通過修改染色體進行頭部“整容”？

人類自身的遺傳工程一直是科幻作品中的熱門話題，而遺傳工程要優化的目標不外乎那么幾種，讓人變得更健康、更聰明、更強壯、更漂亮等等。可惜的是，現在我們對基因的各項功能還知之不多，很多所謂的“優化”如果不是出現在科幻作品中，則很可能是騙局。

不過呢，科學家在這方面總是在不斷努力，上個月由勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家阿克瑟爾?維塞爾（Axel Visel）組織的科研合作團隊發表在《科學》雜志上的一項研究表明，通過編輯小鼠的一些調控片段，人們可以影響最終出生的小鼠的頭骨形狀，給小鼠“整容”。這給人們帶來了一些啟發，或許也使我們向通過遺傳工程來優化人類更近了小小的一步。

要用遺傳工程對小鼠進行“整容”，首先要確定對小鼠的什么部位下手。維塞爾他們并沒有像大多數人的研究那樣對基因直接下手，而是把目光對準了控制基因的DNA片段——增強子。

在我們進一步說明維塞爾小組都作了些啥之前，請讓我先在這里用一個比喻來解釋一下增強子到底是個什么玩意。

在每一個細胞里，有若干條不同的染色體，每一條就好比是一張長長的掛軸（請想象一幅長達幾千米的掛軸）。基因則是畫在掛軸上的圖紙，記錄了細胞以及生物個體所需要的各種信息，一幅掛軸上可能有很多這樣的圖紙，幾十幾百上千都有，但每幅掛軸上其實只有很小一部分的面積畫了圖紙。

當細胞需要用到圖紙上的內容的時候，就會派出復印機——被稱作RNA聚合酶的蛋白，專門去掛軸上復印圖紙（稱為基因的轉錄），并把成品交給下游去實現各種功能（合成蛋白等）。然而，復印機本身并不知道應該復印掛軸的什么地方，所以每張圖紙的前端畫有一些特定的標記——稱為啟動子——意思是說“這里有圖紙，速來復印”，而細胞中還有各種向導——被稱作轉錄因子的蛋白，能識別這些標記，從而指引復印機完成其復印工作。

然而，細胞還需要控制各種圖紙的復印速度，所以很多啟動子并不會說“速來復印”，而是僅僅說“這里有圖紙”，至于要不要來復印，說得比較含蓄。這時候，掛軸上的另一種標記——稱為增強子——就來起作用了，有些增強子上面畫的內容類似于“速來復印離此處100米以內的圖紙”。這樣的話，向導認出了增強子的內容之后，就會拉著增強子去找對應的啟動子，最后指引復印機復印對應的圖紙。

啟動子和增強子雖然都是染色體上的片段，但一般都在基因之外（啟動子在基因的頭上，增強子則可能會在距離基因比較遠的地方），由于它們的作用是控制基因轉錄水平的高低，所以人們把它們歸入“調控片段”。需要說明的是，關于基因具體是怎么調控的，哪些增強子和哪些啟動子在什么時候如何相互作用等等，現在仍然有著很多未解之謎。

維塞爾的研究小組要拿增強子作為研究對象，需要克服幾個問題：首先，如何找到增強子？其次，如何確定找到的增強子是有效的？他們首先通過在染色體上定位已經增強子結合的特定轉錄因子，把小鼠胚胎頭骨中起作用的增強子給找到。之后利用轉基因手段，在增強子附近插入了會對增強子起反應的啟動子以及后續的顯色基因（相當于在增強子描述的有效范圍里，插入了一張復印之后會變色的圖紙）。這樣，如果增強子確實在頭骨中有效，那么做出來的轉基因小鼠胚胎的頭骨就會生產出顯色用的蛋白，能在顯微鏡下被人看到。通過這項技術，他們不但確定了增強子在小鼠胚胎的頭部有效，更發現不同的增強子會在頭部的不同區域分別起作用（見下圖）。經過這兩步實驗，維塞爾小組確定了55個在小鼠頭部發育過程中起作用的增強子。

找到了55個增強子，下一步當然是試試看如果動一動，小鼠會變成啥樣了。研究人員從這55個增強子中找出了三個（即上圖1中的三個），利用基因工程將它們分別敲除，做出了三種不同的轉基因小鼠。

然后就碰上另一個問題了：每只小鼠在一般人眼中腦袋都長差不多，大概只有很熟悉小鼠的科研人員可能分辨出它們之間的區別；而即使能分辨區別，也需要把這些差別量化之后，才方便具體衡量每一個增強子的效果。

為了解決這個問題，研究人員們對三種轉基因小鼠以及對照小鼠進行了頭骨斷層X光掃描，建立了每只小鼠頭骨的三維模型。之后，他們通過數學方法對這些三維模型進行了簡化和分類，建立了一個描述小鼠頭骨的三維坐標系（如下圖）。通過將每只小鼠的頭骨形狀放進這個坐標系里，我們就可以看到，每一個增強子的敲除，都使得小鼠的頭骨跟正常小鼠形狀有所不同，而敲除不同的增強子對小鼠頭骨形狀的影響也并不一樣。當然了，這究竟是讓小鼠變美了還是變丑了，還得問過小鼠才能確定（沒準會是動物行為學的一個好課題）。

這項開創性的研究將幾項技術結合到了一起，為將來的研究帶來了不少啟發：增強子的定位以及增強子活性的確定，可以幫助我們揭示很多細胞調控基因方面的奧秘；而將小鼠頭骨的形狀定量化，則是給進一步的研究，甚至未來的實際應用確定了一個可操作的標準——將來科學家有可能先把想做的小鼠形狀先根據這一標準量化，然后通過控制一系列的增強子，來制作出具有特定頭型的小鼠。

最后，這里還是要老生常談幾句：這一研究無疑還處于初級階段，離自由操縱小鼠的頭型還有相當的距離，離自由給人類整形來優化下一代更是差得遠。所以很可惜的，如果有準父母想要把自己未來的孩子通過基因工程改造成帥哥靚女的話，還是重新考慮一下的為好，以免耽誤。而且，就算在遙遠的未來這一技術能夠成功運用到人身上，大家都長得差不多樣子也未必好不是？

發表于 2013-11-17 00:00
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