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科学家在基因测序方面取得了飞跃

时间：2022-03-14 00:00:00 来源：网络整理

“酶通过催化化学转化使生命成为可能，否则有机体需要很长时间才能实现这种转化，”加州大学欧文分校化学教授Greg Weiss说，他也是这项新研究的共同通讯作者。“我们真正感兴趣的一种转变对地球上所有生命都至关重要——这是DNA复制和修复的过程。”

UCI领导的团队研究的分子是一种叫做Taq的酶，这个名字来源于它最初被发现的微生物，Thermos aquaticus。Taq复制DNA。聚合酶链反应(polymerase chain reaction)技术利用了Taq技术，从法医学到聚合酶链反应(pCR)检测COVID-19有数千种用途。

由于Taq有助于DNA的新拷贝，它的行为完全不同于科学家之前的想法。Weiss解释说，这种酶的行为不像一台运转良好、高效的机器，不断地复制DNA，它的行为就像一个在商店的过道里闲逛的不分皂白的购物者，把他们看到的所有东西都扔进购物车。

Weiss说:“这种酶不是仔细地选择每一块添加到DNA链上，而是为每一块成功添加的片段捕获几十个不匹配的片段。就像购物者核对购物清单上的物品一样，这种酶根据它试图复制的DNA序列来测试每个部分。”

众所周知，Taq拒绝任何进入其购物车的错误商品——这种拒绝毕竟是成功复制DNA序列的关键。新研究中令人惊讶的是Taq拒绝正确碱基的频率之高。“这就相当于一个购物者抓了6罐相同的番茄，把它们放进购物车，然后在只需要一罐的情况下测试所有的番茄。”

关键信息是:Taq的工作效率远远低于它本可以达到的水平。

菲利普·柯林斯(philip Collins)是加州大学欧文分校物理与天文系的教授，也是这项新研究的通讯作者之一，他解释说，这一发现是医疗保健改革的一次飞跃。这是因为如果科学家们了解了Taq的功能，他们就能更好地了解一个人的基因组测序到底有多精确。

“每个人的基因组都略有不同，”Collins说，“不同的地方有不同的突变。”其中一些会导致疾病，另一些则什么都不会。要真正弄清楚这些差异是否重要，或者是医疗保健——对于正确开药而言——你需要准确了解它们的差异。”

“科学家们不知道这些酶是如何达到它们的准确性的，”Collins说，他的实验室创造了用于研究Taq行为的纳米级设备。“当病人的DNA与公认的人类基因组不同时，你如何向病人保证你已经准确地对他们的DNA进行了测序?”病人真的有罕见的突变吗?”柯林斯问道，“还是酶只是犯了一个错误?”

“这项工作可以用于开发Taq的改进版本，在复制DNA时浪费更少的时间，”Weiss说。

这项工作的影响并不仅限于医学;每一个依赖于精确DNA测序的科学领域都将受益于更好地理解Taq的工作原理。例如，在使用古代DNA来解释进化史时，科学家依赖于对DNA如何随时间变化的假设，而这些假设依赖于精确的基因排序。

“我们已经进入了基因组数据的世纪，”Collins说。“在本世纪初，我们第一次解开了人类基因组，我们开始通过基因组学的新信息了解生物体、物种和人类历史，但基因组信息只有在准确的情况下才有用。”


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