病毒感染可能改变 DNA 并导致遗传性精神疾病

人们都知道,遗传某些基因或基因变异会使人容易患上精神疾病,但新的研究发现,遗传性精神疾病也是由于我们的 DNA 发生了改变,而这些改变是由一百万年前我们的祖先受到病毒感染引起的。值得注意的是,这些改变并没有改变 DNA 编码基因的部分,而是改变了曾被称为 “垃圾 DNA “的部分,它们控制着基因的表达方式。

病毒感染可能改变 DNA 并导致遗传性精神疾病

身体和精神疾病,就像生物学中的大多数事物一样,是基因、环境和机遇共同作用的结果。以精神分裂症为例。某些生活经历和接触毒品(包括某些人接触大麻)会增加罹患精神分裂症的几率,但罹患这种严重精神疾病的风险有 80% 来自遗传。如果你的同卵双胞胎患有这种疾病,那么你也有 50/50 的几率患病。然而,研究却未能找到导致精神分裂症的基因或基因突变。这一难题可能意味着精神分裂症是由许多基因之间复杂的相互作用造成的,但现在科学家们认识到了一种新的解释–他们在我们的 DNA 中找错了地方。

 

基因是一段段的 DNA,它们制造了构建和运行我们身体的所有蛋白质。每个基因就像项链上的一颗珍珠。科学家们在寻找精神疾病的遗传基础时,首先关注的是基因(珍珠),却忽略了基因之间的 DNA 链。基因之间的这些 DNA 链控制着基因的激活或抑制方式。如果这些基因间的 DNA 链出了问题,对大脑和身体正常运作至关重要的基因就无法正常工作,即使基因本身可能没有问题。

 

如果基因间 DNA 链的改变是遗传性精神疾病的罪魁祸首,那么问题就来了,基因间的 DNA 是如何被弄脏的?一项新的研究给出了令人惊讶的答案。某些病毒在感染细胞时会将其遗传物质插入宿主的 DNA 中。新研究发现,古代的病毒感染可以解释许多精神疾病是如何遗传的。

DNA 如何工作

要了解这项新研究,先简单了解一下 DNA 的基本工作原理会有所帮助。DNA 是一种遗传密码,就像运行计算机的软件密码一样,但 DNA 中的信息不是用 0 和 1 编码的,而是用四种分子编码的。正如 “0 “和 “1 “的序列指定了软件指令一样,DNA 字符串上的四种分子序列编码了构建和运行我们体内每个细胞所需的所有信息。

 

DNA 中的遗传指令是制造人体所有蛋白质的总 “蓝图”,而这一重要代码一直保留在细胞核内。当一个基因被激活以制造它所指定的蛋白质时,另一种分子 RNA 会制作基因的临时副本,并将其带出细胞核进入细胞质,在细胞质中,专门的结构会翻译 RNA 代码,以合成基因所指定的蛋白质。RNA 会迅速自毁,这样旧的指令就不会影响运行,而基因的主代码则保存在 DNA 中,并通过卵细胞和精细胞传给我们的后代。遗传信息从 DNA 到 RNA 再到蛋白质的单向流动被称为生物学中的 “中心教条”,但逆转录病毒在感染细胞时却逆转了这一过程。

病毒如何改变 DNA

病毒无法制造自己的蛋白质。相反,逆转录病毒(如 HIV、Covid-19 和其他病毒)会将带有制造病毒蛋白质代码的 RNA 注入它们感染的细胞。RNA 可以转化为 DNA,并插入宿主的 DNA 中。然后,就像电脑黑客在软件中植入恶意代码一样,当受感染的细胞进行基因操作,将 DNA 转化为 RNA 并转化为蛋白质时,病毒基因就会被读出,从而在不知不觉中制造出新的病毒。

 

有时,病毒 RNA 片段会插入宿主的 DNA 中,并留在那里。这些片段不会生成蛋白质,但如果插入基因之间,就会影响基因的读出。这可能会导致严重的遗传性疾病,但也可能导致进化过程中的飞跃,即在遗传过程中突然产生新的性状,而不像通常那样通过渐变和自然选择来推动进化。最近发现的一个例子是神经纤维上突然出现了重要的电鞘–髓鞘,它改变了信息在大脑和身体中的传输方式。髓鞘在有脊骨的动物(脊椎动物)中突然出现,根据新的研究,脊椎动物祖先的病毒感染引发了这一突然进步。

拼接 RNA 制造数百种变体

但中心教条所涉及的内容可能比你在生物课上所学到的还要多。如果 “一个基因一种蛋白质 “的规则是正确的,那么人体就只有大约 2 万种蛋白质,但事实上,一个基因可以制造多达 100 种不同类型的蛋白质。其中一个原因是,由 DNA 编码的基因产生的 RNA 可以以各种方式拼接。就像园艺家可以在一棵树上拼接三个品种的苹果,从而创造出一种全新的植物一样,RNA 的拼接也会产生多种不同的蛋白质。

古老的病毒感染促进了脑部疾病的遗传

通过对逆转录病毒的了解,你无疑已经猜到病毒感染会如何破坏 RNA 编辑并产生可能导致精神疾病的蛋白质变异。如果病毒 RNA 片段被插入 DNA(这是遗传的),当细胞读出其 DNA 并制造这些病毒 RNA 片段时,它们就会改变 RNA 的剪接过程,产生异常蛋白质。这就是最新研究发现的一些遗传性神经发育智力障碍的主要原因。

 

在这项关于病毒与遗传性心理疾病的新研究中,研究人员分析了 792 份死后大脑样本中的 RNA,发现了 1238 个源自病毒的 RNA 片段。其中 26 个与精神疾病有关。其中两个与精神分裂症的风险有关。其中一个还与精神分裂症和躁郁症的风险有关,另一个则专门与重度抑郁症有关。

 

随着人们对遗传学复杂机制认识的加深,对复杂的心理和神经疾病如何遗传的认识也在不断加深。这些新发现为治疗带来了新的希望,并再次提醒我们,我们的身体是如何融入地球上复杂的生命结构之中的。

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