科研人員繪製出首張人類基因組立體結構圖，中、美、日、德、法、英等國科學家始終致力於人類基因組圖譜的研究。能夠更加清晰準確地描繪人類基因組構造，說明生命科學已經發展到了更深的階段，將推動基因組測序工作、功能基因的研究和基因技術的套用，從而推動整個生物技術的發展，也將對科技發展、經濟發展以及整個社會產生深遠影響。
基本介紹
- 中文名：人類基因組立體結構圖
- 性質：結構圖
- 參與國家：中美日法德英
- 目的：破解基因組
簡介,詳細內容,質疑,研究證明,
簡介
經科研人員繪製出首張人類基因組立體結構圖，通過使用新的分析技術，埃雷茲·李伯曼和他的同事發現，基因組片段緊密地構成了一個“分形球”，儘管基因組片段相互扭曲糾纏，但它們之間卻並未互相連線。
繪製出的首張人類基因組立體結構圖
繪製出的首張人類基因組立體結構圖詳細內容
根據經典生物學教科書的描述以及人們的共識，人類基因組就像23對染色體捆綁在一起的很多DNA和蛋白質，每一個細胞核內部都按照X形狀緊密排列。但只有細胞將要分裂的時候才是這樣，而其他時間，染色體排列更加緊密，並不斷移動。當然它們的DNA鏈也是聚集在一起的，假如基因組從頭到尾拉長的話，其長度可達6英尺。
許多細胞生物學家認為人類基因組的緊密結構並不僅僅是一種有效的儲存構造，而且與其基因功能和相互作用息息相關。然而這很難去驗證：一旦基因組形狀遭到破壞，電子顯微鏡將無法觀測到它活躍的表面。儘管已經了解人類基因組的組成部分，但其實際形狀始終是一個謎團。
一篇有關基因在接近染色體時的活動模式的論文發表於“美國國家科學院學報”，提供了關於基因組形狀功能的有史以來最有說服力的證據，儘管當時研究者描繪的基因圖清晰度並不高。而本周四發表於“科學”雜誌的最新圖譜則要詳盡得多。這將改變人們研究染色體的方式，就如同打開了神秘的黑匣子。我們以前不知道它們的內部構造，現在則能夠高清晰地進行觀察，努力研究基因結構與基因活力的關係，並探索細胞內部結構的變化。
為了在無法直接觀察的情況下確定基因組的結構，科學家最初將細胞核浸泡在甲醛溶液中，使其與DNA相互作用。甲醛將基因鏈上相互分離而在三維空間相互鄰近的基因緊密粘合在一起。然後科學家添加一種化學藥劑將緊緊排列在一起的基因鏈分解，但完整保留了甲醛連結。結果顯示許多基因都是成對排列，仿佛一個凍住的麵條球，被分切成一百多萬層碎片並混合在一起。
通過對基因對的研究，科學家分辨出在最初的基因組中那些基因是互相鄰近的。利用軟體分析技術，科學家製作了一個基因組的數字雕像，那可是一個巧奪天工的作品。其中沒有任何結點，也沒有任何地方纏在一起。就像很多麵條不可思議地緊密排成一個大球，但是你能夠將某些麵條抽出或者再放回去，卻根本不會破壞它的結構。
從數學角度看，這些基因組片段按照接近於希耳伯特曲線的方式排列。希爾伯特曲線一種不經任何交叉和重疊而能填充滿一個平面正方形、繼而以同樣方式填充滿一個三維圖形的分形曲線(空間填充曲線)，由大衛-希爾伯特在1891年提出。
研究者還發現染色體劃分為兩個區域，一個區域是活躍的基因，另一個是不活躍的基因，而不相交疊的彎曲結構使基因能夠輕易在兩個區域間自由移動。科學家希望了解基因組形態如何變化的。這種變化會在幹細胞變成成熟細胞過程中不斷發生。
質疑
據科學美國人雜誌報導∶若將單一細胞內所有的基因組片段拉成一條直線，那長度將超過6.5英尺。那么，小小的細胞核是如何貯存數量如此龐大的DNA，細胞又是如何處理這些遺傳信息。早在公元100年前，數學家就提出過這種構造的假設（註：指希爾伯特曲線），當今這種假設就被套用於對人類基因組立體結構的描述。
研究證明
2009年10月9日出版的《科學》雜誌封面專題研究中，研究者們給出了答案。研究者們的另一重大發現是，細胞核中存在兩個間隔區域，而其中只有一個區域的基因是活躍的。所有的細胞都攜帶著相同且完整的基因組信息，但細胞卻千差萬別，比如肝細胞和神經細胞。這就是因為，決定細胞性狀的基因處於細胞核內活躍的間隔區域，而其他基因則蟄伏於另一個間隔區域中。這個小小的系統使得每個細胞能夠搞清遺傳信息，各司其職。它可比電腦晶片存儲信息的能力強多了，強過上萬億倍。
