我們都是變種人。定義我們物種的每一個特征都是進化史中某處遺傳突變的結(jié)果。對于這個星球上的每一個其他生物也是如此。然而，我們往往認為突變是壞的，導致殘疾或疾病。那么這些DNA變化多久有害，有多少可能有用呢?一項新研究表明致命突變可能比我們曾經(jīng)想象的要少得多，至少在細菌中是這樣。

大多數(shù)DNA突變是由細胞復制其所有遺傳信息時發(fā)生的錯誤引起的，因此它可以分成兩個新的細胞。大腸桿菌等細菌必須復制大約500萬個DNA代碼。對于人類來說，雞蛋和精子中的DNA字母大約為32億個，而其他身體細胞中則是這個數(shù)字的兩倍。

盡管復雜的系統(tǒng)可以檢測并修復出現(xiàn)的復制錯誤，但有些系統(tǒng)偶爾會漏網(wǎng)。大多數(shù)產(chǎn)生所謂的“點突變”，因為它們只涉及單個DNA字母改變。然而，即使這些有時也會導致重大變化，改變基因和它們產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。這反過來會影響身體生長或工作的方式。

突變可以驅(qū)動進化，如果它們給個體一個優(yōu)勢，這意味著它們更有可能存活下來生育孩子并??傳遞突變基因。數(shù)百萬或數(shù)十億字母的代碼隨機突變的可能性似乎很小。但地球上的生命已經(jīng)存在了40億年，因此進化時間尺度是巨大的。

然而，突變也可能導致嚴重的健康問題，其中一些也可能是遺傳的。法國的研究人員最近試圖用大腸桿菌作為模型來研究突變實際上有害的頻率。Lydia Roberts和她的同事使用了一種巧妙的技術(shù)，使他們可以看到細菌實際分裂時發(fā)生的DNA變化。

估計細菌突變率的常用方法是將它們培養(yǎng)在瓊脂平板上，塑料培養(yǎng)皿中含有營養(yǎng)豐富的微生物果凍。但這種方法的問題在于，任何獲得致命突變的細菌都會死亡，因此有關(guān)這些遺傳變化的信息將永久丟失。

為了解決這個問題，法國研究人員使用了一個含有1,000個微觀通道的小芯片，其中提供了液體營養(yǎng)肉湯。每次細胞分裂后產(chǎn)生的新細胞都保留在通道中，無論可能影響其存活的任何有害突變。

然后，該團隊使用延時成像，并結(jié)合每次發(fā)生突變時閃爍的熒光標記。這產(chǎn)生了令人印象深刻的視頻，這些視頻反映了科幻電影The Matrix中描繪的代碼行。

發(fā)表在“科學”雜志上的研究結(jié)果表明，細菌中的點突變以每600小時約一次的恒定速率出現(xiàn)。令研究人員驚訝的是，他們還發(fā)現(xiàn)，只有約1%的這些DNA變化對細菌是致命的 - 遠遠低于之前的想法。

似乎至少在細菌中，大多數(shù)突變可能對生存沒有任何影響。它們既不“壞”也不“好”，而只是進化旁觀者。致力于了解基因突變?nèi)绾螌е氯祟惣膊〉难芯咳藛T正在提出類似的問題。英國100,000基因組項目等大型項目的結(jié)果應有助于揭示哪些突變導致疾病，哪些突變無關(guān)緊要。

超越好與壞

但我們也知道，將突變分類為好或壞有時可能非常困難。通常它取決于背景，例如突變是否有助于生物體使用特定的食物來源或抵抗其一生中存在的疾病。如果只復制一個副本，一些突變可能是有益的，但如果繼承了兩個副本則有害。受這種“平衡選擇”影響的基因突變的一個例子是鐮狀細胞病。

鐮狀細胞病患者的基因突變會產(chǎn)生血紅蛋白的改變形式，血紅蛋白是紅細胞中攜帶氧氣的蛋白質(zhì)。改變的血紅蛋白產(chǎn)生長鐮狀血細胞，可能卡在小血管中。這會導致胸部和關(guān)節(jié)疼痛，以及貧血，感染風險增加和其他問題。

然而，盡管這些潛在的破壞性健康影響，該疾病在某些國家相對普遍。大約30萬名嬰兒誰繼承(分別來自父母之一)鐮狀細胞基因突變的兩個副本是天生的疾病，每年，主要是在尼日利亞，剛果民主共和國和印度。

這是因為具有一個突變拷貝的人對瘧疾具有抗性，因此更有可能存活到成年期并將突變的基因傳遞給他們的孩子。因此，即使鐮狀病是一種進化上的缺點，基因突變的未受影響的攜帶者在瘧疾(或仍然)猖獗的國家具有生存優(yōu)勢。

美國最近的一項研究表明，今天生活在這種疾病中的所有人都來自一個生活在大約7，300年前撒哈拉或非洲中西部的一個祖先。這表明，如果單一突變賦予了顯著的益處，即使它也有可能造成傷害，它如何能夠擴散到群體中的許多個體。同樣，有證據(jù)表明囊性纖維化基因突變的單一拷貝可能為我們的祖先提供了對霍亂的抵抗力，并且Tay-Sachs病的攜帶者具有結(jié)核病抗性。

更好地了解突變的影響可能在治療疾病方面發(fā)揮重要作用。例如，研究不同細胞類型的突變率可以揭示癌癥在不同身體組織中的產(chǎn)生方式。了解細菌突變率可以幫助科學家對抗已經(jīng)產(chǎn)生抗生素抗性的微生物。這最終將有助于開創(chuàng)一個新的醫(yī)學時代，在這個時代，許多疾病將在遺傳信息的幫助下得到診斷和治療。這一定很好。