中國科學家率先完成「30nm 染色質高級結構解析」有何意義?

中國科學家率先揭開生命信息載體結構奧秘

本研究論文的評審人評論說,「30nm染色質結構是最基本的分子生物學問題之一,困擾了研究人員30餘年」,該結果是「目前為止解析的最有挑戰性的結構之一」,「在理解染色質如何裝配這個問題上邁出了重要的一步」。

這個問題我不太會問,歡迎修改。會不會大幅增進人類壽命或者輕易消滅某些疾病?


匿名已取消,此前是怕答得不好丟人。
謝謝大家的鼓勵!這是我在知乎的第一個長回答。


謝謝支持!給大家鞠躬了!
2014-04-30補充:30nm纖維形成後,還要經過更複雜的包裝過程才能形成細胞分裂中期我們看到的又黑又粗的染色體結構。所以說,解析30nm的結構才是我們認識基因組高級包裝過程的第一步。


30nm染色質纖維的結構是一個分子生物學中的基本(fundamental)問題,我們能把它的意義說得很大也能把它的意義說得很小。打個比方,「是地球在圍繞太陽旋轉還是太陽在圍繞地球旋轉」,這個問題可以說很有意義,因為它決定了人們的宇宙觀,並且為我們觀察外部星體提供了一個基本框架,其結論能夠解釋某些自然現象,無數新的研究都得以該問題的結論為基本前提。這個問題也可以說沒多大意義,因為無論結論如何我們的日常生活都不會受到干擾。

這個工作的原文鏈接:Cryo-EM Study of the Chromatin Fiber Reveals a Double Helix Twisted by Tetranucleosomal Units
這個工作的意義的「官方闡述」:The 30-nm Fiber Redux

大體說來,這是這樣的一個問題。
Waston同學和Crick同學告訴我們(http://www.nature.com/physics/looking-back/crick/Crick_Watson.pdf),DNA是這樣的:

但人類的基因組太大了,全長30億個鹼基對,這下麻煩了,因為這樣說來,一個普通的人類二倍體細胞里的DNA收尾相接拉成直線就長達兩米。想想看一個細胞才多大?這怎麼裝得進去呢?
於是有聰明的看官說了,「DNA一定是被疊起來了!」
沒錯,這簡直是一定的。那DNA是如何被疊起來的呢?
Luger醬告訴我們(http://www.nature.com/nature/journal/v389/n6648/full/389251a0.html),DNA首先是這樣子被纏到組蛋白上去的,形成個小珠子:

這樣一來,DNA的尺度就被縮短了一些,畢竟打了一個捲兒嘛。上左圖中被包繞在DNA雙螺旋中的藍色、綠色、黃色、紅色所標識的螺旋樣的東西分別代表組蛋白H3、H4、H2A和H2B。上右圖是左圖的側視圖。長長的DNA被串成以上的重複結構,在電鏡下看,就是下圖的念珠狀樣子。

但是這樣是不夠的,對細胞來說還是有點長,它會再摺疊一次,變成下圖的樣子。

這就是所謂的30nm纖維在電鏡下翔一般的模樣。

但是這個30nm纖維裡面的結構到底是怎麼樣的呢?念珠狀的纖維到底是通過何種組織方式變成30nm纖維的呢?一直以來,學界有兩種模型。

左邊的是所謂的螺線管模型,右邊的是所謂的Zig-Zag模型。
當然,這也就是想想而已,雖然也有人做過一些工作,但大體上大家都在爭論不休,各自挺各自的。

這次他們做的結構是用冷凍電鏡的方法確定了包含12個「珠子」的30 nm的結構。此結構是符合zigzag模型的,雖然跟原來想的不完全一樣。

回到題主的問題,其意義可能在於:
1. 這是中國對於生命科學領域,特別是分子生物學基礎關鍵問題的貢獻。國家確實在努力,也確實在變得越來越NB。NB的人回國了,帶動著不太NB的土產博士生碩士生變得NB。
2. 就「30nm的結構」來說,這個問題很基礎,也很重要,他們的模型一定程度解釋了這個問題,這很不錯。
3. 至於會不會「大幅增進人類壽命或者輕易消滅某些疾病」?肯定不會直接產生類似的效益,但間接的,誰知道呢?比方說,今天吃了顆好吃的白菜,我們會感謝農民感謝土地,有誰會感謝二氧化碳呢?


我說兩個比較關鍵的點。
一個是,原來所有的教科書里寫的都是六個核小體構成一圈螺線管,而這篇論文發現不是六個而是四個核小體一圈。
第二個是,發現染色質的高級結構也是一個左手雙螺旋,與DNA雙鏈結構類似。


謝搖。這是一個基礎研究。不是應用研究。主要的用處是在分子生物學課本里增加一個知識點,就像DNA雙螺旋結構一樣。當然在後續研究中,這個研究的意義是很大的。我們可以通過這樣一個結構解析了解DNA的其中一級組織結構,據說算二級?以後的應用嘛大可放開想像力,比如仿生學?要說靠這個研究延長壽命那是不可能的。基礎研究的意義主要在於擴充人類的知識面。它會成為未來應用的一個原理。大概如此。


不太同意上樓的看法:其主要的作用不能僅僅是增加了一個知識點而已!這個研究的意義不僅僅是揭示了空間上某一尺度上(30nm?)的結構或「長什麼樣子」,更重要的是,也意味著從方法論上講,研究人員也有了在這個空間尺度上的成體系的或較完備可操作性的研究框架或思路。生物學歷史上正因為各種染色劑的使用(當然還有其他技術,比如顯微鏡等)讓人們具備了對cell水平的世界的探索能力,這才有了高爾基體等cell內結構的發現!

單就這個30nm染色體高級結構的揭示來講,這就意味著研究人員初步具備了分離、分析這個空間尺度的生物學物質的能力。進一步講,如果這個技術相當成熟,那就可以完全研究(假設這個30nm的結構是一根棍子,有點無知了!)在這層結構上蛋白質組是如何相互作用的,單就這一點,從現有的技術路線中還是很難做到的!!!畢竟生物學研究困難的根本就在於難以分離並穩定控制某一空間尺度上生物學物質對象,而一旦能夠做到這一點,就會打開一個新的研究領域!

呵呵,瞎預測一下:既然現在得到了dna分子(進而分子遺傳學) 和染色體(進而cell遺傳學)之間的空間結構,那會不會以後會出現一個新的「」領域:亞染色體遺傳學,亞染色體蛋白質組學!?

----------------補充1----------------------

科學研究的事情千萬不要說「不可能」!老早前的研究表明,端粒體與壽命長短有著直接的關係。如果說在這個30nm尺度上可以詳細解析端粒體及其周邊物質的結構和功能,那是否就可以說,我們所討論的研究成果對壽命長短的研究有正向推動作用呢!??


基礎性生物學問題,每個學科都有其構架的基礎,他們的工作讓我們明確了。
意義:1,方法上對這樣的大分子複合結構提供了解決的參考;2,明確了30nm染色質結構的特點,如果體外想重裝的話,這就是參考啊;3,任何重要的生物問題的解決都有無限的運用的可能,只是路長或短的不同。


簡單來說,題主說的意義大概是,你要吃一碗面,而他們正在做的事情是開墾一塊兒田。


我想知道的是從方法學上容易實現這NB的解析不?


推薦閱讀:

有哪些奇怪的昆蟲或者變異的昆蟲?
行屍走肉等喪屍劇里喪屍常常渾身腐爛,腐爛的肌肉不能發力,它們是靠什麼來提供運動力和咬合力等力量的?
是不是中國神話題材繪畫里的人翅膀在肋下,而基督教神話題材繪畫中翅膀在背後(肩後)?

TAG:生物學 | 染色體 | 分子生物學 | 表觀遺傳學 |