地球上的每一种生物都含有DNA，这是一种分子序列，编码生物体的遗传蓝图。基因组测序可以揭示你患上某些疾病的可能性，比如阿尔茨海默氏症(Alzheimer ‘s)，它还可以告诉你，你是直发还是卷发，或者当阳光照射到你的眼睛时，你可能会打喷嚏。但对于所有这些信息，科学家只了解基因组的一小部分功能。bacterium 大肠coli (E。大肠杆菌)被广泛认为是地球上研究得最透彻的生物，但科学家们仍然不知道超过一半的大肠杆菌基因是如何调控的。
现在，加州理工学院最近的一项研究展示了一种新技术，可以帮助破解DNA中某些神秘区域的编码，这种技术被称为非编码DNA序列。这些未知区域的许多突变与人类等生物体的疾病有关，因此了解非编码DNA的功能至关重要。
这项工作是在Rob Phillips、Fred和Nancy Morris的生物物理学、生物学和物理学教授的实验室里完成的。5月4日，一篇描述这项研究的论文在网上发表，随后发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。
Phillips说，人类有如此广泛的细胞种类——肌肉细胞、神经元、感光细胞、血细胞等等。"它们都有相同的DNA，那么它们是如何变得如此不同的呢?答案在于，基因可以在不同的组织中被调节——打开或关闭、拨号盘向上拨号盘向下。到目前为止，还没有普遍的原则来帮助我们理解这项规定是如何制定的
基因组中研究得最透彻的部分是所谓的编码区，即编码细胞功能所需蛋白质的基因。
然而，超过50%的E。大肠杆菌有非编码区域，其功能仍然完全神秘。DNA的这些区域包含被称为转录因子的蛋白质结合的位点，这些位点能够上调或下调其他基因的表达——换句话说，非编码区域包含基因组如何自我调节的信息。
在这项新的研究中，博士后学者Nathan Belliveau(18岁)使用了一种叫做Sort-Seq的方法来突变E。并确定哪些区域含有结合位点。结合位点是参与转录(基因表达过程的第一步)的特殊蛋白质附着在DNA上的位置。
首先，研究人员从他们想要了解的非编码DNA中剔除了一些潜在的有趣部分。他们将编码发光绿色荧光蛋白(GFP)的DNA连接到这些细胞上。然后，每一小段DNA都被植入一个单独的E。大肠杆菌，导致它产生这些绿色蛋白质。
当Belliveau对未知区域进行随机突变时，他注意到一些细菌产生的GFP的数量发生了明显的变化，这表明突变的DNA正在改变基因表达的水平。通过DNA测序，研究人员能够精确定位这些重要突变的确切位置，并利用这些信息来识别新的结合位点。
Phillips给出了一个文学上的类比:"这就像我翻阅一本书，随机抽取10%的字母，然后改变它们。如果” walk “的第一个字母变成T，让单词“talk”然后你完全改变了这个词的意思——你的理解也改变了。我们想知道:基因组的哪一部分对细胞理解影响最大?"
在检查了许多非编码区域以确定结合位点之后，研究小组的目标是将这些区域与在那里结合的相应蛋白质进行匹配。
菲利普斯说:“这简直是大海捞针。在大肠杆菌中大约有300万个蛋白质。大肠杆菌，可能还有10个特定蛋白质的副本，它们对应于一个特定的结合位点。那就是在30万个蛋白质中找到一个蛋白质，"
Belliveau发明了一种找到针的方法:他取了一块含有结合位点的非编码DNA，倒进E。大肠杆菌细胞在DNA上，然后识别出粘在这个位置上的蛋白质。
Belliveau说:“这项工作证明，我们可以利用我们的方法，从完全的无知到真正了解监管机制。下一步是试着扩大这个规模，让我们可以研究整个基因组
菲利普斯说:“我们生活在一个基因组时代。我们必须弄清楚基因是怎样、在什么地方、什么时候被关闭的
这篇论文的题目是"A系统的方法来剖析细菌转录调控的分子机制。"的其他合作者包括研究生Stephanie Barnes和William Ireland，高级生物信息学家Michael Sweredoski，高级实验室经理和研究科学家Annie Moradian，以及前蛋白质组探索实验室主任Sonja Hess。其他合著者包括乌普萨拉大学的丹尼尔·琼斯(14岁)博士和冷泉港实验室的贾斯汀·金尼。资金由La Fondation Pierre-Gilles de Gennes、加州理工大学唐娜和本杰明·m·罗森生物工程中心、美国国立卫生研究院、戈登和贝蒂·摩尔基金会、加州理工大学贝克曼研究所和霍华德·休斯医学研究所提供。
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