从RNA干扰现象到诺贝尔奖

从RNA干扰现象到诺贝尔奖摘要：2006诺贝尔生理学或医学奖授予两名美国人一一安德鲁■菲尔和克雷格■梅洛，他们发现了控制基因信息流动的基本机制，因RNA干扰（RNAi）的发现而入选。他们从科学发现到获奖才8年时间，这在诺贝尔奖历史上实属罕见，这也是诺贝尔奖首次不发给一个拥有答案的研究。RNA干扰已先后在不同生物中被发现，它的机制为我们提出了更多需要解答的问题，为基因技术研究提供了令人兴奋的可能性。更重要的是科研人员也从中获得了更多思维空间。关键词：RNA干扰;诺贝尔奖;基因技术研究;思维空间FromRNAInterferencephenomenontoNobelPrizeAbstract:ApairofAmericans-AndrewFireandCraigMellowontheNobelPrizeinmedicineorphysiologyfor2006fortheirdiscoveryoftheRNAinterference.Theyfoundthebasicmechanismaboutthecontrolofthegeneflowofinformation.Itwasonly8yearssincetheirscientificdiscoveryswitchedtothereward,whichwasamazinginthehistoryoftheNobelPrize,theNobelPrizewasgiventoaresearchunresolvedforthefirsttime.RNAinterferencewasobtainedfromdifferentorganismsoneafteranother,themechanismoffereduslotsofproblemstoansweranditwasworthbeingexcitingtodothegenetechnologystudy.What’smore,ourresearchercouldgetmorethinkingspacefromit.Keywords:RNAinterference;NobelPrize;genetechnologystudy;thinkingspace0、•刖言自1953年DNA双螺旋结构被提出，生物学家将研究的重点都放在DNA层面，并认为RNA在生命过程中的作用仅仅是将遗传信息从DNA传递到蛋白，就象蜂群中的雄蜂般没有创意。直到上世纪70年代，部分研究者开始认识到RNA会影响生物体的整个生命活动。但限于科技的发展，在随后的几十年里有关RNA工作的进度比较缓慢，不过各项投入在逐年递增。自2000年以来RNA的研究已经有六年被Science杂志列入世界十大科技进展，尤其是RNAi领域，2006年还摘得诺贝尔奖的殊荣，这充分说明了RNA的研究在当前生物学领域的核心地位［1］。RNA干扰是指用20多个核苷酸组成的短的双链RNA(siRNA)代替传统反义核酸进行转录后基因沉默，已经迅速而广泛地应用到基因功能，基因表达调控机制研究等热门领域，并为基因治疗开辟了新的途径⑵。“RNA干扰〃已成为时尚名词，甚至有人大声宣称：RNA干扰时候已经到来。但是对于RNA干扰是否真能给人类带来的诸多效应，更有待于作进一步的探究［3］。1RNAi的生物学研究背景1.1RNAi的发现RNAi现象早在1993年就有报道：将产生紫色素的基因转入开紫花的矮牵牛中，希望得到紫色更深的花，可是事与愿违，非但没有加深紫色，反而成了白色。当时认为这是矮牵牛本来有的紫色素基因和转入的外来紫色素基因都失去了功能，称这种现象是“共抑制"。1995年，康奈尔大学的SuGuo博士用反义RNA阻断线虫基因表达的试验中发现，反义RNA(antisenseRNA)和正义RNA(senseRNA)都阻断了基因的表达，他们对这个结果百思不得其解。直到1998年，AndrewFire的研究证明，在正义RNA阻断了基因表达的试验中，真正起作用的是双链RNA。这些双链RNA是体外转录正义RNA时生成的。于是提出了RNAi这个词［4］。RNA干扰机制的发现引导人们发现了一种全新的基因。科学家们逐渐发现，非编码基因的数量是非常大的，在高等生物体内，科学家们认为非编码基因的数量可以和编码基因相比拟。目前普遍认为，RNAi作用的分子机制，是通过双链RNA(dsRNA)的介导特异地降解靶mRNA,抑制相应基因的表达。现已初步阐明dsRNA介导的同源性靶mRNA降解过程主要分为两步：第一步(起始阶段)是较长dsRNA在ATP参与下被RNasem样的特异核酸酶切割加工成21~23nt的由正义和反义链组成的小干扰RNA(smallinterferingRNAsiRNA)。第二步(效应阶段)是siRNA在ATP参与下被RNA解旋酶解旋成单链，并由其中反义链指导形成RNA诱导的沉默复合体(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)。1.3RNAi的应用前景[6]依据RNA干扰现象，科学家建立了RNA干扰技术，即人为设计合成针对某特定基因序列的dsRNA来关闭或抑制该基因的表达。但RNA干扰已被证实是一种特异、高效、经济的使基因表达受抑的技术手段。它可有效地将靶基因的表达水平降到一个低的水平，甚至于完全的清除。美国麻省理工大学医学中心PhillipZamore预言“RNA干扰将在哺乳动物细胞遗传学上引起革命性的变化。〃人们不再需要花6个月的时间设法去关闭某个基因的表达，利用这项技术，可以在一周之内就可关闭10个基因。1.3.1研究基因功能与使用基因敲除技术来检测基因功能相比，RNAi技术却能方便，快捷的达到这一目的，即使是在一般条件的实验室也可开展这项工作。利用RNAi技术，科学家已对几乎全部线虫基因(大约19000个基因)功能进行分析检测。Wianny也报道用dsRNA来阻断小鼠早期胚胎特异基因，包括卵母细胞的c-mos和早期胚胎E-cadherin及GFP转基因的表达。1.3.2抗病毒作用我们可将病毒在复制中起关键作用的基因作为目标设计dsRNA来抑制病毒的复制。自1986年植物学家首次利用转入烟草花叶病毒(TMV)的核衣壳(CP)基因导入植株培育出抗病毒植株后，已培育了一大批抗病毒植株。在植物的转基因试验中，经常发生基因沉默。因此，对转基因沉默机制的探索可以为在转基因研究中避免基因沉默提供对策。1.3.4基因治疗RNAi作用的高度特异性有可能特异地抑制致病的等位基因的表达而达到治疗目的，但又不影响正常等位基因。Wilda等在白血病细胞K562试验中，用对M-BCR/ABL融合基因特异的siRNA转染K562细胞，发现K562细胞中相应的mRNA被清除，并出现强烈的细胞凋亡现象。2RNAi带来的辨证科学思维RNAi发现获诺贝尔奖的原因诺贝尔奖评审委员会自有诺贝尔奖之日起，一直坚持着一条不成文的''惯例〃，那就是研究成果要经过数十年实践验证才有资格入选，然后前面已经说过，RNAi自发现到获奖只用了八年时间，所以这种破例必然有它独特之处。［7］引用诺贝尔生理学或医学奖评审委员会主席戈兰■汉松的话说：''我们为一种基本机制的发现颁奖。这种机制已被全世界的科学家证明是正确的，是给它发个诺贝尔奖的时候了。〃而诺贝尔奖评审委员会在评价Fire和Mello的研究成果时说：''他们的发现能解释许多令人困惑、相互矛盾的实验观察结果，并揭示了控制遗传信息流动的自然机制。这开启了一个新的研究领域。〃［7］诺贝尔奖评审委员会发布的公报指出，RNA干扰已被广泛用作研究基因功能的一种手段，并有望在未来帮助科学家开发出治疗疾病的新疗法。RNA干扰机制的发现使得科学家可以对侵入细胞的病毒RNA进行控制。诺贝尔奖评审委员会指出，RNA干扰机制将来有望应用于临床医学和农业等众多领域，用来开发针对病毒感染、心血管疾病和癌症等的新疗法。RNAi的发现展现出的科研人员应具备的品质通过查阅有关安德鲁■菲尔和克雷格■梅洛的个人资料，我们不难发现一个好的科研人员除了必须具备基本的严谨，敏锐，缜密，细致等基本等思维模式和做事态度之外，还有很重要的就是要有一个静态的心理状态，菲尔在卡内基学会工作的18年间都一直在研究RNAi作用机制，同时指导博士生和博士后。另外，浓厚的兴趣和强烈的好奇心也是科研人员所应该具备的，在马萨诸塞州大学工作的梅洛与在卡内基学会工作的菲尔就因为好奇心和兴趣驱使他们在一起开展了一系列合作研究。最后，菲尔和梅洛敏锐的观察力和敢于创新的品质使得他们1998在《自然》杂志上共同发表了有关发现RNAi机制的论文，被同行称为''近一段时间来分子生物学最激动人心的发现之一气2.3RNAi发现给其它领域的研究提供了新的思路RNAi是生物学科之间求异性思维的结果，单一学科很难实现这一点。菲尔和梅洛针对Guo的实验条件进行优化，极具针对性的从中筛选出相同和不同的条件，最终才有RNAi这一划时代意义的发现。［8］-［如］今，环境、计算机、农业等等领域同生物密切相关，许多交叉学科已经应运而生，诸如生物信息学，环境微生物等等，RNAi的发现将促使各领域的工作者充分运用本专业和交叉专业的知识，并结合哲学中同中求异和异中求同的方法，最终更好的为人类造福。3RNAi留下的社会思考3.1理性对待RNAi的现有成果RNAi技术将和纳米技术、生物技术、信息技术一样，成为21世纪世界科技前沿与主导技术，人类将进入到RNA干扰的新时代。美国康乃狄格大学的遗传学家瑞南说：“RNA是把DNA的性能再扩大，它似乎什么都可做气试想如果我们遵循科学技术发展最一般的规律的话，RNA干扰时代真的会这么快来到吗？科学家对RNAi的了解到底有多深？RNAi技术能在人类身上安全实现吗？科学家们说，RNAi技术尚停留在实验阶段，所以针对爱滋病，癌症等疾病的疫苗还不能够研究出来，更不用提产业化，而科学技术产业化才会导致经济繁荣oRNAi真正进入寻常百姓家还需一定时日，因此，我们必须有清醒的认识。3.2RNAi引发的针对高新技术在国内发展的战略早在十几年前，就有人预言，21世纪是生物的世纪，新的时代带来了新的机遇。RNAi在世界水平的研究正处于起步时期，而在中国的研究虽然也有开展，但是涉及的范围还是比较少的，那么如何在如此激烈的高新技术竞争中抢占制高点呢？我们应该首先创造一个综合教育的平台。近年国家加大了教育制度的改革，实行部分高校强强合并，为培养全面发展的综合性人才提供良好的外部环境，但是还不成熟，应在发展的过程中作出相应的完备。其次，我们应该努力促进边缘学科的兴起。正如前所说，将重心放在学科和学科之间的整合方面，使多学科多流派持不同学术观点的研究人员的思想相互碰撞，往往产生新的联想和独到的见解，产生创新性科学理论与方法。再次，我们应该调整科研人员自身的知识结构并要以求异性思维工作的核心。最后，我们还应有科技前沿和创新两大意识，医学工作者有无创新意识及此意识的强弱是直接影响到他能否作出知识创新和技术创新的前提和基础。如果不能及时的了解前沿的领域，不能与世界接轨，我们也很难有所建树。综上所述，举RNAIi对肝病的治疗为例，中国肝病携带者及患者占世界很大的比例，利用RNAi干扰现象相关技术生产合适的疫苗，我们有基因上的优势，因为许多保存完好的家系在国内都有，至于后期能否生产出来，我们就需要做到上面几点，这样既能真正对自己负责，又能掌握新技术。4小结与结论任何高新技术的产生，都是科研工作者前期辛勤工作的结果，这过程中我们必须保持清醒的头脑，具备一切科研人员应该具备的各种品质。正如RNA干扰的发现，以及它所带来的成就，这些统统告诉我们：思考+付出+机遇有时候就等于成功。参考文献1.JRMinkel程中军.RNA的遗传地位[J].科学（北京）SCIENTIFICAMERICAN,2005,8.2.SharpPA,ZamorePD;RNAinterference[M].Science;2000:15-23.陈忠斌,于乐成，王升启.RNA干扰作用(RNAi)研究进展[J].中国生