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基因魔剪：改造生命的新技术 [:1700226959]
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基因魔剪：改造生命的新技术 氨基酸和蛋白质
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接下来的内容理解起来会有些难度。堀田教授耐心地向我们逐一进行了说明。
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首先，我们需要对基因有一个基本的了解。基因的作用到底是什么？答案就是制造蛋白质。那么，基因具体又是如何制造蛋白质的呢？
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关键在于构成基因的四种类型的碱基所携带的信息。从四种碱基中选择三个组合在一起，就对应了一个氨基酸。已知的构成生物体的氨基酸共有20种，其中每种氨基酸都对应着唯一的一种三碱基排列顺序。然后，这些氨基酸进一步地首尾相连形成长链，就形成了蛋白质。蛋白质是构成我们身体以及完成各项功能的基本单位。
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■正常情况下抗肌萎缩蛋白质的合成情况
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了解了这些之后，让我们回头再来看看肌营养不良症。
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导致肌营养不良症的原因是抗肌萎缩蛋白基因存在缺损。依据抗肌萎缩蛋白基因制造出的，自然是抗肌萎缩蛋白质。该蛋白质以抗肌萎缩蛋白基因当中的“外显子”（exon）部分的碱基信息为模板制造而成。碱基以3个一组为基本信息单位，每个单位对应一个氨基酸。这些氨基酸逐一连续排列，构成了抗肌萎缩蛋白质。抗肌萎缩蛋白基因的外显子分布于79处区域之中，通常而言，必须将这79处的外显子全部凑齐，才能形成正常的蛋白质。
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由此制造出的抗肌萎缩蛋白质，一般存在于肌肉之中，起到维持细胞形态的作用。正是有了它的存在，我们在随心所欲地活动身体时，肌细胞才不会轻易遭到破坏。
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■患病时抗肌萎缩蛋白质的合成情况
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然而对于得了肌营养不良症的病人而言，这一机制发生了异常，无法完成制造抗肌萎缩蛋白质的工作。这是因为外显子中的碱基发生了缺损。
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外显子中的碱基一旦发生缺损，会导致什么样的后果？一部分的基因凑不齐，就会产生错位，使得与其相对应的不再是原本的氨基酸，于是形成蛋白质所需的氨基酸自然也无法凑齐，最终结果就是患上了肌营养不良症。
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不同患者的基因之中，外显子发生缺损的位置不一定相同。在某些区域，外显子即便存在缺损，依然能制造出不完整的蛋白质，并且继续维持一部分功能。被堀田助教当作研究对象的是“外显子44”区域整体缺失的情况。氨基酸是形成蛋白质的基材，每一个氨基酸都与一组包含3个碱基的组合相对应，因此所需的碱基总数一定是3的倍数。然而外显子44这一区域内包含的碱基数目并非3的倍数，它必须和相邻的“外显子45”区域中作为起始的那个碱基进行组合，才能被转译成正确的信息。也就是说，“外显子44”一旦发生缺损，所转译出的信息就不再是原本的每3个碱基的组合，而会是错位之后的组合。不仅如此，因为发生了错位，所以在“外显子45”这一区域的中途会加载出一组碱基，其组合顺序被称作“终止密码子”。
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所谓“密码子”，是对3个一组的碱基组合的统称，总共包括64种，其中一种是“终止密码子”，所代表的含义是“氨基酸长链到此结束”。只要加载到这里，后面就不会再有氨基酸连接上去了。氨基酸长链中断，意味着蛋白质的制造在中途戛然而止，最终导致疾病发作。这一发病原因，在杜氏型肌营养不良症之中是第二多的。
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基因魔剪：改造生命的新技术 [:1700226960]
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基因魔剪：改造生命的新技术 有三种编辑方法能制造出蛋白质
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“于是我们想到，借助基因组编辑技术，或许就能找出补全‘外显子44’缺损的方法。”
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大家将注意力放在了“外显子45”上。能否找到一种方法对该区域进行恰到好处的编辑，使蛋白质的制造过程得以顺利完成呢？研究组尝试了各种方法，希望能将碱基总数恢复成3的倍数，同时还必须避免“终止密码子”的出现。这些方法主要包括以下三种。
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方法一：通过基因组编辑，让“外显子45”也停止运作。如果同时计算“外显子44”和“外显子45”这两个区域，则碱基总数是满足3的倍数这个条件的。换言之，如果能同时将“外显子44”和“外显子45”破坏掉，碱基的总数就又能恢复成3的倍数了。位于“外显子45”之后的区域将继续按照原本的组合方式被转译成氨基酸，而且不会再出现“终止密码子”。
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这意味着制造蛋白质所需的绝大部分氨基酸都能被正常制造出来。虽然不完整，但最终制成的蛋白质可以在某种程度上重获正常功能。如此一来，应该就能减轻患者的症状了。
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方法二：反过来通过增加或减少碱基，让“外显子45”的碱基数目恢复成3的倍数。在“外显子44”完全缺失的情况下，碱基的总数只比3的倍数少1。为了将碱基数目凑齐成3的倍数，只需要往“外显子45”中补充1个碱基进去就行了，或者从中消去2个也行。
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事实上，基因在遭到破坏时，会自动尝试修复受到破坏的那部分。也就是说，如果通过基因组编辑破坏掉“外显子45”的一部分，基因便会试图对其进行修复。利用这个机会，就能往碱基序列中追加新的碱基，或反过来借机消除某个基因。