DNA的发现及重要应用

DNA存在于我们每一个人的身体里，从本质上讲，DNA是一个化学分子，可以被看作一种高分子。生物在进化的过程当中，选取了这种双螺旋结构的高分子材料作为我们遗传信息的载体。DNA双螺旋是一个特别美妙的结构，我们可以将这种结构想象成一条拉链，向右手方向拧转。很多艺术家都非常喜欢这样一个来自生命的结构，因此我们在很多建筑物或者雕塑中都能发现这样的元素。在DNA双螺旋结构被发现50周年的时候，有人把DNA的双螺旋结构和《蒙娜丽莎》融合到了一起。在艺术中，永恒的形象是蒙娜丽莎；在科学里，永恒的形象是DNA双螺旋结构。

双螺旋结构的发现可以追溯到1953年，两位伟大的科学家——沃森（Watson）和克里克（Crick）——在著名的《自然》（ Nature ）杂志上发表了一篇论文《核酸的分子结构》。整篇论文只有一页纸和一张图，却开启了生命科学进入微观世界的新征程——分子生物学，后续衍生出了分子微生物学、分子神经生物学、脑科学等全新的领域。更重要的是，双螺旋结构的发现回答了一个困扰人类上万年的天问：我们从哪里来？我们到哪里去？这篇简短的论文告诉我们：DNA一共只包含4种单体，分别用A、T、C、G表示，其中A与T配对，C与G配对，“从DNA的配对方式，我们马上可以推测出遗传物质的复制机制”。这样一个简单的结构让我们明白了我们如何从父母那里获得遗传信息，又如何传递给下一代。有意思的是沃森是一位生物化学家，克里克是一位物理学家，所以DNA结构的发现本身也是一个跨界合作的产物。

经过几代科学家的共同努力，现在我们翻开任何一本分子生物学的教科书，都可以看到遗传是如何进行的。我们体内有一种叫“DNA聚合酶”的蛋白质，它的尺寸比头发丝直径还小1 000倍，它像一个纳米尺度的复印机，把DNA双螺旋从中间分开，然后“复印”出两条跟原来一模一样的双螺旋链，这就是DNA的复制过程，在我们细胞里面这种复制无时无刻不在进行。

核酸包括DNA和核糖核酸（RNA），与其相关的研究一直是诺贝尔奖的宠儿，该领域的研究成果产生了几十个诺贝尔奖，上百位科学家因此获得诺贝尔奖，可说是产出诺贝尔奖最多的领域之一。从最开始对核酸结构的认识，到对核酸功能的认识，再到前几年对核酸信息的调控——也就是我们熟悉的成簇规律间隔短回文重复（CRISPR）基因编辑技术。通过该技术，我们不仅可以了解基因的结构和功能，还可以对它内部储存的遗传信息进行非常精准的编辑和调控。

这样一段非常美妙的科学发现历程不仅满足了人类的好奇心，让我们知道我们从哪里来、到哪里去，而且开启了整个现代生物技术工业。例如核酸检测技术，这是一个非常伟大并且也获了诺贝尔奖的技术，它利用了自然进化过程中的聚合酶，就像一台天然复印机一样不停地把采集到的DNA分子一变二、二变四，最终积累到很高的水平。因此即使一开始样本里只有极少量的病毒DNA，通过DNA聚合酶的复制扩增也可以实现检测。核酸检测技术可以对病毒、细菌或者目标基因进行高灵敏度的检测，在医学、农学与畜牧学、生态学、刑侦学等领域都有广泛的应用。

另一个非常重要的技术就是核酸测序。它起源于20世纪末一个非常伟大的大科学项目——“人类基因组计划”。当时全世界几十个国家联合起来，投入几十亿美元，经历整整10年时间，只测了一个人的基因。而今天，我们只需要花费几个小时和不到1 000元人民币，就可以测一个人的全部基因序列。如果测序的价格能够降到100元的话，或许我们的体检都可以加上这一项目。

测序技术的发展还让我们能够测几十万年甚至百万年前古生物的基因信息，帮助我们了解古人类、猛犸象等古生物。古生物DNA测序技术前几年也获得了诺贝尔奖。 Puw/oFILBJCoAIVOeRrU3Rag9+erTQEvyj2CrfeS0vraAjzVdkmy2FxfvCusHW6o