王大虎

王大虎:我们吃的不是“食物”,是“信息”

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美发现获得小RNA进行遗传:哥伦比亚大学医学中心的研究人员通过RNAi(RNA干扰)首次发现,获得性性状可以通过小RNA进行遗传,而不需要基因组DNA的参与。该发现表明长期以来遭受人们误解的生物学家拉马克的观点并非完全错误。该研究报告的主要作者乌迪德·瑞卡维教授说:“在我们的最新研究中,具有抗病毒病免疫力的线虫能将这一性状传给它们连续几代的后代。免疫力通过RNA干扰的方式遗传,而不依赖于DNA遗传。”

为了进一步研究这些现象,CUMC研究人员转向研究线虫,因为线虫有利用RNAi抗病毒的不寻常的能力。在目前的研究中,研究人员利用一种昆虫病毒感染线虫,发现线虫通过RNA干扰的方式沉默病毒基因,从而获得了针对这一病毒的免疫力。当它们的后代被暴露在病毒中,它们仍然能够用免疫力保护自己。科学家利用1年的时间对超过100代的线虫进行了追踪,发现它们持续地保有了这一免疫特性。实验被设计成使线虫无法通过基因突变获得抗病毒性。研究人员由此得出结论,抵御病毒的能力是通过某些病毒RNA分子而非DNA储存的形式传递到了后代体细胞中。

CUMC研究团队现正研究其他性状是否也通过小RNA继承。瑞卡维博士说:“在一项实验中,我们在培养皿里复制了荷兰X事件,我们让蠕虫挨饿,由于饥饿,我们看到小RNA分子正在生成,并传递给了下一代。”通过这些研究,哥伦比亚大学医学中心的研究人员验证了拉马克的“获得性遗传”理论。

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在2011年9月20日出版的《细胞研究》(Cell research)的一篇研究中,南京大学生命科学学院张辰宇教授团队展示了一项非常令人惊奇的发现——植物的微X糖核(microRNA)可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官。并且,一旦进入体内,它们将通过调控人体内靶基因表达的方式影响人体的生理功能,进而发挥生物学作用。该研究证明植物微X糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”(其他六种分别是水、蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、维他命和稀有元素)

微X糖核酸是一类长约19至24个核苷酸的非编码小分子RNA,它通过与靶基因的信使RNA(mRNA)结合的方式抑制相应的蛋白质翻译。该课题组之前的研究成果表明微X糖核酸可稳定存在于哺乳动物的血清和血浆(循环微X糖核酸)中,是由组织和细胞主动分泌的(分泌型微X糖核酸)。因此,循环微X糖核酸是一类新型的疾病标志物,可应用于疾病,如X的早期诊断、个体化治疗的指证等方面,分泌型微X糖核酸也是新的一类重要的信号分子,调控细胞间和组织间的信号传递。

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在研究中该课题组发现:外源性的植物小RNA以在多种动物的血清和组织内检测到,并且它们主要是通过进食的方式摄入体内的。其中编号为168a的植物小RNA(MIR168a)是富含在一种稻米中、同时也是中国人血清中含量最为丰富的一种植物小RNA。体内和体外的功能性研究表明:植物MIR168a可以结合人和小鼠的低密度脂蛋白受体衔接蛋白1的mRNA,从而抑制其在肝脏的表达,进而减缓低密度脂蛋白从血浆中的清除。这些发现证明食物中的外源性植物微X糖核酸可以通过调控哺乳动物体内靶基因表达的方式影响摄食者的生理功能。

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为了测试植物微小RNA在被人吃下后,能否再活着进入人体,张辰宇和他的研究团队找到了31名健康的中国人血液中的微小RNA,吃惊的是,他们发现了大约40种类型的植物RNA在这31个人的血液中循环流通!在这些血液中的微小RNA中,浓度最高的是156a和168a。它们在大米、白花菜、包心菜和西兰花之类的十字花科蔬菜中大量存在!而且实验证明:即使米饭煮熟后,这种编号为“168a”的植物微小RNA也是“活”的,它煮不死(生米中最多,米饭煮熟大约还能剩下近4成)。这两种微小RNA在大米和大白菜中最为丰富。除了稻米等,在小麦中MIR156a也含量不菲。

随后,进入到动物实验阶段,研究人员在小鼠的血液、肺、小肠和肝脏中检测到这两种浓度可变的微小RNA,当用糙米喂食小鼠(已证实煮熟的米饭也含有168a)后,它们的浓度显著上升。这一发现颠覆了科学界此前普遍认为食物中调控基因的微小RNA是不太可能被“吃”进人体的观点。

张辰宇认为:“从某种意义上来说,我们吃的不仅仅是食物,还有信息。”这个发现,让“吃什么补什么,一方水土养一方人”这些老话似乎有了理论依据。此信息即是微小RNA的序列特征,因为来源于不同食物的多种多样的微小RNA一旦被人体吸收,将导致潜在的不同类型的基因对人体产生不同的影响。

与DNA不同,RNA更像一个工人,能主动将DNA中的内容“翻译”出来,行使各种生理功能。以前科学家一直以为各种RNA均是生命体“自产自销”,但这次却发现RNA家族中的微小RNA竟能“跨界”工作,在植物中产生,被动物吃下肚后,还能“兴风作浪”。

张辰宇以“168a”为例通过实验发现,它能与肝脏中一个基因的信使RNA结合,抑制该基因的蛋白表达,进而减缓低密度脂蛋白从血浆中清除的速度。“简单说来,这会让人更容易得高血脂、糖尿病等代谢疾病。”

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张辰宇认为:目前谈不上是控制人类,因为大米里面一直都存在着很多活性物质。微小RNA作为新近发现的一种新的活性物质,它有很多品种,存在于大米中。这些品种有的对人有害,有的对人有益。动物和植物一直在用各种方式共同影响、彼此渗透,甚至传递信息。

该发现的潜在意义还在于它为我们理解跨“界”(比如动植物间)的相互作用甚至是共进化(co-evolution)提供了新的线索,也为我们思考微小RNA的调控作用以及思考来源于食物、植物以及昆虫的外源性微小RNA在猎物和捕食者间的相互影响中的潜在作用开辟了新的道路。

这个有意思的研究表明了除了水,蛋白质,脂肪酸,碳素化合物,维他命,稀有金属外,植物的微X糖核酸也能成为食物中的营养成分。

《自然》新闻稿评述说:“这一成果为我们展示了一种全新的普遍存在的生命调节机制:动物与植物是如X分子层面上跨界交流的。”《细胞研究》执行主编李党生说,这一发现将为科学认识中草药开辟一个新的角度。

顾秀林教授评论:“为什么会有人说‘麻烦大了’呢?因为转基因的生物被人类做了手脚后,牵一发会动全身,那么复杂的一个巨大系统,往里面插几个基因,算是‘已知”的改动,会不会因此多了或者少了几个microRNA?那可是未知数!我们不知道的危险,才是最大的危险。”

英籍华人知名遗传学家侯美婉博士表示:“这确实非常有意思。但是,他们应当同时提出食用转基因生物体的危险,因为含有某些非自然免疫核糖核酸(iRNA)可能并非有益。这样一来,所有转基因生物体,必须筛选iRNA进行与对照非转基因生物体比较!”

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在另一篇报道中,2011年哥伦比亚大学医学中心(CUMC)的研究人员通过RNAi(RNA干扰)首次发现,获得性性状(acquired trait)可以通过小RNA进行遗传,而不需要基因组DNA的参与,这是美首次发现获得性性状不依赖于DNA遗传的证据。

(以上部分信息参考:科学网蒋高明的博客,果壳网,杨子晚报网等)

这些研究发现不仅环境可以影响基因表达,而且饮食也可以改变基因表达,而下面这个研究仅通过改变基因外的蛋白就可以开关基因功能。

 

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