당신의 DNA는 당신의 청사진, 당신의 고유 한 마스터 코드, 수십 억 개의 세포마다 동일해야합니다. 그렇기 때문에 당신은 팁에서 발끝까지 일관된 당신이 불가분하고 온전한 이유입니다.
그러나 그것은 실제로 생물학적 동화 일뿐입니다. 실제로, 당신은 유 전적으로 독특한 세포의 조립이며, 그 중 일부는 근본적으로 다른 작동 지침을 가지고 있습니다. 이 사실은 지난 10 년 동안 만 분명해졌습니다. 비록 각 세포가 생명을 시작한 수정란에 DNA의 복제본을 포함하고 있지만, 돌연변이, 오류 및 편집 실수는 zygote 자체가 나누기 시작하자마자 코드를 수정하기 시작했습니다. 성인의 신체에서 DNA는 PINPOINT 돌연변이로 뿌려지고 반복적이거나 재배치되거나 누락 된 정보로 수수께끼를 띠며 거대한 염색체 크기의 덩어리가 부족합니다. 귀하의 데이터는 절망적으로 손상되었습니다.
대부분의 게놈 과학자들은“체세포 돌연변이”또는“구조적 변화”라고하는이 DNA 다양성이 나쁘다고 가정합니다. 돌연변이 및 다른 유전 적 변화는 일반적으로 더 나쁜 세포의 기능을 변화시킬 수 있습니다. 무질서한 DNA는 암의 특징이며, 게놈 변화는 뇌 장애 및 기형을 유발할 수 있습니다. 의미가 있습니다.
현재까지 대부분의 연구는 비정상적인 DNA가 질병을 유발하는 방법에 중점을 두었지만 건강한 신체조차도 유전 적 장애가 있습니다. 지난 몇 년 동안, 일부 연구자들은 뇌 세포의 10 ~ 40 %와 인간 간 세포의 30 ~ 90 %가 이수성이므로 하나의 전체 염색체가 누락되거나 복제된다는 것을 의미합니다. 100에서 수백만 개의 길이의 문자가 곱하거나 제거되는 카피 수 변이, 건강한 사람들에게는 널리 퍼져있는 것 같습니다.
세포 대 세포 다양성의 정확한 범위는 여전히 불분명하고 일부 논쟁의 문제입니다. 지난 2 년 동안 과학자들이 단일 세포 DNA 시퀀싱의 새로운 방법으로 한 번에 하나의 게놈을 신중하게 볼 수있었습니다. (이전의 방법은 수천 또는 수백만의 세포의 결과를 평균화했으며 큰 수차 또는 상대적으로 일반적인 세포만을 감지 할 수있었습니다.)이 연구는 너무 새롭기 때문에 각 연구에는 놀라움이 포함되어 있기 때문에, Healthy Brains의 97 개의 뉴런에 대한 단일 세포 게놈 시퀀싱 연구, Boston Children 's Hospital의 신경 과자 인 Howard Hughes Medical Institute, 그리고 Howard Hughes Medical Institute의 Howard Hughes Medical Institute, xuyu xuyu xuyu는 Howard Hughes Medical Institute에 의해 발표되었습니다. 이수성 - 5 % 미만. 그러나 대부분은 적어도 하나의 좋은 크기의 카피 번호 변동을 가졌습니다.
Walsh의 발견과 다른 사람들은 인간 유전체학에서 세 번째 단계를 나타냅니다. 한 인간의 완전한 DNA가 2000 년에 처음 서열화되었을 때, 그것은 "인간 게놈"으로 간주되었다. 얼마 지나지 않아 연구원들은 개인 간의 차이점을 탐구하고“개인 게놈”시대를 시작했습니다. 이제 과학은 마이크로 겐의 시대에 들어가고 있으며, 이곳에서 연구는 우리 안에있는 세계를 탐구하기 시작하여 우리의 고유 한 불완전 성과 모순, 우리가 포함하는 여러 가지를 조사합니다.
.그 세 번째 단계는 더 깊은 질문이 있습니다. 우리의 유전 적 모순은 무엇을 의미합니까? 그들은 우리의 생물학에서 중요한 역할을합니까? 이 시점에서 거의 모든 게놈 과학자는 약간 다른 테이크를 가지고 있습니다. 놀라운 이론 중 하나는 DNA 다양성이 당신에게 좋을 수 있음을 시사합니다. 버그가 아닌 기능입니다.
이 아이디어에 따르면, 유전 적 이질성은 신체가보다 적응적이고 탄력적 일 수있게한다. 논리는 진화론 생물학에서 비롯됩니다. 유전 적 다양성은 가뭄이나 전염병과 같은 예측할 수없는 환경 변화에서 생존하기 위해 무작위로 장착 될 수 있기 때문에 유전 적 다양성은 분명히 인구 나 종에 유리합니다. 비슷한 선을 따라 일부 생물 학자들은 유전 적 다양성이 개인 내에서도 유익 할 수 있다고 제안했다. 새로운 조건이 환경 독소를 생존하거나 새로운 기술을 배우는 것과 같은 새로운 능력이나 기능을 요구한다면, 유전 적 이질성은이 새로운 상황에서 적어도 일부 세포가 번창 할 수있는 확률을 높입니다. . Baylor College of Medicine의 유전 학자 인 제임스 루프 스키 (James Lupski)는“저는 신체를 세포 집단으로 생각합니다. 그러한 인구에서“변형을 생성하고 가장 적합한 변형을 선택할 수있는 말이 많이 있습니다.”
이 주장의 가장 급진적 인 버전은 신경 가소성에 대한 선구적인 연구, 성인 뇌의 적응 능력으로 가장 잘 알려진 Salk Institute 신경 생물학자인 Fred Gage에서 나온 것입니다. 그의 팀은 정상적인 성인 인간 뇌에서 여러 유형의 유전자 변이가 일반적이라는 것을 발견했으며,이 다양성은 장기의 놀랍도록 복잡한 구조와 놀라운 유연성을 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 생각합니다. "우리는 80 년 동안 우리에게 어떤 일이 일어날 지 예측할 수 없습니다." "우리는 우리에게 일어나는 일에 적응하는 데 도움이되는 다양성의 메커니즘을 구축해야합니다." 간 생물학 전문가들은 비슷한 아이디어를 제안합니다. 그들은 심지어 유전 적 다양성이 실제로 장기를보다 탄력적으로 만들 수 있다는 예비 증거도 가지고 있습니다.
이 연구의 결과는 또한 실질적인 결과를 초래할 수 있습니다. 체세포 돌연변이가 건강한 신체에서 흔하면 생물 의학 연구자들은 더 이상 DNA 수차가 질병의 원인을 가리킨다고 가정 할 수 없습니다. 의사는 혈액 또는 타액 샘플에서 발견 된 DNA가 실제로 심장이나 간의 유전자 서열을 반영한다고 믿을 수 없습니다. 체세포 변이가 일반적 일뿐 만 아니라 당신에게도 좋은 것으로 판명되면, 가장 건강한 게놈이 완벽한 충실도로 복제된다는 오랜 추정을 약화시킬 것입니다. 가장 높은 기능적 신체는 약간의 돌연변이를 허용하는 신체 일 수 있으며, 일정량의 유전 적 야생과 장애를 장려합니다.
.패치 워크 뇌
면역 체계에서 DNA 다양성은 의심 할 여지없이 건강에 필수적입니다. 우리 몸은 우리가 이전에 그들을 만난 적이 없더라도 전염성 침략자를 인식하는 방식입니다. 우리의 면역 세포는 수백만 개의 독특하고 독특한 수용체를 생산합니다. 놀랍게도,이 다양성은 각각의 면역 세포에서 무작위로 재편성되고 재결합 된 소수의 면역 글로불린 유전자로부터 생성된다. 이들 유전자 단편의 모든 독특한 혼합은 약간 다른 수용체를 초래한다. 1987 년에 Susumu Tonegawa A 노벨상을 얻은 발견은“우리를 충분히 항체로 만들기 위해 수백만 유형의 변이를 생성하기위한 종으로서 우리의 생존이 필요했다”고 Lupski는 말했다. “나는 그 병리를 부르지 않을 것입니다. 나는 그것을 정상적인 생물학이라고 부릅니다.”
그러나 면역 체계는 단 하나의 플루 같은 예외로 생각되었으며 신체의 다른 곳에서 DNA 변화는 오류로 기록되었으며, 이는 복사 기계의 불완전한 결과입니다. 세포 분열 동안 DNA를 복사하고 편집하는 데 관여하는 효소는 게놈의 스트레치를 너무 많이 깎아 내리거나 재 삽입하거나 만들어 카피 수 변화를 생성 할 수 있습니다. 이수성은 다른 유형의 실수의 결과입니다. 복제 된 염색체가 두 개의 분열 세포 사이에서 고르지 않게 분할 될 때 발생합니다.
이러한 돌연변이는 상속되지 않기 때문에 "체세포"라고합니다. 대신, 이들은 자발적으로 비 생식 세포에 나타납니다. 빠르게 분열 된 조직에서 발달하는 동안 체세포 돌연변이가 발생하면 수백 또는 수백만 개의 세포에 존재할 수 있습니다. 대조적으로, 생식선 돌연변이는 일반적으로 상속된다 :그들은 이미 계란이나 정자에 있었는데, 이는 신체의 모든 세포에 영향을 미친다는 것을 의미한다.
.일부 연구자들은 면역 체계에서 일어나고있는 일이 뇌에서 일어나고 있다고 의심했습니다. 여기서 제한된 유전자 세트는 어떻게 든 다양한 세포, 아마도 10,000 개의 다른 유형을 코딩합니다. 세인트 루이스의 워싱턴 대학교 의과 대학의 분자 유전 학자 인 Ira Hall은“뇌는 매우 흥미롭고 사람들은 항상 이러한 놀라운 수준의 다양성을 얻는 방법을 설명 할 수있는 우아한 방법을 찾고 있습니다.
2001 년, 캘리포니아 대학교 샌디에고 대학의 신경 과학자 인 Jerold Chun과 다른 연구자들은 배아 마우스 뇌에서 뉴런을 일으키는 미성숙 세포의 약 3 분의 1이 비수성이라는 놀라운 발견을했습니다. 샌디에고에있는 Scripps Research Institute의 신경 과학자 인 Chun은“사람들은 우리가 미쳤다고 생각했습니다. 추적 논문에서 Chun과 다른 사람들은 성장 이수성 뉴런이 성인 마우스 뇌에서 흔하며, 심지어 다른 세포와의 회로를 형성한다는 것을 발견했습니다. 그들은 인간에게도 나타났습니다. 뇌와 관련이없는 원인으로 사망 한 사람들에서는 뇌 세포의 약 10 %가 이수성이있는 것으로 밝혀졌습니다.
각 뇌가 특유의 유 전적으로 괴물 같은 뉴런의 소집단을 보냈다면, 그 중 일부는 뇌와 개인 사이의 놀라운 변화를 설명하기 시작할 수 있다고 Chun은 추정했다. Chun은“이것은 거의 무한히 다양한 신경계를 만들 수있는 능력을 제공합니다. “유전 적 다양성 외에 우리는 종으로서, 신경 다양성은 시스템에 더 많은 가능성을 배치합니다.”
.Gage의 그룹은 비슷한 라인을 따라 이동 요소라고 불리는 작은 DNA 덩어리가 성인 인간 뇌에서 새로 태어난 뉴런에 작은 유전 적 변화를 유발할 수 있음을 발견했습니다. 이 삽입은 너무 작아서 게놈 전체에서 쉽게 찾을 수 없으므로 그의 그룹은 사후 뇌에서 110 개의 뉴런에서 더 큰 카피 수 변이 (CNV)를 찾았습니다. Gage는 단일 세포 시퀀싱에 대한 전문 지식을 보유한 Hall과 팀을 이루었으며 지난 가을에 성인 인간 뉴런의 13 ~ 41 %가 적어도 하나의 주요 CNV를 가지고 있으며 일부는 10 명 이상을 가졌다 고보고했습니다.
Gage는 동일한 이유 때문에 모바일 요소와 CNV가 존재한다고 제안합니다. 뇌의 동적 유연성을 촉진하여 빠른 변화의시기에 필수적인 것으로 판명 될 수 있습니다. “예상치 못한 변화를위한 준비 인 다양한 다양성이 제공됩니다. 정체적이고 아이디어적인 게놈이하지 않을 것이라는 적응성을 줄 수 있습니다.” 장점을 제공하는 세포는 살아남아 다른 세포와 연결됩니다. 그렇지 않은 사람들은 죽습니다. 우리의 두뇌에서 바로 적합한 생존입니다.
염색체로 터져
신체의 다른 부분이 게놈 결함으로 수수께끼인지 여부는 불분명합니다. 홀은 이렇게 말했다. 뇌 밖에서, 건강한 사람들의 가장 문서화 된 게놈 변동성은간에 있습니다. 백년 전, 생물 학자들은 일부 간세포 (간 세포)가 거대하고, 둘 이상의 핵으로 부어 있고 염색체로 파열 된 것을 발견했습니다. 현대의 추정치는 인간의 경우 모든 간세포의 약 절반이 다 배수체인데, 이는 각 염색체의 일반적인 두 사본을 갖는 대신 4, 8, 16을 가지고 있음을 의미합니다.
.한 가지 이론은 추가 DNA가 백업 카피 역할을한다는 것입니다. 간은 폐기물 가공 공장과 같습니다. 독성 물질을 비활성화하고 처리하며, 세포는 끊임없이 DNA 손상 화학 물질에 노출됩니다. 간 세포의 하나의 염색체에서 중요한 유전자가 DNA 파괴 독에 의해 녹아웃되면, 염색체의 여분의 사본은 유전자가 여전히 기능하도록합니다.
그러나 피츠버그 대학의 세포 생물 학자 인 앤드류 던컨 (Andrew Duncan)은 다 배수 세포가 분열되면 딸 세포가 종종 이수성이라는 것을 알았습니다. 모든 인간 간세포의 약 절반은 이수성이므로 백업-카피 이론이 전체 이야기가 될 수는 없음을 나타냅니다. 던컨은 뇌와 마찬가지로 간이 비슷한 이유로 게놈 다양성의 혜택을받는다고 생각합니다. 간은 간경변이나 간염과 같은 독소 또는 질병으로 인해 손상되면 스스로 재생하는 능력이 있습니다. 유 전적으로 다양한 세포 풀은 일부가 생존하기에 더 잘 갖추어져 있음을 의미합니다. 그 이상치는 곱하고 다른 세포를 곱하고 장기를 재구성 할 것입니다.
Duncan은 적어도 실험실 마우스에서 일어날 수있는 증거도 있습니다. 인간 간 질환 인 유전 적 티로 신혈증을 발생시키기 위해 유전자 변형 된 마우스는 균질성 산이 산이 옥 시게나 제라고 불리는 염색체 16에서 다른 유전자를 잃으면 질병에 저항 할 것이다. Duncan은 2012 년에 아픈 마우스의 간이 염색체 16의 사본을 무작위로 잃어버린 이수성 세포에 의해 선택적으로 재건되었다는 것을 발견했습니다.
그는 이제 인간 간 질환의 다른 마우스 모델에서도 비슷한 일이 일어날 수 있음을 보여주기를 희망하며, 이수성 세포가 아픈 인간의 간을 재건 할 수 있다는 증거를 찾고 있습니다. 그는 질병 회복에서“이러한 염색체 변화가 역할을 할 수 있다는 것은 사람들이 적어도 고려하고있다”고 말했다. "그 역할이 무엇인지 알아내는 것은 우리와 다른 사람들에게 달려 있습니다."
좋은 일?
한편, 모든 사람이 대규모 유전자 수차가 건강한 신체에서 공통적이라고 확신하는 것은 아닙니다. 그 의심의 대부분은 기술적 결점과 관련이 있습니다. 이수성, 형광성 현장 혼성화를 식별하는 전통적인 방법은 23 쌍의 염색체를 모두 조사하는 데 이상적이지 않으며, 하나의 염색체가 이수성이라는 것을 결정하는 것은 다소 주관적 일 수 있습니다. 새로운 단일 세포 시퀀싱 방법은 하나의 전체 게놈을 직접 감사 할 수 있지만, DNA는 화학적으로 증폭되어 왜곡되어야합니다. 게놈의 "커버리지"가 충분히 깊어지는 것 (대부분의 오류를 수정하기 위해 충분히 시퀀싱을 반복)는 여전히 시간이 많이 걸리고 비싸기 때문에 연구는 낮은 범위에서 수행됩니다. 큰 CNV조차도 감지하기 어렵고 작은 CNV는 현재 체계적으로 조사하기가 거의 불가능합니다.
이러한 모든 이유로, MIT의 게놈 생물 학자 Angelika Amon (및 Howard Hughes 학자)은 암과 노화의 이수성에 중점을 둔 연구가 건강한 신체의 주요 유전자 변이가 과대 평가되었다고 생각합니다. 그녀는 그것이 생물학적으로 불가능하다고 생각하기 때문입니다. 그녀의 연구에 따르면 이수성은 세포가 천천히 자라고 대사 스트레스의 징후를 보이게합니다. "효모, 마우스 및 인간에서 우리가 이수성에 대해 연구 한 모든 것은 잘못된 염색체 수를 갖는 것이 좋지 않다는 것을 보여줍니다."라고 그녀는 말했습니다.
Walsh는 Chun의 약 10 % 추정치와 달리 뇌에서 더 그럴듯한 범위가 5 % 미만이라고 생각합니다 (피부와 같은 대부분의 다른 조직에서 볼 수있는 것과 일치합니다). (Amon은 2 %에 가깝다고 생각합니다.) Megabase 크기의 CNV를 사용하면 그림이 더 어둡습니다. Amon은 또한 변화를 분석하는 데 사용되는 통계적 방법에 의해 현재 CNV 추정치가 과도하게 증가했다고 의심하지만 Walsh의 최근 연구는 Chun과 Gage가 발견 한 것의 낮은 범위와는 다소 일관성이 있습니다. 대부분의 뇌 세포는 적어도 하나의 실질적인 CNV를 가지고 있습니다. Walsh는“CNV는 정상적인 발전 뇌에서도 매우 일반적입니다. “나는 그것에 깊은 인상을 받았습니다.”
게놈을 분석하는 기술과 방법이 계속 개선 될 때 어디서 얼마나 많은 문제가 해결 될 것입니다. 체세포 돌연변이가 크게 유익한 지, 심지어 인간 다양성과 적응성의 필수 원인지 여부는 대답하기가 더 어려울 것입니다. 현재로서는 "실제 데이터를 기반으로하는 것이 아니라 이론적 인 것"이라고 Gage는 인정했다.
오늘날 발표 된 Walsh 그룹의 또 다른 연구에 따르면 적은 수의 세포조차도 돌연변이가 두 개의 피질이 있거나 계란처럼 매끄럽는 뇌와 같은 심각한 뇌 기형을 초래할 수 있습니다. Walsh는“돌연변이되는 세포의 10 %가 거의 없으면 발작, 지적 장애와 같은 모든 종류의 문제를 줄 수 있습니다. 그의 눈에는 뇌의 체세포 돌연변이의 단점이 분명하며 잠재적 인 이점은 아직 입증되지 않았습니다. 마찬가지로 Lupski는 체세포 변이가 중요하다고 생각하지만 아직 도움이된다고 확신하지는 않습니다. Duncan 's와 같은 더 많은 실험은 유 전적으로 다양한 뇌 또는 간이 균질 한 뇌에 비해 측정 가능한 이점이 있음을 증명하기 위해 필요합니다.
그러나 회의론자조차도 게놈 다양성이 도움이 될 수 있다는 생각의 깊은 매력을 높이 평가합니다. Amon은“사람들은 인간의 변동성에 대한 설명을 제공 할 수 있기 때문에 그것에 대해 흥분하고 있습니다. 우리는 당황스러운 다양한 습관과 행동과 삶이 우리에게 던지는 모든 것에 적응할 수있는 능력을 가지고 있습니다. 인간의 본성에 대한 진실을 반영하고, 우리의 취약성과 탄력성이 모두 하나의 동전의 양면, 함께 묶여 있기 때문에 설득력이 있습니다. 그것은 단지 우리가 누구인지에 맞는 것 같습니다.
