生命体中的“暗物质”大揭秘

 正如宇宙间存在着许多既看不到也感觉不到的“暗物质”、“暗能量”一样，在生命体这个“小宇宙”中，也存在这样的神秘“暗物质”，这些暗物质与生命体的生长发育、疾病发展等有着紧密的联系。在这篇文章中，让我们来看看生命体中都有哪些不为人知的“暗物质”。

基因的“经典”作用是，生成对细胞功能至关重要的蛋白质。不过，我们的基因组也编码了一些生成长链非编码RNAs的基因，它们的功能颇为神秘。自从几年前人们知道在人类和小鼠的基因组中存在有数以千计、这样仍了解甚少的基因以来，一直都想了解它们是如何被激活的？以及在哪些器官中被激活？这样的生物学“暗物质”有无意义？2014年1月，来自瑞士洛桑大学的Henrik Kaessmann教授领导的研究小组，编译出了11个物种长链非编码RNAs的目录。通过采用一种进化方法，他们发现大约有2500种长链非编码RNAs最早出现在至少9000万年前，大多数有胎盘类哺乳动物的共同祖先之中。从功能的角度来看，这些“古老”的基因具有特别的意义。

增强子是基因组“暗物质”的关键组成部分；它们并不编码蛋白，而是控制基因的表达。2014年11月，来自宾夕法尼亚大学Perelman医学院的研究人员，针对一些昼夜节律基因和称作为增强子的遗传调控元件进行了全基因组调查，发现这些基因组“暗物质”也有节律。

人类基因组中存在的大量暗物质（dark matter），包括基因间非编码序列、内含子非编码序列等。基因间非编码序列转录产生线形长非编码RNA分子，具有5’帽子和3’尾巴结构；而内含子非编码序列转录生成的RNA在剪接后被核酸外切酶快速降解，多数没有生物学意义。中科院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲组与计算生物学所杨力组，在国际学术期刊《Molecular Cell》发表的一项研究，发现了来源于基因内含子区域的环形RNA新分子，揭示了其成环机制及在基因转录调控中的重要功能。

除了基因组内的暗物质之外，科学家一直都在推测蛋白质暗物质的性质，即蛋白质中完全未知的领域，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）开展的一项研究，定位了这些暗物质区域的界限，使得我们更进一步发现所有蛋白质的完整结构和功能。这项研究工作发表在2015年11月份的《PNAS》杂志。这项研究取得了一些令人惊讶的结果，包括近一半的真核生物蛋白质组是暗物质，并具有意想不到的功能，包括与分泌组织、二硫键结合、低的进化保守性以及与其他蛋白之间鲜为人知的相互作用。

自然界中存在大量的微生物，因无法在实验室中培养，而几乎不为人所知，也因此被称为“生命的暗物质”。 几十年来，已经构成研究人员一个特别挑战的菌群是Candidate Phylum TM7，据认为它能引起炎性粘膜病，因为它在患有牙周炎的人群中非常普遍。2014年12月，加州大学洛杉矶分校（UCLA）牙医学院、J. Craig Venter研究所和华盛顿大学牙科学院的科学家们取得的一项里程碑式结果，阐述了TM7在牙周炎等疾病进展中的作用。他们的研究结果揭示了TM7在生物学、生态学和医学中的重要性，并可能带领我们更好地了解其他难以捉摸的细菌，相关研究结果发表在《PNAS》杂志（PNAS：微生物“暗物质”如何致病？）。此外一年，J. Craig Venter研究所（JCVI）的研究人员在《PNAS》发表的一项研究中，利用一种新颖的微型宏基因组学方法，已经成功获得了“候选TM6门”（Candidate phylum TM6）约90%的基因组（JCVI科学家破译“生命的暗物质”）。

以上结果显示，基因组、蛋白质、微生物中，都含有我们不为了解的暗物质，并且科学家们对于揭示这些暗物质已经取得了较大的进展。去年11月份，宾夕法尼亚大学的研究人员又将目光转向了病毒组研究。他们发表在《mBio》杂志上的研究显示，健康人类皮肤上的绝大多数DNA病毒是前所未见的，属于病毒“暗物质”。 人们可以在这项研究的基础上，分析健康皮肤病毒组及其在疾病中发生的变化。这项研究还为研究者们提供了现成的病毒组分析工具。