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來自馬來西亞,現居風城。興趣廣泛的生物學家,研究工作之餘,嗜好讀讀書、看看戲、寫寫作、騎騎車、踏踏青、逗逗貓。

搞笑諾貝爾獎2002年文學獎頒給美國密蘇里州中部大學的兩位學者,他們發現大學生買二手教科書,成績可能和原書主人相關,因為就算買二手書的學生努力不理會那些原書主劃的重點,也會分心受干擾──倘若原書主劃錯重點,那麼買主考試時經常會得低分。

我中學時太貪玩沒好好讀教科書,反而是上課時偷看金庸小說。現在據說很多人都懶得看書,直接追改編的電視劇,金庸「飛雪連天射白鹿,笑書神俠倚碧鴛」這些作品有些隔幾年就翻拍一次,讓人眼花繚亂,忠於原著程度從幾乎照搬到只保留人名的都有。

無論是嚴肅的教科書還是娛樂的武俠小說,同樣的文本,劃了不同的重點,由不同編導來解讀,就會有不同效果。生物的文本似乎也異曲同工:兩個同卵雙胞胎,也可能有相當不同的個性和喜好,有些為了突顯自己的獨立自主,甚至還常故意和雙胞手足唱反調呢!久而久之,甚至樣貌和性格都愈來愈有差異,顯然同樣的DNA也不代表人生故事會雷同。當然,我們全身的體細胞也幾乎該有一模一樣的DNA,但不同的組織和細胞功能就涇渭分明,這又是怎麼辦到的?

科學家發現,我們的DNA即使在完全沒有任何複製錯誤的突變下,也會出現不只一種變化的。就像大多數學生讀教科書時會嘗試劃必考重點,我們的DNA也像是被劃了重點,有些基因會表現、許多基因的表現被關閉,就像大多數學生會忽略老師考試不考的教科書內容。環境也會對哪些DNA部分會被劃重點,有舉足輕重的影響,就像在許多大學裡的同一科目的不同課即使採用了同一本教科書,不同教師教的重點也差異不小;如果劃錯重點的話可能會被當,DNA如果劃錯了重點也會生病哦。

近年,越來越多證據顯示,環境對我們DNA劃的重點,還會遺傳到下一代甚至下兩代,就像買了劃過重點的教科書,繼承人在閱讀時很難不受影響。我們知道得愈多,就愈發現DNA像是原著小說,爛小說固然很難改編成好作品,但很多時候即使是經典名著,影視作品的優劣還是取決於編導的過程,就像《沙丘》(Dune)那樣,敗筆和神作都來自同一部史詩級科幻巨著。

里程碑式的人類基因體計畫在本世紀初完成時,蛋白質編碼基因數量跌破許多遺傳學家的眼鏡,只有兩萬多個,比大部分專家猜測的十萬個還少許多,而且僅佔全部DNA的不到2%,有98%的DNA不知有何功能。遺傳學家們在興奮之餘也開始對解讀這部天書感到愈來愈困惑。然而,有字天書還是比無字的好,在這二十年間,我們確實從那98%的DNA中解讀出了不少訊息。現在連DNA甲基化和組蛋白的化學修飾,也有了成熟的實驗程序來解讀,在日新月異的DNA定序科技的進步下成本也愈來愈親民,而非編碼RNA的種類和機制更是五花八門。

研究DNA究竟怎樣被劃重點的學門,就是表觀遺傳學(epigenetics),又譯為表徵遺傳學、擬遺傳學、表遺傳學、外遺傳學以及後遺傳學,其機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾、RNA干擾等等。如果想要知道這究竟是怎麼回事,這本《表觀遺傳大革命:現代生物學如何改寫我們認知的基因、遺傳與疾病》(The Epigenetics Revolution: How Modern Biology is Rewriting Our Understanding of Genetics, Disease and Inheritance)是市面上解釋這門學問的優異的一本科普書!

在我上大學前,生命科學發生了一個里程碑式的重大突破──桃莉羊(Dolly,1996-2003)。牠是第一個成功複製的哺乳動物,是由移植成年母羊的乳腺細胞到被摘除細胞核的卵子細胞中發育而成的。這成功首次顯示,特異性分化的細胞也可以發展成一個完整的生物體。從一顆受精卵開始,幹細胞分化成我們身上成千上萬種細胞,這個過程似乎是不可逆的,即使像是桃莉羊這樣用成年特異分化細胞複製出的完整個體,也不免和受精卵發育成的正常綿羊有所不同,所以壽命特別短。目前,我們對這些發育過程所知還很有限,但是它們無疑都是表觀遺傳變化的關係。

表觀遺傳大革命》很清晰地討論了這些表觀遺傳的分子機制,像是DNA甲基化和組蛋白修飾就和DNA表現某些基因與否有關,基因表現後也受到非編碼RNA的調控。作者奈莎.卡雷(Nessa Carey)是英國愛丁堡大學病毒學博士,曾任倫敦帝國學院分子生物學資深講師。她也很清楚交待了科學發現背後的故事,讓我們也瞭解表觀遺傳學發展的脈絡。其中不少發現堪稱是意外,只是剛好迎上了有備而來的心靈。

DNA就像一個城市的設計藍圖,收藏在像是圖書總館的細胞核中。工程師要依藍圖施工或進行管理時,總圖會影印出副本,那就是從DNA轉錄成信使RNA。莫德納或BNT疫苗就是利用編碼了冠狀病毒棘蛋白的信使RNA,讓我們身上的細胞製造出棘蛋白抗原來讓身體產生對抗的抗體。而信使RNA會被傳譯成像是奈米機器的蛋白質。

簡單來說,DNA甲基化就是在DNA上作化學記號,調控哪些基因會被關閉而不表現,像是把 一些藍圖註記成機密檔案不許外流;DNA是纏繞在組蛋白上的,就像藍圖是被裝訂成冊的。而組蛋白上的化學修飾,是讓染色質的結構方不方便讓DNA被讀取,就像總圖把熱門藍圖放在方便取閱的位置,把冷門藍圖則裝到箱子裡去;藍圖流出總圖後,並不是就會被發配去百分之百按圖施工,細胞仍可透過所謂的後轉譯修飾來調控,就是政府可以透過發送公文變更局部設計或勒令停工!各種非編碼RNA就像公文一樣。近年又發現了許多其他後轉譯修飾的方式,族繁不及備載。

表觀遺傳大革命》也提到哺乳動物X染色體為了維持基因表現劑量和體染色體一致,䧳性細胞在胚胎發育早期會隨機把其中一條X染色體永久關閉不活化。三色貓一定是母貓,就是因為黑色和橘色基因分別在兩條X染色體上,在胚胎發育早期隨機關閉了其中一條X染色體,所以有些體毛顏色是黑的,有些是橘的。

理論上,這些表現遺傳的變化在配子,也就是精子與卵子形成時,應該重新洗牌被消除記號,但是有些基因不僅不會如此,來自父親或母親的相同基因,居然還決定了在後代表現與否,所以後代遺傳到的對偶基因,來自父方或母方,決定了他們有無其性狀。這在好幾十年前就被發現了,我們稱之為「銘記」(imprinting)。

對個體而言,許多表觀遺傳的記號是環境造成的,最有名的例子是荷蘭二戰時的「饑餓之冬」——在納粹封鎖下的酷寒冬天,讓荷蘭發生了大饑荒,當年倖存的孕婦,在營養不良的情況下度過孕期,她們生下的小孩體重過輕,表觀遺傳的記號跟著後者一輩子,影響了終生的體格和健康;近年還發現,有些環境變化居然會讓表觀遺傳的記號傳到下一代去,例如抽菸的不良影響就會傳到下一代去,有些動物在恐懼時聞到的氣味產生的記憶連結,也會代代相傳。

表觀遺傳大革命》還探討了許多和健康有關的表觀遺傳現象,和衰老、精神疾病和癌症息息相關,所以也一度成為藥物研發的標靶。書中提到對RNA類藥物不太看好,那是十年前的事了,現在有了更先進的技術,例如RNA疫苗的高效和成功,很可能會改寫藥物研發的方向。表觀遺傳學對再生醫學也會有重大影響,因為我們無法隨心所欲地改變細胞的命運,所以許多器官損壞了就難以復原,可是如果我們掌握了表觀遺傳學的秘密,能夠逆轉細胞的命運,理論上就能再生不少種類器官來治療重大疾病。

雖然《表觀遺傳大革命》出版於2012年,這在近十年內又發現了許多表觀遺傳的機制和大量知識,但是這本科普好書仍不會褪流行,迄今仍是市面上解釋表觀遺傳學最好的科普書,能夠提供必要的知識和基礎。我們逐漸發現,環境對我們的健康和行為的影響比過去所知的還大,未來表觀遺傳學的知識肯定在生物科技和醫療上也會有愈來愈多的應用,我們應該及早補充這方面的知識。

※專欄內容為作家個人創作,不代表本站立場

DNA這麼神奇?:

  1. 《侏羅紀公園》從琥珀化石中找到恐龍的DNA再進行復活計畫,真實世界也可以嗎 ?
  2. DNA鑑定雖然是理性科學,也可能導致冤獄!

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