表觀遺傳——演奏生命樂章的交響樂團
阮麗蓉/中央研究院基因體研究中心研究員
生命存在於地球已超過四十億年, 然而在一九五三年之前,人類對於生命運行代代相傳的機制所知極其有限。何其幸運,半個多世紀以來,扭轉人類命運的生命科學突破,已把人類推上史無前例的高峰,我們已經身處生命科學的黃金時代!
一切必須由神奇的DNA說起
一九五三年之前,科學家已理解,DNA極可能隱藏龍生龍、鳳生鳳的生物遺傳密碼,然而知其然不知其所以然,對於遺傳機制仍是一頭霧水。
這困擾無數頂尖科學家,堪稱人類史上最重大的謎團,一九五三年由華生和克里克博士四兩撥千斤,輕鬆巧妙的解開。華生和克里克博士發現,由不斷重複的磷酸根、五碳糖和四種鹼基ATCG串成的DNA可以形成穩定的雙股螺旋結構 ,兩股DNA彼此的鹼基可準確相互配對結合(A配T,C配G)。於是,細胞生長分裂前DNA複製時,雙股螺旋分開,分開的兩股DNA都成了模板,DNA聚合酶按著模板製造出另一股擁有完全相對應鹼基序列的DNA,再次形成雙股螺旋結構,平均分配到兩個分裂之後的子細胞。憑藉這僅僅一頁劃時代的DNA雙股螺旋結構論文,華生和克里克博士,與提供DNA X光繞射圖的維爾金博士,共同獲得一九六二年諾貝爾生理醫學獎,堪稱是諾貝爾獎中的諾貝爾獎。
如此完美的DNA 複製機制,瞬間解開生物遺傳奧秘,生命科學正式脫離蝸牛慢爬,搭上太空梭前進。
克里克博士進一步提出遺傳訊息中心法則 (The Central Dogma),說明 DNA可以被轉錄為RNA,RNA 被轉譯為蛋白質。DNA上的鹼基序列,決定最終形成何種蛋白質。花花世界萬千生物之所以形態各異,人體組織器官複雜,端賴各式細胞在個體發育成長階段產生各種蛋白質,各司其職。
一九九○年,耗資三十億美金的人類基因組定序計畫正式啟動,歷時十三年,於二○○三年公布完整DNA序列圖譜。眼見為憑,人類首次清楚看見「我是誰」的三十億個DNA鹼基生命之書,以為從此可知天命……
但天不從人願,顯而易見的問題立刻浮現:
人類擁有 30 ± 0.5 × 10^12顆細胞,除少部分免疫細胞例外,每一顆細胞中的DNA序列基本完全一致,然而為何有些細胞發展成了眼睛,有些細胞發展成了骨頭,有些細胞發展成了心臟?
同卵雙胞胎有著同樣序列的DNA,儘管外貌相似,為何後天命運卻大不同? 比如其中一位天天吃炸雞薯條可樂,高血糖高脂肪高血壓三高纏身,未老先衰。而另一位奉行健康飲食作息,成了歲月無痕的美魔女。
究竟是何機制,讓同一份生命之書,展現不同的命運?
(本文節錄自二○二一新版序)