神的禁令?人類20號染色體上的PRNP基因,在阻止人類做什麼?

2022年09月16日10:13:11 科學 1380

人體有23對染色體,其中藏着人體的遺傳物質,是基因的載體。在這種情況下,染色體一旦出了什麼異常的問題,就會影響到身體的功能

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人類的「生命密碼」——染色體

一直以來科學家都在試圖解開所有染色體藏有的秘密,而在這個過程中20號染色體引起了他們的注意。

原來,在人類20號染色體上,有一條「神的禁令」。那麼,這個禁令到底是什麼?它在阻止人類做什麼呢?

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染色體上還有多少我們不知道的秘密?

人類的20號染色體

首先咱們先來了解一下20號染色體的基本情況,作為一對常染色體20號三色體含有63、025、520個鹼基對,基因數量為938個,抑制蛋白編碼的基因537個,異常蛋白編碼基因為7個

可以看出20號染色體還是相當重要的,並且根據科學家的研究,它的異常與許多的基因相關。

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看起來平平無奇的20號染色體

比如血液系統疾病中的骨髓增生異常綜合征白血病糖尿病、結直腸癌、阿爾茨海默症等等,這些疾病往往涉及多個系統,它們或多或少都與20號染色體的一些異常表現有關

以血液系統來說,20號染色體異常是惡性血液系統疾病常見的結構,常見的染色體缺失部位是del(20) (q11.2,q13.1)和del(20)(q11.2,q13.3)。

資料顯示,Reid等對9名慢性粒細胞白血病急變期患者骨髓樣本進行G帶分析發現,9個患者費城染色體陽性細胞中有不同大小的20號染色體長臂片段缺失。

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染色體變異情況示意圖

此外,科學家還通過研究發現,20號染色體有兩個基因會增加男性禿頂的風險。當然,如果這兩個基因是正常的就沒事,問題是從研究結果來看,它們變異的幾率是非常高的

除了以上這些比較常見的發現和研究以外,最讓科學家關注的是20號染色體上的「神的禁令」,這條「禁令」正是PRNP基因

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存在於20號染色體上的PRNP基因

PRNP基因與朊病毒

在正式介紹這個基因之前,我們先要知道朊病毒到底是什麼。

朊病毒也稱傳染性海綿狀腦病,屬於致死性神經退行疾病。一般來說,人類感染朊病毒的概率非常低,發病率也很低,為每年每百萬人中1到3例左右。

不過,這種病毒的潛伏期很長,致死率可以達到100%,所以雖然發病率非常低,依舊十分受重視。

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感染後無藥可救的朊病毒

那麼,朊病毒到底是什麼?怎樣才會感染朊病毒呢?

其實在上世紀時美國的神經學家普魯西納在研究羊瘙癢病的時候就已經發現了朊病毒,並且在這之後因朊病毒的發現獲得了諾貝爾獎

人類體內的染色體還被認為是「生命密碼」從本質上來說是一種天然無序蛋白,它可以通過一種特殊手段摺疊成穩定形態。當兩個構型相同的不穩定中間體結合之後,就會形成朊病毒

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朊病毒結構示意圖

而這種自模板化的概率是非常低的,除非我們從外界攝入相似的物質。簡言之,就是通過同類相食

食人族對於大家來說似乎就是存在於都市傳說當中的角色,但其實人類歷史上確實有過大規模的「同類相食」的事件。

資料顯示,朊病毒感染主要引起中樞神經細胞的死亡,感染必要條件是中樞神經細胞表達朊蛋白,這是一個和朊病毒具有相同氨基酸序列但不同二級構象的蛋白質

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感染了朊病毒的大腦

或許是為了不讓人類通過這種方式將自己推向滅絕之路,PRNP基因出現了,它的作用就是對抗朊病毒,幫助人們度過災難

不過PRNP基因也不是萬能的,如果說同類相食的情況過於嚴重,那麼它也無法拯救

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細胞膜上的PRNP

因此大家可以將PRNP基因當做是神留給人類的最後一張底牌但是由於它的抵禦能力並不是百分百,所以它也像是神的禁令或者警告

目的就是告訴後來的人類,我們的祖先曾在過去經歷了這樣一場災難,警示我們不要想着對同類下手,否則「朊病毒爆發」的災難將會重演

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大腸桿菌中的朊病毒

值得一提的是,朊病毒並不是神專門為人類設置的「雷區」,其他的動物也受它的困擾,比如牛、羊、鹿、水貂等等都曾出現過感染朊病毒的情況

其中牛的朊病毒感染事件應該是大家最熟悉的一個了,因為瘋牛病正是由它引起的。

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死於瘋牛病的成年奶牛

在上世紀八十年代英國發生第一例瘋牛病的時候,人們陷入了恐慌當中,並且通過後續的情況來看,這場在牛群當中的傳染病癒演愈烈,最終感染的牛甚至超過了200萬頭

可是,本來食草的牛怎麼會突然跑去吃同類的肉呢?

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可怕的瘋牛病疫情

這是因為農場當時給牛吃了一些含有牛朊病毒肉骨粉,在無意之中使得朊病毒感染具備了條件。所以,瘋牛病的出現,其實是有人類的原因在其中的。

研究發現,牛朊蛋白基因多態性對於瘋牛病病毒感染存在一定的影響,這些多態性基因包括E211K, PRNP上游啟動子區的23個鹼基對的突變和位於第一個內含子中12個鹼基對的突變。

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患了瘋牛病而無法站立的牛

那麼,看着不起眼,實則特別恐怖的朊病毒,在未來會發展成什麼模樣呢?它會在自然環境中慢慢被消滅嗎?

朊病毒的未來發展趨勢

上世紀末期人們雖然被瘋牛病震驚了,但是依舊靠着相關強硬的手段成功終結了這場災難。並且在禁止食用肉骨粉的情況下,全球範圍內動物性的朊病毒感染明顯有所緩和。

可是,如果說想讓它徹底在自然環境下被消滅是不可能的,因為朊病毒在自然條件下的感染途徑早已存在了,它甚至可以結合土壤顆粒,將病毒傳播的更遠

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朊病毒的傳播過程示意圖

說到這兒,不少「末日喪屍文化」的愛好者應該都會倒吸一口涼氣,畢竟朊病毒的感染癥狀和所謂的喪屍確實很像,再加上這種超強的傳染力,這就意味着這種病毒想要擴散並不難。

當然,按理來說,不同物種之間的傳播屏障可以防止其跨物種傳播,但是凡事總有意外。因此在這些意外當中,會誕生全新的毒株,而這些毒株進化到最後就能在各個物種之間傳遞,成為真正的「死神鐮刀」。

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小鼠神經元內的朊病毒(紅色部分)

這也是為什麼朊病毒感染的幾率低,科學家卻顯得很警惕。因為正如上文所說,其他動物的朊病毒感染最終也可能突破種間屏障,傳染給人類。這就意味着,即使大家在文明社會當中可以做到「不吃人」,但是朊病毒依舊會有爆發的幾率。

值得一提的是,當大家都將目光聚焦在朊病毒帶來的巨大災難上時,有科學家發現其實這傢伙出現得非常早,早在生命進化的早期,朊病毒就已經存在了。那時的它,不僅沒有引起「動亂」,還發揮了重要的作用。

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生物進化歷程示意圖

「雙面朊病毒」

原來,科學家通過研究發現,朊病毒蛋白可以賦予生物快速適應環境的能力

要知道,在那個艱難的年代,誰的適應力強,誰才能順利存活下來,而在我們眼中使大腦變成「海綿」的朊病毒竟然有着幫助生命接受自然選擇的能力

為了驗證這一問題,科學家專門做了酵母實驗,發現當外部環境變化之後,酵母當中的朊病毒蛋白就會變為新的形態,而這種變化就是為了幫助酵母利用新的食物,適應新環境。而且,這種適應能力竟然是可以遺傳的。

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朊病毒蛋白示意圖

因此,科學家在研究當中並不會只將朊病毒放在我們的對立面,而是希望發現它的某些功能。在這種情況下,一些在生物體內有着積極作用的朊病毒接連被找到,它們甚至是生物形成長期記憶的關鍵所在

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