垃圾DNA epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

垃圾DNA?

探索非編碼基因的遺傳密碼，

解讀基因組中“暗物質”存在的意義！

數十年來，我們基因組裏有98%的DNA因為沒有編碼蛋白質而被稱為“垃圾”。直到最近，這些垃圾區域重要且顯著的功能纔開始為人們所瞭解。

從罕見的遺傳疾病到唐氏綜閤徵，從常見的病毒感染到衰老過程——還沒算上六個指頭的貓（以及人類中的同癥狀者）——由基因組中暗物質導緻的影響是常見、多樣和本質性的。

科學傢們在這個備受爭議的領域中快速增長的知識已經提供瞭治療失明的成功療法，並挽救瞭被DNA指紋宣判瞭死刑的無辜的人，而且很可能帶來對包括肥胖在內的很多醫學疾病的治療方法的革命。

在內莎?凱裏，也是暢銷書《遺傳的革命》的作者看來，這是一本麵對大眾讀者的一個可能會奠定人體復雜性觀念的圖書。

《垃圾DNA》對非編碼基因作瞭深入介紹。展示瞭科學傢們在學術領域逐漸發現的證據，提示這些所謂的“垃圾DNA”的變異和調節與一些難治性疾病有關。並用不可辯駁的證據證明瞭“垃圾DNA”在基因的錶達調控中起著重要且不可預料的作用，其作用覆蓋從單個基因的微調到整個染色體的關閉。這些功能迫使科學傢們重新審視關於“基因”的定義。

《垃圾DNA》是內莎?凱裏續《遺傳的革命》齣版之後又一部具有高學術性的相關遺傳學經典力作。作者以令人信服的筆觸為讀者全麵介紹瞭“垃圾DNA”的涵義，及其與遺傳性疾病、病毒感染、哺乳動物性彆決定和生命進化的關係。閱讀本書，我們可以緊跟科學傢的腳步迅速進入“垃圾DNA”的領域。而這個具有快速發展的且頗受爭議的領域，還有廣袤的未知在等著我們去開發與探索。

內容簡介

《垃圾DNA》在寫作上繼承瞭內莎?凱裏一貫的風格：內容翔實、風趣幽默。她基於自己進行科學研究的成果與經驗，在本書中明確而令人信服地為讀者全麵介紹瞭“垃圾DNA（非蛋白編碼DNA）”的涵義，及其與遺傳性疾病、病毒感染、哺乳動物性彆和進化的關係。為證明“垃圾DNA”在基因錶達的調控中起著重要且多樣的作用提供瞭不可辯駁的證據。與《遺傳的革命》一樣，本書具有很強的科學性和新穎性，可作為生物學、醫學和遺傳學等學科的學生及科研人員拓展知識的學習材料。

《垃圾DNA》全書共分20章。第1章：為何暗物質是有意義的；第2章：當暗物質事實上變得更黑暗；第3章：所有的基因都去哪兒瞭；第4章：不速之客；第5章：隨著我們變老一切都在減少；第6章：二纔是完美的數字；第7章：用垃圾來塗抹；第8章：玩個長時間的遊戲；第9章：給暗物質加點顔色；第10章：為什麼父母愛垃圾；第11章：有任務的垃圾；第12章：啓動，上調；第13章：無人之地；第14章：ENCODE項目——走嚮垃圾DNA的大科學；第15章：無頭的皇後、奇怪的貓和肥胖的小鼠；第16章：非翻譯區中的迷失；第17章：為什麼積木比模型好；第18章：迷你也能很強大；第19章：有用的藥物；第20章：黑暗中的一絲光亮。

作者簡介

《垃圾DNA》由英國人內莎?凱裏編寫。內莎?凱裏，愛丁堡大學病毒學博士，曾任英國倫敦帝國學院分子生物學高級講師。她在生物技術和製藥領域工作瞭13年，現為英國倫敦帝國學院客座教授。她的學習背景非常豐富：免疫學學士、病毒學博士、人類遺傳學博士後和分子生物學教授。復閤的學術背景也給予瞭她比普通專攻一門的研究者更廣泛的眼界和行業經驗，同時從女性視角觀察和描述問題也使其著作更加細膩易於理解。>12章：啓動，上調；第13章：無人之地；第14章：ENCODE項目——走嚮垃圾DNA的大科學；第15章：無頭的皇後、奇怪的貓和肥胖的小鼠；第16章：非翻譯區中的迷失；第17章：為什麼積木比模型好；第18章：迷你也能很強大；第19章：有用的藥物；第20章：黑暗中的一絲光亮。

精彩書評

你基因組裏隻有2%的部分能夠編碼並産生蛋白質——生命依賴的基本分子。那麼你基因組裏其他的98%的部分是乾什麼的呢？

——內莎.凱裏，《遺傳的革命》一書作者

引人入勝、內容翔實、風趣幽默，讀者們會非常喜歡內莎.凱裏的《垃圾DNA》。

——莎朗?Y. R.登特(Sharon Y. R. Dent)

德剋薩斯大學安德森癌癥中心

(University of Texas MD Anderson Cancer Center)

凱裏明確瞭兩點內容：我們（對自然）的理解總是暫時的和不斷發展的，以及染色體的功能遠超我們的想象。

——《齣版商周刊》(Publisher's Weekly)

《垃圾DNA》為變化迅速且越來越神秘的基因組提供瞭一個前沿且詳盡的指南。

——琳達?格迪斯(Linda Geddes)

《新科學傢》(New Scientist)

幽默而全麵的《垃圾DNA》，為願意付齣時間和精力來閱讀本書的讀者完美地詮釋瞭一個復雜的主題。

——《圖書館雜誌》(Library Journal)

凱裏為她闡述的主題付齣瞭富有感染力的熱情，對一個我們將來肯定會不斷接觸到的主題進行瞭完美的介紹。

——馬剋?迪斯托(Mark Diston)

“登記”網站(The Register)

《垃圾DNA》是一本很好的與生命科學、遺傳學相關的入門讀物。

——《科學傢》(The Scientist)

該領域的最初一本科普概述……（凱裏）對垃圾DNA的曆史及其在基礎和應用科學方麵的影響都有著很好的把握。她具備將復雜的生物化學過程比喻成形象事物的天分，而這使非專業人士可以讀懂這本書成為可能。

——埃爾夫.阿剋塞爾.卡爾森(Elof Axel Carlson)

《生物學評論季刊》(The Quarterly Review of Biology)

“與《遺傳的革命》一書一樣，作者以自己的研究經驗為基礎，用易於理解的方式帶領讀者對基因組中的‘暗物質’進行瞭一次探索之旅。盡管這些‘暗物質’在學術領域仍有巨大的爭議存在，但這個快速發展的領域仍不失為我們探索基因組秘密的一個有用的新視角。”

——韋亞東，美國耶魯大學醫學院副研究員

“本書成功地對一個快速發展而且頗具學術爭議的領域進行瞭全麵的科普介紹，即使讀者沒有該領域的背景知識也能讀懂本書。通過閱讀這本書，讀者會發現基因組的復雜程度遠遠超過瞭我們的想象。所以，隻要對生命科學感興趣，這本書就很適閤你閱讀。”

——孫明寬，美國約翰霍普金斯大學醫學院博士後

目錄

緻謝
作者按
對基因組暗物質的介紹
1 為何暗物質是有意義的
2 當暗物質事實上變得更黑暗
3 所有的基因都去哪兒瞭？
4 不速之客
5 隨著我們變老一切都在減少
6 二纔是完美的數字
7 用垃圾來塗抹
8 玩個長時間的遊戲
9 給暗物質加點顔色
10 為什麼父母愛垃圾
11 有任務的垃圾
12 啓動，上調
13 無人之地
14 ENCODE項目——走嚮垃圾DNA的大科學
15 無頭的皇後、奇怪的貓和肥胖的小鼠
16 非翻譯區中的迷失
17 為什麼積木比模型好
18 迷你也能很強大
19 有用的藥物(有時候)
20 黑暗中的一絲光亮
附錄：正文中齣現過的與垃圾DNA有關的人類疾病

前言/序言

作者序

其實寫一本關於垃圾DNA的書還是有些睏難的，因為它的含義一直都在不斷地演變。有部分原因是新的數據會不停地改變我們的舊有觀念，結果就是，隻要一個垃圾DNA被證明事實上具有一定的功能，有些科學傢就會說（在邏輯上完全正確）它不再是垃圾。但使用這種方法有可能掩蓋掉這些年來我們對基因組的理解産生瞭何等翻天覆地變化的過程。

與其花時間在這裏糾纏不清，我決定采取一個快刀斬亂麻的方法，使用一個簡單粗暴的定義。把任何不能編碼蛋白的序列都定義為垃圾，如同它在過去最初的定義一般（20世紀下半葉）。純粹主義者會尖叫抗議，但就這樣決定瞭。問3個不同的科學傢什麼是“垃圾”DNA，我們可能會得到4個不同的答案。因此，在開始的時候就簡單一點利大於弊。

同樣，我使用“基因”這個詞來描述編碼蛋白的那些DNA序列。這個定義會貫穿本書的始終。

在我的第一本書《遺傳的革命》齣版後，我意識到不同的讀者對基因名稱的需求差異很大。有些人喜歡知道我們正在討論的是哪個基因，但對於其他讀者而言，這或許會乾擾閱讀的流暢性。所以這次，我隻在絕對必要的情況下纔使用具體的基因名稱。

對基因組暗物質的介紹

想象一下現在你手裏有一個戲劇、一部電影、一部電視節目的劇本。當然，完全可能有人僅僅把劇本當成一本書來看。但是，如果它被用來産生某些東西的時候，它會變得更有力量。在被大聲朗讀齣來，甚至被錶演齣來時，它就不再僅是頁麵上的一串字符而已瞭。

DNA就是如此，它是最傑齣的劇本。僅使用4個簡單的字母，它就攜帶瞭生命的所有編碼，從細菌到大象、從啤酒酵母到藍鯨。但試管中的DNA是很無聊的，它完全沒有用處。而細胞或動物開始用它進行生産的時候，DNA就會變得令人興奮。DNA被作為製造蛋白的編碼，這些蛋白對呼吸、進食、排泄廢物、生殖和所有其他生命特有的活動都至關重要。

蛋白的功能是如此重要，以至於20世紀的科學傢使用它們來界定基因的含義。基因就是能夠編碼蛋白的DNA序列。

讓我們來懷念一下曆史上最偉大的劇作傢威廉姆.莎士比亞（William Shakespeare）。我們可能需要一段時間纔能理解莎士比亞的著作，因為英語從他去世的那個世紀起已發生瞭不小的改變。但即使如此，我們仍然相信，詩人僅書寫瞭他需要演員說的那些話。

例如，莎士比亞不會像下麵這麼寫劇本：

事實上，他隻寫瞭劃綫部分的單詞：

就是“A rose by any other name would smell as sweet（即使給玫瑰換個稱謂，它依然芳香如故）”。

但如果看看我們自己的DNA劇本，它並不像莎士比亞那些劃瞭綫的詞語那麼清晰和緊湊。相反，每個編碼蛋白的區域就像是漂浮在“廢話海洋”上的一個詞。

多年來，科學傢們並不能解釋為什麼那麼多的DNA不編碼蛋白。這些非編碼的部分被誤會成“垃圾DNA”。但漸漸的，這個看法已經被一大堆理由逼迫得站不住腳瞭。

也許，轉變該觀點最根本的原因是源於我們細胞中垃圾DNA那驚人的總量。其中一個最大的衝擊來自2001年人類基因組測序完成的時候，人們發現人類細胞中98%以上的DNA被劃入瞭垃圾的行列。它不編碼任何蛋白。上麵使用的莎士比亞的比喻實際上是一個精簡瞭的模型。在基因組裏，亂七八糟的文字的比例約為前麵提到的亂序劇本的4倍。每一個有意義的字母都對應著超過50個字母的垃圾文字。

還有一個類似的比喻。請想象下我們去參觀一個汽車廠，這傢汽車廠也許像法拉利那麼高端。如果我們看到隻需要兩個人就能造好一輛炫酷的紅色跑車，而同時又有98個人在一旁無所事事的話一定很驚訝。這顯然是荒謬的，那麼為什麼這在我們的基因組裏是閤理存在的？當然，你可以說從共同祖先進化而來的生物往往不是完美的——比如我們人類就確實不需要闌尾（本書中作者多次以闌尾為例說明人體確實存在一些無功能的器官，但此觀點尚存爭議，因為有研究者認為闌尾在免疫和消化方麵仍具有一定的功能。）——但這次似乎不完美得有點過頭瞭。

事實上，在我們的汽車廠裏，更可能的情況應該是，由兩個人組裝一輛汽車，其他的98個人做著其他一切使這傢企業運轉的工作。融資、記帳、宣傳産品、處理養老金、打掃廁所和汽車銷售等，這可能是一個更好的垃圾DNA在我們基因組裏工作的模式。我們可以把蛋白作為生命所需的最終物質，但如果沒有垃圾DNA的話，它們永遠不會被正確地生産和整閤齣來。確實，兩人就能製造汽車，但他們不能保證公司可以齣售汽車，也不能把它變成一個強大且成功的品牌。同樣，如果沒有汽車被生産齣來，就算有98個員工在展廳拖地闆和磨破嘴皮子也沒有任何意義。隻有每個組件各司其職的時候整個組織纔能運轉。而這，就是我們基因組的模式。

另一個來自基因組測序的令人震驚的事實是，使用經典的基因模型無法解釋人類極其復雜的解剖結構、生理功能、智力和行為。在編碼蛋白的基因的數量上，人體跟簡單而微小的蠕蟲幾乎具有相同的數量（大約20 000個）。更值得注意的是，大部分蠕蟲的基因跟人類基因可以直接等效。

當研究人員想在DNA水平上深入分析人類與其他生物到底有什麼區彆的時候，很明顯，基因不能提供解釋。事實上，遺傳物質隻有一個特徵與復雜性相關。這個唯一的隨著動物復雜性增加而增加的就是垃圾DNA區域。一個生命體越復雜，垃圾DNA所占的百分比就越高。隻有現在，科學傢們纔真正開始關注這個有爭議的觀點，就是垃圾DNA可能是進化復雜性的關鍵。

從某個角度看，這些數據所引齣的問題是很明顯的。如果垃圾DNA是如此的重要，那它到底是乾什麼的？如果不編碼蛋白，它在細胞中的作用是什麼？現在人們逐漸接受瞭垃圾DNA其實具有多種不同功能的觀點，所以對下麵的敘述我們並不會感到吃驚。

它們中的一些在染色體（我們的DNA被打包成的巨大分子）中形成特殊的結構。這種垃圾DNA保護我們的DNA不被解體和受損。隨著我們年齡的增長，這些區域不斷縮小，最後縮小到臨界程度。之後，我們的遺傳物質就變得很容易遭遇潛在的災難性的重排，從而導緻細胞的死亡或癌變。其他結構類型的垃圾DNA在細胞分裂成子細胞過程中進行染色體均分時作為錨點。（“子細胞”是指由親代細胞分裂産生的細胞。）其他的則作為絕緣結構，限製瞭特定區域染色體的基因錶達。

但是我們很多的垃圾DNA並不僅僅具有上麵提到的功能。它確實不編碼蛋白質，但它卻編碼另外一種分子，我們稱之為RNA。垃圾DNA裏麵有很大一類在細胞內建造工廠，來幫助蛋白質的閤成。其他類型的RNA分子負責將製造蛋白質所需的原料轉移到工廠裏麵。

另外有些垃圾DNA是來自病毒和其他微生物的遺傳物質的入侵，它們已經如遺傳間諜般融入瞭人類染色體中。這些早已死去的生物的殘留物對細胞有著潛在的危險，有些在個體中，而有的甚至存在於廣泛的人群中。哺乳動物細胞已進化齣多種機製來使這些病毒元件保持沉默，但有的時候這些係統可以被打破。當齣現這種問題的時候，它們所産生的影響可以是相對良性的，比如特定種係小鼠毛色的改變，也可以是很嚴重的，比如增加罹患癌癥的風險。

就在前幾年，人們認識到垃圾DNA的一個主要作用其實是調節基因的錶達。有時候，它在個體上會有巨大的、明顯的效果。比如，一個垃圾DNA就可以決定雌性動物能否保持正確的基因錶達模式。它的作用也可以是在群體中的，一個最常見的例子是虎斑貓顔色特徵的控製。在極端的例子中，該機製也能解釋為什麼有同樣遺傳性疾病的同卵雙胞胎女性會齣現截然不同的癥狀。在某些情況下，情況可以極端到雙胞胎中的一個罹患瞭嚴重危及生命的疾病，而另一個則是完全健康的。

成韆上萬的垃圾DNA片段被認為參與瞭調控基因錶達的網絡。它們就像是遺傳劇本的舞颱導演一樣，隻是其指導對象的復雜性是我們在劇院裏無法想象的。它絕對不是“齣去，被熊追趕”那麼簡單。而應該是類似於“如果在溫哥華和珀斯的暴風雨中錶演《哈姆雷特》，就應該重讀《麥剋白》這一行的第四音節。除非有個業餘演員在濛巴薩錶演《理查三世》而且基多在下雨。”

研究人員剛剛纔開始揭開垃圾DNA龐大網絡中的奧秘和關聯的一角。這個領域仍極具爭議。在極端的情況下，有科學傢聲稱有些武斷的說法嚴重缺乏實驗證據的支持。其他有些人則覺得有整整一代科學傢（甚至更多）被睏在一個過時的模型中而無法看到或者理解這個新領域。

有部分原因是，我們可以用來探索垃圾DNA功能的手段還比較落後。這有時會讓研究人員很難使用實驗來檢驗他們的假設。確實，我們對該領域的研究時間還相對較短。但有時候，我們可以從實驗室的闆凳跟機器旁退齣來，去草坪轉轉。實驗每天都在我們身邊發生，因為自然和進化已經使用瞭幾十億年的時間來嘗試各種變化。即使僅僅在我們這個物種齣現和繁衍的時間段，也已經有足夠的時間來進行大規模的實驗測試。因此，我們將在本書中利用人類遺傳學的火炬來探索黑暗。

可以有許多方法來開始我們的探究基因組暗物質之旅，這裏，讓我們用一個有些奇怪但不容置疑的事實來開始。一些遺傳病是由垃圾DNA的突變引起的，這應該是我們進入隱藏的基因組宇宙的最好起點。

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