為了闡明和理解DNA的生物學(xué)意義，美國(guó)康奈爾大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出一種新的計(jì)算方法，可以識(shí)別在細(xì)胞正常運(yùn)行中發(fā)揮作用的人類基因組位置，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在1月19日的Nature旗下子刊《Nature Genetics》。

    人類基因組是巨大的，共有三十億個(gè)核苷酸堿基對(duì)。但是在這數(shù)十億個(gè)堿基對(duì)當(dāng)中，只有大約1.25%組成了我們所用全部蛋白的編碼基因。其余一小部分遺傳物質(zhì)可調(diào)節(jié)基因，打開或關(guān)閉它們，但是這些基因尚未完全確定。

    本文第一作者、計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生Brad Gulko說(shuō)：“這篇論文解決了關(guān)于‘如何確定控制人類特征和疾病的功能性非編碼基因組部分’的深層問(wèn)題。”Gulko的導(dǎo)師、康奈爾大學(xué)生物統(tǒng)計(jì)和計(jì)算生物學(xué)副教授、冷泉港實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Adam Siepel是本文的共同通訊作者之一。

    Gulko說(shuō)：“我們這種方法的獨(dú)特之處在于，直截了當(dāng)?shù)匕袲NA生物化學(xué)與最近的進(jìn)化壓力相結(jié)合。我們的方法不僅可讓其他科學(xué)家使用這些結(jié)果，而且還讓我們更容易理解它們。”

    根據(jù)這一新計(jì)算方法所獲得的人類基因組的深刻見解，可以應(yīng)用到個(gè)性化醫(yī)學(xué)，它也向一些疾病的治療方法開發(fā)邁出了巨大的一步，包括艾滋病、瘧疾、肌肉硬化癥、ALS和阿爾茨海默氏病。

    遺傳學(xué)家們通過(guò)尋找DNA、基因和遺傳物質(zhì)中的選擇性壓力信號(hào)——賦予個(gè)體種群優(yōu)勢(shì)和更大“適合度”或繁殖成功率，來(lái)確定具有生物學(xué)意義的DNA.

    這種新方法結(jié)合以前使用的技術(shù)，來(lái)確定選擇性壓力。使用一種技術(shù)尋找人類和黑猩猩之間經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年積累的基因組差異；一種不太常用的方法則被用來(lái)尋找人類個(gè)體之間的DNA突變（多態(tài)性）。

    這種新的計(jì)算方法，把基因組中功能相似的標(biāo)記集群成組，然后根據(jù)差異與基因組多態(tài)性的相關(guān)模式，估計(jì)一個(gè)標(biāo)記組是否有助于該物種適合度的可能性。

    用這種方法，研究人員就得到一個(gè)“適合度結(jié)果”（fitCons）評(píng)分，通過(guò)這個(gè)評(píng)分可預(yù)測(cè)哪些遺傳物質(zhì)可能處于選擇壓力下，從而具有生物學(xué)意義。

    與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在預(yù)測(cè)哪些遺傳物質(zhì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)方面，fitCons評(píng)分表現(xiàn)出更大的能力。

    此外，fitCons評(píng)分表明，自人類與黑猩猩發(fā)生分化以來(lái)，人類基因組中4.2%到7.5%（但可能接近5%）的核苷酸已經(jīng)影響了適合度。

    原文檢索：

    Brad Gulko, Melissa J Hubisz, Ilan Gronau& Adam Siepel. A method for calculating probabilities of fitness consequences for point mutations across the human genome. Nature Genetics, 19 January 2015; doi:10.1038/ng.3196