“跳躍基因”無處不在。每個生命領(lǐng)域都攜帶這些DNA序列，它們沿著一條染色體從一個位置“跳”到另一個位置；事實上，有接近一半的人類基因組是由跳躍基因組成的。根據(jù)它們特定的切除和插入點，跳躍基因可能中斷或引發(fā)基因表達，從而驅(qū)動基因突變，并導致細胞的多樣化。自從上個世紀40年代它們被發(fā)現(xiàn)以來，研究人員已經(jīng)能夠研究這些跳躍基因的行為，它們通常被稱為轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)座因子(TE)，科學家主要通過間接方法，從大部分結(jié)果推斷出單個跳躍基因的活動。然而，這樣的技術(shù)不夠敏感，不能準確地確定轉(zhuǎn)座子如何或為什么跳躍，以及什么因素引發(fā)了它們的活動。

    6月13日發(fā)表的一項研究中，美國伊利諾伊大學香檳分校的科學家們，實時觀察到了活細胞內(nèi)的跳躍基因活動。

    研究團隊進行了體內(nèi)實驗，在這項研究中，較之以前的研究，我們看到了比預期更多的跳躍基因正在活動。更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)這些基因跳躍的頻率，敏感地依賴于細胞如何生長——例如是否有可用的食物讓細胞生長。換句話說，跳躍基因激活并不是完全隨機的，它依賴于環(huán)境的反饋。

    為了在活細胞中觀察這些獨特的細胞進化事件，Kuhlman的團隊設計了一個使用大腸桿菌的合成生物學系統(tǒng)�？茖W家們把編碼熒光蛋白（在這項研究中，是藍色和黃色熒光蛋白）的報告基因的表達，與轉(zhuǎn)座子的跳躍活動結(jié)合起來。然后，科學家們可以使用熒光顯微鏡直觀地記錄轉(zhuǎn)座子的活動。

    這些基因在一個細胞的基因組內(nèi)跳躍和改變位置。這種活動相當于一個分子系統(tǒng)，這樣，當它們開始跳躍時，整個細胞會發(fā)出熒光。在我們的實驗中，細胞在它們不太高興的時候發(fā)出zui多的熒光。一種學派表明，在這種不快樂的情況下，這樣一種增加的突變率，對多樣化的細胞來說可能是一個優(yōu)勢。

    為了幫助設計實驗，并推斷“如果跳躍以一種純粹隨機的模式發(fā)生時會是什么情況”，研究團隊開發(fā)了細菌菌落生長的計算機模擬，并預測在隨機的情況下實驗信號會是什么樣子。這些計算表明，實驗不能僅僅被理解為隨機轉(zhuǎn)座子活動，甚至能提供非隨機性來源的線索，包括環(huán)境反饋和遺傳。他們的工作涉及大量的計算圖像分析，其次是統(tǒng)計分析。為了從原始數(shù)據(jù)中提取信號和結(jié)論，模擬和理論計算對于實驗設計和解釋是很很重要的。只有利用活細胞物理學中心提供的獨特結(jié)構(gòu)，才使得這類合作項目成為可能。

    zui首要的長期研究目標是，在分子水平上深入了解進化是如何運作的。直接觀察細胞內(nèi)的基因組如何重組自我，可讓我們測定適應率，并可能揭示了一系列重要的進化問題——從生命的出現(xiàn)到癌癥的傳播，在這些過程中細胞經(jīng)歷了快速突變，并轉(zhuǎn)換了它們的基因組。

    關(guān)于“跳躍基因”，早在2013年就有研究人員采用一種新方法，在其行動時捕捉神出鬼沒的“跳躍基因”，他們發(fā)現(xiàn)一種DNA類型利用了兩個人類蛋白進行自我復制以及從一個地方移動至另一個地方。這一研究發(fā)現(xiàn)使得研究人員突破性地認識到，驅(qū)使遷移至人類基因組新區(qū)域的跳躍基因，與致力于限制這樣的不穩(wěn)定DNA片段所帶來的風險的細胞之間存在著軍備競賽。

    2015年5月，研究人員確定了兩種蛋白質(zhì)之間的相互作用，是一個轉(zhuǎn)座子整合到酵母基因組中一個特定區(qū)域所必不可少的。這些研究結(jié)果發(fā)表在《科學》（Science）雜志，強調(diào)了這些可移動DNA序列在生物進化與適用中的作用，及其對于基因治療的潛在價值。

    另外，密西根大學醫(yī)學院的研究團隊在2015年11月的雜志上發(fā)表文章指出，沒有尾巴的轉(zhuǎn)座子無法進行有效的跳躍。這項研究解決了轉(zhuǎn)座子跳躍的重要問題，有助于限制反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子LINE-1的行動。

原創(chuàng)作者：上海恒遠生物科技有限公司