基因检测与疾病预防

2021
07/06

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检验之声
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基因与遗传

说到遗传,总是让人觉得既平常而又神秘。当一个孩子表现出与父母的相似之处,我们会觉得理所应当,又免不了好奇“为什么会如此相似”?

 

为什么会如此相似呢?除了环境的外在影响,还少不了在亲子间传递的遗传信息。


 

DNA承载着我们的遗传信息

 

我们几乎所有的遗传信息,都储存在细胞核内的23对染色体中,或者说是染色体的DNA链中。DNA即脱氧核糖核酸,它是由四种不同的脱氧核苷酸排列组合成的长链。这四种脱氧核苷酸分别携带有四种不同的碱基A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶),其中,A与T,G与C又可以相互互补,形成双链的DNA结构,而我们的遗传密码就藏在这四种脱氧核苷酸的排列组合中。

 

 

图片为DNA到染色体的组装示意图:从左下角起可以看到由AT、GC互补配对组成的DNA双链;DNA双链以双螺旋形式存在,并缠绕在组蛋白上,形成串珠样的核小体;这些核小体“串珠”再进一步盘绕、压缩,形成致密的染色体。通过这一系列步骤,可以将理论上全长达两米的DNA链压缩到直径几十微米的细胞核中。(图片来自:pixabay官网)

 

这些由ATGC组成的密码最终是如何影响我们的?让我们看看这些密码在体内是如何被破解与翻译的。

 

遗传信息影响我们的生理活动

 

在对生物间遗传的现象进行探索时,人们发现对于绝大生物来说,DNA是决定遗传的主要物质。那么这些遗传信息是如何从DNA传递出去的呢?

 

中心法则指明了遗传信息的流动方向,即DNA-RNA-蛋白质(大多数DNA为遗传物质的生物)。我们把记录了有功能的DNA片段称为基因,它们是由ATGC排列组合密码加密而成的,需要特殊的解码设备进行解读。

 

将DNA密码转录成RNA密码是解码的第一步。同样,根据碱基互补配对原则,DNA(脱氧核糖核酸)的ATGC密码会被转化成RNA(核糖核酸)的AUGC密码。而RNA密码则可以被体内蛋白合成系统解读,根据密码序列,匹配对应的氨基酸,最终合成蛋白质长链

 

 

图为蛋白质编码系统,DNA链上的ATGC密码会以三联体的形式,通过RNA,被翻译成对应的氨基酸序列(图片来自:pixabay)

 

说到这里,就或多或少可以理解遗传信息是如何最终表现在我们生命活动上了。蛋白质是生命活动的主要承担者,通过控制蛋白质的合成,遗传信息控制了我们身体中绝大部分的生理活动。

 

基因与疾病

 

有生理就会有病理。DNA链上的ATGC序列记录着我们的遗传信息,而当这个序列出现任何一个微小变动,都可能会影响后续的翻译系统,进而使正常的生理活动发生变化。

 

而通过对这些基因序列进行分析与解读,我们可以对体内的一些生理活动进行评估。这有助于我们了解与把握自己身体的生理功能,比如营养物质的代谢能力、对某种药物的敏感程度以及某些疾病的发病风险等。

 

评估肿瘤易感风险

 

肿瘤可以说是一种基因疾病——在某些环境因素(如辐射、化学物质、生物毒素等)影响下,染色体上的DNA会发生损伤,导致细胞对生长失去了调控能力,开始恶性增殖。

 

与肿瘤发生有关的基因有很多,比如较为有名的BRCA基因

BRCA1/2基因编码的蛋白主要负责DNA损伤的修复与基因转录的调控,性质上属于一类抑癌基因。当BRCA1/2基因发生突变,失去了原有的DNA修复功能,那么DNA损伤、突变的概率就会增加,癌症的发生风险也会升高。

 

评估慢性病易感风险

 

慢性病是一类长病程疾病的统称,比如心脑血管疾病、糖尿病、慢阻肺等等。这些慢性病发病通常受很多因素影响,遗传是其中重要的一项。

 

通过对大量人群进行基因检测与比对,我们可以筛选出与慢性病发生相关的基因突变,这些突变位点也被称为疾病易感位点。我们可以通过基因检测了解自身的基因序列中是否存在这些“疾病易感位点”,进而评估患病风险。

 

营养代谢

 

我们日常摄入的各类食物,在体内要经过一系列的化学代谢反应,才能最终发挥作用。而基因的差异,决定了我们每个人对食物的代谢能力是有差异的。

叶酸是一类重要的营养物质,广泛存在于绿叶植物、动物内脏中。在进入体内后,叶酸会被代谢为二氢叶酸与四氢叶酸,它们在DNA修复、蛋白质合成中发挥着重要作用。


亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)是叶酸代谢过程中的关键酶之一,可以合成5-甲基四氢叶酸。目前已发现,不同基因型的人,体内亚甲基四氢叶酸还原酶的活性是不同的。也就是虽然摄入同样多的叶酸,但在不同的人体内最终转化成5-甲基四氢叶酸的量是不同的。

 

这提示我们,不同人对营养物的需求量,应该根据自身的代谢能力进行调整,而代谢能力可以通过基因型的检测作以评估。

 

用药指导

 

与营养物质的代谢相似,我们服用的药物,也要在体内经过一系列代谢反应。我们对药物的代谢能力决定了药物的疗效、使用剂量以及药效持续时长。

 

华法林是一类口服抗凝药,广泛用于静脉血栓、肺栓塞、心肌梗塞等疾病的预防与治疗。而不同人间,华法林的使用剂量存在着很大差异,这与CYP2C9 和VKORC1两种酶的基因型有很大关系,这两种酶在华法林的体内代谢中发挥着重要作用。


VKOR(维生素K氧化还原酶)可以催化维生素K变成还原性维生素K,进而辅助谷氨酰化酶合成凝血因子F2、F7、F9、F10,发挥凝血作用。华法林通过抑制VKOR的活性达到抗凝血的效果,不过,不同基因型的VKOR酶对华法林的敏感性不同。在使用华法林时,对于不敏感基因型需要增加用量,以达到治疗效果;而对于敏感基因型,则需要降低用量。


CYP2C9属于细胞色素P450家族一员,是介导华法林体内代谢的酶类,可以控制华法林的抗凝血作用。研究发现,CYP2C9同样有着多个基因型,某些基因型会导致其对华法林的代谢作用减弱,导致华法林抗凝作用被放大。


2010年,FDA对华法林的使用说明书进行了补充,提醒要结合CYP2C9 和VKORC1的基因多样性判断药物的使用剂量,以达到精准用药的效果。


文章来源:MIR医学仪器与试剂,订阅号若有侵权或转载限制请联系我们(或在公众号下方留言),我们将第一时间联系您并进行删除。


 

 

编辑:青翠欲滴

审校:晨晨



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关键词:
密码,基因,代谢

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