醫(yī)學(xué)上的一個(gè)關(guān)鍵問題問DNA的個(gè)體差異如何預(yù)測(cè)健康和疾病的差異。克萊姆森人類遺傳學(xué)中心的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種代謝物，它們可能作為將基因組變異轉(zhuǎn)化為復(fù)雜性狀變異的中間體。該發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《基因組研究》(Genome Research)上，有一天可以幫助醫(yī)生更好地監(jiān)測(cè)代謝產(chǎn)物的變化，以此作為疾病的指標(biāo)。

分子生物學(xué)的中心教條闡明了如何將DNA轉(zhuǎn)錄為RNA，然后將RNA轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)中的許多蛋白質(zhì)起酶的作用，催化小分子之間的化學(xué)反應(yīng)，這些小分子執(zhí)行我們DNA中指定的程序，稱為代謝物。這些代謝物(統(tǒng)稱為“代謝組”)執(zhí)行從生成或存儲(chǔ)能量到充當(dāng)細(xì)胞構(gòu)造要素的基本功能。

Trudy Mackay說：“ 在全基因組研究中未強(qiáng)調(diào)代謝組的許多原因是由于技術(shù)。直到最近，質(zhì)譜技術(shù)才得以發(fā)展，因此大規(guī)模調(diào)查整個(gè)代謝組變得可行。”克萊姆森大學(xué)人類遺傳學(xué)中心主任。

在由麥凱(Mackay)的前博士后研究人員周珊珊(Shanshan Zhou)和法比奧·摩根(Fabio Morgante)領(lǐng)導(dǎo)的開創(chuàng)性研究中，研究人員試圖測(cè)量在普通果蠅果蠅(Drosophila melanogaster)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的數(shù)百種代謝產(chǎn)物，以測(cè)定這些代謝產(chǎn)物如何隨遺傳信息的變化而波動(dòng)。一旦確定了代謝產(chǎn)物，其余的研究將通過計(jì)算進(jìn)行，將代謝產(chǎn)物的變異與DNA變異以及在40種不同果蠅品系中測(cè)得的多種性狀變異相關(guān)聯(lián)。

“杉杉首先要做的是問：當(dāng)我們觀察變異時(shí)，這些代謝物是否全部獨(dú)立，或者它們中的一些是否如您所期望的那樣通過同一種途徑一起發(fā)生變化?然后，她將它們歸為不同的途徑。不論是在單個(gè)代謝物還是一組代謝物的水平上，觀察它們是否與這些蠅系的基因組變異有關(guān)。” Provost遺傳與生物化學(xué)杰出教授羅伯特·安霍爾特(Robert Anholt)說道。人類遺傳學(xué)。

Zhou能夠得出DNA多態(tài)性變化之間的相關(guān)性，即遺傳密碼中特定堿基對(duì)的差異，這些相關(guān)性轉(zhuǎn)化為代謝組的變異。她還發(fā)現(xiàn)RNA轉(zhuǎn)錄本的變異與代謝產(chǎn)物的變異之間存在聯(lián)系。進(jìn)一步進(jìn)行分析，Zhou考慮了代謝物水平是否可以與特定的性狀或特征(稱為表型)相關(guān)聯(lián)。

“研究的特征之一是抗壓力：將蒼蠅放在沒有營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基上，蒼蠅可以存活多久?” 安霍爾特說。“杉杉在雄性和雌性之間發(fā)現(xiàn)了不同的代謝組學(xué)轉(zhuǎn)錄DNA網(wǎng)絡(luò)，這兩者均與脂質(zhì)代謝有關(guān)。”

男性間的侵略性是一項(xiàng)需要大量能量才能展現(xiàn)的特征，是這項(xiàng)研究中包括的另一種表型。如所假設(shè)的那樣，參與快速能量產(chǎn)生的代謝物(例如屬于檸檬酸循環(huán)的代謝物)在該網(wǎng)絡(luò)中具有突出的特征。

Anholt說：“我們知道很難僅根據(jù)DNA變體的信息準(zhǔn)確預(yù)測(cè)表型。” “當(dāng)Fabio Morgante分析數(shù)據(jù)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)您查看代謝組時(shí)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性會(huì)提高，因?yàn)榇x組與表型的關(guān)系比DNA更緊密。”

總結(jié)起來，結(jié)果可能有一天有助于對(duì)可以通過代謝物變化檢測(cè)出的疾病進(jìn)行早期診斷(或更準(zhǔn)確的診斷)。

“比方說，某人的家庭成員中有一種特定的遲發(fā)性疾病的患病率。對(duì)這個(gè)人來說，很高興知道：他們是患上這種疾病的風(fēng)險(xiǎn)還是不冒這種疾病的風(fēng)險(xiǎn)。” 安霍爾特說。“而且也許今天沒有針對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)志物。但是，如果您了解遺傳變異并且知道遺傳變異如何影響代謝組的變異，則可以監(jiān)控代謝組并發(fā)現(xiàn)一種特定代謝物發(fā)生變化的早期診斷。 ”。

Mackay強(qiáng)調(diào)，盡管該團(tuán)隊(duì)的研究鑒定出數(shù)百種代謝物，但這些代謝物變異的遺傳基礎(chǔ)仍然難以闡明。關(guān)于基因型-代謝物-表型關(guān)系的更多研究將需要進(jìn)行，以鞏固代謝產(chǎn)物多樣性的遺傳基礎(chǔ)。

但是，這項(xiàng)全面的研究填補(bǔ)了缺失信息的空白，這些信息為將來的研究創(chuàng)造了更多途徑。隨著測(cè)量代謝組學(xué)的技術(shù)的進(jìn)步，包含代謝組學(xué)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)將得到擴(kuò)展。

Morgante曾在北卡羅來納州立大學(xué)完成Mackay和Anholt的研究，不久將加入人類遺傳學(xué)研究中心，擔(dān)任助理教授。Zhou目前是LabCorps子公司Covance Inc.的研究科學(xué)家。