“跳躍基因”無處不在。每個(gè)生命領(lǐng)域都攜帶這些DNA序列，它們沿著一條染色體從一個(gè)位置“跳”到另一個(gè)位置；事實(shí)上，有接近一半的人類基因組是由跳躍基因組成的。根據(jù)它們特定的切除和插入點(diǎn)，跳躍基因可能中斷或引發(fā)基因表達(dá)，從而驅(qū)動(dòng)基因突變，并導(dǎo)致細(xì)胞的多樣化。自從上個(gè)世紀(jì)40年代它們被發(fā)現(xiàn)以來，研究人員已經(jīng)能夠研究這些跳躍基因的行為，它們通常被稱為轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)座因子(TE)，科學(xué)家主要通過間接方法，從大部分結(jié)果推斷出單個(gè)跳躍基因的活動(dòng)。然而，這樣的技術(shù)不夠敏感，不能準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)座子如何或?yàn)槭裁刺�躍，以及什么因素引發(fā)了它們的活動(dòng)。

    6月13日發(fā)表的一項(xiàng)研究中，美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的科學(xué)家們，實(shí)時(shí)觀察到了活細(xì)胞內(nèi)的跳躍基因活動(dòng)。

    研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在這項(xiàng)研究中，較之以前的研究，我們看到了比預(yù)期更多的跳躍基因正在活動(dòng)。更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)這些基因跳躍的頻率，敏感地依賴于細(xì)胞如何生長——例如是否有可用的食物讓細(xì)胞生長。換句話說，跳躍基因激活并不是完全隨機(jī)的，它依賴于環(huán)境的反饋。

    為了在活細(xì)胞中觀察這些獨(dú)特的細(xì)胞進(jìn)化事件，Kuhlman的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)使用大腸桿菌的合成生物學(xué)系統(tǒng)。科學(xué)家們把編碼熒光蛋白（在這項(xiàng)研究中，是藍(lán)色和黃色熒光蛋白）的報(bào)告基因的表達(dá)，與轉(zhuǎn)座子的跳躍活動(dòng)結(jié)合起來。然后，科學(xué)家們可以使用熒光顯微鏡直觀地記錄轉(zhuǎn)座子的活動(dòng)。

    這些基因在一個(gè)細(xì)胞的基因組內(nèi)跳躍和改變位置。這種活動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)分子系統(tǒng)，這樣，當(dāng)它們開始跳躍時(shí)，整個(gè)細(xì)胞會(huì)發(fā)出熒光。在我們的實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞在它們不太高興的時(shí)候發(fā)出zui多的熒光。一種學(xué)派表明，在這種不快樂的情況下，這樣一種增加的突變率，對多樣化的細(xì)胞來說可能是一個(gè)優(yōu)勢。

    為了幫助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并推斷“如果跳躍以一種純粹隨機(jī)的模式發(fā)生時(shí)會(huì)是什么情況”，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了細(xì)菌菌落生長的計(jì)算機(jī)模擬，并預(yù)測在隨機(jī)的情況下實(shí)驗(yàn)信號(hào)會(huì)是什么樣子。這些計(jì)算表明，實(shí)驗(yàn)不能僅僅被理解為隨機(jī)轉(zhuǎn)座子活動(dòng)，甚至能提供非隨機(jī)性來源的線索，包括環(huán)境反饋和遺傳。他們的工作涉及大量的計(jì)算圖像分析，其次是統(tǒng)計(jì)分析。為了從原始數(shù)據(jù)中提取信號(hào)和結(jié)論，模擬和理論計(jì)算對于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和解釋是很很重要的。只有利用活細(xì)胞物理學(xué)中心提供的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，才使得這類合作項(xiàng)目成為可能。

    zui首要的長期研究目標(biāo)是，在分子水平上深入了解進(jìn)化是如何運(yùn)作的。直接觀察細(xì)胞內(nèi)的基因組如何重組自我，可讓我們測定適應(yīng)率，并可能揭示了一系列重要的進(jìn)化問題——從生命的出現(xiàn)到癌癥的傳播，在這些過程中細(xì)胞經(jīng)歷了快速突變，并轉(zhuǎn)換了它們的基因組。

    關(guān)于“跳躍基因”，早在2013年就有研究人員采用一種新方法，在其行動(dòng)時(shí)捕捉神出鬼沒的“跳躍基因”，他們發(fā)現(xiàn)一種DNA類型利用了兩個(gè)人類蛋白進(jìn)行自我復(fù)制以及從一個(gè)地方移動(dòng)至另一個(gè)地方。這一研究發(fā)現(xiàn)使得研究人員突破性地認(rèn)識(shí)到，驅(qū)使遷移至人類基因組新區(qū)域的跳躍基因，與致力于限制這樣的不穩(wěn)定DNA片段所帶來的風(fēng)險(xiǎn)的細(xì)胞之間存在著軍備競賽。

    2015年5月，研究人員確定了兩種蛋白質(zhì)之間的相互作用，是一個(gè)轉(zhuǎn)座子整合到酵母基因組中一個(gè)特定區(qū)域所必不可少的。這些研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志，強(qiáng)調(diào)了這些可移動(dòng)DNA序列在生物進(jìn)化與適用中的作用，及其對于基因治療的潛在價(jià)值。

    另外，密西根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在2015年11月的雜志上發(fā)表文章指出，沒有尾巴的轉(zhuǎn)座子無法進(jìn)行有效的跳躍。這項(xiàng)研究解決了轉(zhuǎn)座子跳躍的重要問題，有助于限制反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子LINE-1的行動(dòng)。

原創(chuàng)作者：上海恒遠(yuǎn)生物科技有限公司