相信吗?你的基因里,除了你祖先的血脉之外,还有着来自细菌、病毒、真菌和藻类的基因。其实,我们是正宗的“转基因人”。这是英国剑桥大学的科学家最近得出的结论。
你一定不会怀疑,你的基因来自父母,你父母的基因来自爷爷奶奶外公外婆……这种由亲代转移给子代的基因转移方式叫垂直转移。除此之外,还有一种更神奇的方式叫“基因水平转移”(HGT,horizontal gene transfer),是指基因在不同生物中的转移。基因水平转移在单细胞生物中很常见,被认为是细菌能迅速演化出抗药性的重要原因。
对一些动物的演化来说,基因水平转移扮演了重要的角色,比如:线虫能从微生物和植物那里获取基因,一些甲虫能从细菌那里获取基因来产生消化咖啡浆果的酶,绿叶海天牛能从藻类获取与修复叶绿体有关的基因,并进行光合作用。那么,我们人类这种复杂、高冷的动物,是否也能、或也曾有过基因水平转移呢?这一直是一个争论不休的问题。
最近,英国剑桥大学的科学家Alastair Crisp和Chiara Boschetti在期刊Genome Biology上发表了一项最新研究:许多动物,包括人类,体内都有很多“外来基因”。这些基因主要来自于远古时期的微生物。说明,自然界的“转基因”无处不在。这项研究挑战了学术界传统的观点——即,动物只从自己的祖先那里获取基因。这个研究还意味着,这个“自然转基因”的过程,可能现在仍在进行。
这篇论文的主要作者Alastair Crisp说:“这项研究第一次证明了基因水平转移在动物中有多么常见,包括人类。令人惊讶的是,基因水平转移很常见,它几乎参与了大部分、甚至有可能是所有动物的演化,并且还在进行中。这说明,我们也许需要重新审视一下我们对进化论的观点。”
这项研究中,科学家挑选了12种果蝇、4种线虫、10种灵长类动物(包括人类),对目前能获得的所有基因数据进行了分析。果蝇和线虫是基因学家的最爱,积累了大量数据。他们计算了这26种生物的基因与其他生物类似基因的相似程度,以此来评估这些基因是否是外来的。通过与其他种类的生物进行比较,他们还能估算出基因转移的大概时间。
为了避免陷入浩如烟淼的碱基对,研究者决定分析转录组。转录组是指细胞的信使RNA,它们能从细胞核内的DNA那里获得指令,携带翻译蛋白质的讯息。每一种信使RNA对应一种基因。
经过分析,线虫平均有173种外来基因,果蝇平均有40种,而灵长类动物平均有109种,其中人类的外来基因数量超过平均数,为145种。人体内共有2万多个基因,外来基因的比例不到1%。
人体内的外来基因都有哪些呢?这些“外来”基因中,有一些与脂质代谢有关,包括脂肪酸的分解,糖脂的形成。还有一些与免疫反应有关,包括炎症反应,免疫细胞信号和抗菌反应。还有一些基因,与氨基酸代谢、蛋白质修饰、抗氧化能力有关。
这145种“外来”基因中,2种与氨基酸代谢有关,13种与脂肪代谢有关,15种与大分子的修饰有关,5种与抗氧化功能有关,还有7种与免疫功能有关。这些基因的来源是细菌、真菌、藻类等微生物,甚至还有病毒。
学术界对这个发现褒贬不一。美国西北大学费恩柏格医学院的分子生物学家Hank Seifert说,这是一篇精彩的论文,第一次清楚地证明,基因水平转移在动物界中广泛存在。当然,也有一些科学家不认同这个观点。比如说加州大学戴维斯分校的微生物学家Jonathan Eisen说,他们发现的现象也可能存在其他解释,例如这些基因来自于更古老的、尚未被发现的共同祖先,而不一定是通过基因水平转移得来的。