生命旋律的新音符
科學前沿
作者：李芸芸
詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克裏克在1953年4月25日的英國《自然》雜誌發表了DNA雙螺旋結構假說的論文，今天DNA雙螺旋結構已經獲得廣泛認同。這個學說的核心是，人的細胞核染色體（DNA）的結構是雙螺旋形。雙螺旋的兩根螺旋主幹是核苷酸，每個核苷酸又由磷酸、戊糖（又稱為五碳糖）和堿基組成。而雙螺旋之間的連接是由堿基之間的磷酸酯鍵來完成的。
人和動物細胞核苷酸中的堿基有四種，即胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G），它們之間的排列方式有下麵幾種：A-T、G-C、T-A和C-G，因此稱為堿基互補原則。
生命如歌的內涵
堿基和堿基互補的原則很像樂曲中幾個體現音高的基本音符按一定的規律重複和組合的過程。研究人員發現A-T、G-C、T-A和C-G與1（do）、2（re）、3（mi）、4（fa）、5（sol）、6（la）、7（xi）之間的相互組合具有相似性。音樂家可以把這7個基本音符以不同方式和頻率進行有規律的排列、組合、重複等，譜寫出一支又一支優美動聽的歌曲和一個又一個感人心脾的旋律，甚至讓人聽得如癡如醉，回腸蕩氣。
那麼，相似的堿基排列組合會不會也能譜出悠揚的旋律呢？顯然，4個堿基與7個基本音符相比少了3個。但是，這並不妨礙按照作曲的方式來排列4個堿基，同樣可能譜寫出千回百轉的美妙旋律。
早在1986年美國一些研究人員就發現，人和動物的DNA中4個基本堿基的循環往複排列既是基因編碼，也可以譜寫出不同的樂曲。研究人員把胞嘧啶（C）與1（do）相對應，腺嘌呤（A）與2（re）和3（mi）相對應，鳥嘌呤
（G）與4（fa）和5（sol）相對應，胸腺嘧啶與6（la）和7（xi）相對應，再讓胞嘧啶（C）與高音ī（do）對應，結果，這些基因編碼譜寫出了樂曲。
這種音樂可以稱為基因音樂，但是基因音樂並不像人們按基本音符譜寫出的樂曲一樣那麼美妙動聽，因為基因中堿基的重複有些單調、串連和聚合，但是也表現出某種旋律的結構和音色。而且，每個基因中的一連串堿基（基因音符）都有自己的風格，一些基因譜出的曲子有點像巴洛克的音樂，因為它們中的某一堿基一再重複發音。另一些基因所譜的曲子則有些浪漫，因為它們的堿基重複有些隱秘而且被較長的區間所間隔，即頻率較低。
例如，用小鼠的為核糖核酸聚合酶II編碼的一段基因所譜的曲子聽起來像蕭邦的鋼琴曲，用編碼細胞黏附分子的基因所譜的曲則像德彪西的樂曲。用為膠原組織編碼的基因所譜出的曲子有些像巴赫的樂曲。用為人類X性連鎖磷酸甘油激酶編碼的基因所譜的曲子則很像縈繞於心頭揮之不去的憂鬱小提琴旋律，似乎這樣厭世的旋律保留在人的基因中已經有千百萬年。
這就給人一種提醒，如果是健康的人，按其DNA的堿基正常排序所譜寫的基因之歌將是動聽和優美的。但是，疾病患者或有基因缺陷的人，其基因音樂則可能與噪音和雜音相似，既刺耳，又難聽。
兩種新音符
健康人和患病者的基因音樂會呈現不同的旋律的假設源自兩方麵。一是有基因突變或缺陷的人，其基因中的堿基序列規律性較低，因此以它們為模板譜寫出來的音樂並不優美，甚至刺耳。另一方麵，由於堿基隻有4個，當然不能與人創造的最基本的7個基本音符，甚至8個基本音符（加上高音ī）相比較。所以，有研究人員測猜，人類基因中可能還有一些基本的音符，即堿基沒有被發現。
這個假說既是對DNA雙螺旋結構中堿基排列規律，即基因序列的挑戰，又提示音樂與生物學有密切關係。但是，這隻是假設，還沒有證據。
然而，隨著對人類和動物基因組的深入研究，表觀遺傳學進入人們的視野。基因要發揮作用就需要一種調整和修飾基因外觀從而讓特定基因發揮作用的機製，這就是表觀遺傳。所以，表觀遺傳學（也稱表觀基因組學）也是研究在基因組序列不變的情況下，一些遺傳密碼是如何調控基因表達並可穩定遺傳下去的機理。例如，DNA的後天修飾（如甲基化修飾）、組蛋白的各種修飾等都是表觀基因組的內容。
實際上，基因被修飾的體現之一就是堿基被修飾，被修飾後的堿基就成為新的堿基，也即新的基因音符。研究人員發現，除基因的4個固定的堿基外，還有新的堿基，即第5和第6堿基。第5堿基就是5-甲基胞嘧啶（5mC），這是一種對胞嘧啶的甲基化修飾，即一種“表觀遺傳”的標記。但是，5-甲基胞嘧啶並非基因組上唯一的表觀遺傳標記。現在，美國洛克菲勒大學的斯柯爾曼塔斯·克裏奧希昂裏斯和納撒尼爾·海因茨發現，胞嘧啶還有另外一種修飾，這就是5-羥甲基胞嘧啶（5hmC），也因此把這種修飾後的堿基稱為第6堿基。