1.2 RNA和DNA有何区别？

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如果我们想要弄清楚病毒和细菌以及原生生物和我们高等生物之间的区别，我们就需要谈一谈有关生命的遗传基础。在细菌和更高级的生命形式中，DNA作为遗传信息代代相传，而病毒则含有一个RNA或DNA基因组。这有什么区别呢？非常简单地说，遗传蓝图由有序的三联体密码核酸碱基对编写，AU/ CG(腺嘌呤-尿嘧啶，胞嘧啶-鸟嘌呤)用于RNA，AT/ CG (腺嘌呤-胸腺嘧啶，胞嘧啶-鸟嘌呤)用于DNA。例如，在基因复制时，DNA代码可被“转录”从而提供一个RNA信息(mRNA)。反过来，用它作为模板可组装(或翻译)特定的氨基酸序列，而氨基酸是构成蛋白质的基本物质，蛋白质是构成所有生命必需的基本结构和功能组件。RNA病毒如流感病毒和艾滋病病毒由于缺乏足够的校对机制容易产生大量的突变体，例如，一个AU / CG序列的变化就可能导致免疫逃逸，而DNA病毒则不易发生这种情况。但即使不理解RNA和DNA之间的这种区别，也不会影响到我们对大流行的讨论。

在过去的30多年里，类似于DNA重组等技术的进步，已彻底改变了我们对感染的理解和处理方式。这个过程包括把遗传物质(包括人类DNA)转移到细菌、酵母或昆虫体内。事实上任何细菌的生产，就如把它们放进搅拌槽和发酵缸中进行大量培养，将会极大地促进对DNA分子的研究，在过去，我们往往只能得到非常低浓度的分子。如今，我们能够在细菌体内制造大量的蛋白质，这些蛋白质甚至能够供我们直接使用。例如，技术成熟的疫苗能够保护我们免受乙肝病毒侵袭。此外，据大众媒体报道，经过研究人员的不断努力，目前一个新的蠕虫细胞转导策略正应用于流感防治。让我们拭目以待！

随着应用化学、机器人技术、计算机技术和工程学的发展，我们读取RNA和DNA的核酸序列或蛋白质的氨基酸序列的能力得到极大提高。10多年前，我们主要依赖于抗体检测(在本章后面讨论)来寻找各种变异病毒。现在“深度测序”技术非常先进，我们可以通过分析病毒核酸代码，直接看到任何可能发生的变异。因此，在我们与类似流感等疾病的斗争中，那些代表先进科研水平的实验室将发挥越来越重要的作用。

在疾病诊断和研究中，许多令人瞩目的进展都取决于这个重大的革命性发现：PCR(聚合酶链反应)。法医正是通过提取犯罪现场的血液或精液，应用PCR技术，来鉴别杀人犯或强奸犯等并排除那些无辜的人——他们或许会因为此类罪行被判处终身监禁或死缓。你可能看过2010年好莱坞电影《定罪》(Conviction)，影片中希拉里·斯旺克(Hilary Swank)饰演的主角使用PCR和基因测序技术从衣服上沾染的血液中得到罪犯的基因序列，证明了她哥哥［由山姆·洛克威尔（Sam Rockwell）饰演］的清白。

1983年凯利·穆利斯(Kary Mullis)发现PCR的原理，因此获得1993年诺贝尔化学奖，有关PCR的故事在他有趣的自传《心灵裸舞》(Dancing Naked in the Mind Field)中有过描写。相关技术细节在此不再赘述，但PCR技术可以对特定的生命形态进行准确的描述，如通过制造“引物”来定义研究者感兴趣的基因区域的两端。如果我们正在研究RNA病毒(如流感病毒)，通过使用逆转录酶(RT)，首先复制遗传物质，然后生成一个互补的cDNA。在可制造蛋白质的mRNA模板的cDNA拷贝数扩增时，RT-PCR技术可以用于辨认在一个“正常”的细胞中哪些基因正在被“读出”。美国研究人员霍华德·特明(Howard Temin)和大卫·巴尔的摩(David Baltimore)发现，肿瘤RNA病毒使用RT将它们的基因信息插入脊椎动物基因组，他们俩因这一发现获得了1975年诺贝尔生理学或医学奖。“逆转录病毒”这一术语因此而产生。在20世纪80年代艾滋病病毒出现后，该发现让我们可以及时了解艾滋病病毒，尽管它不能直接导致癌症，但能融入人类DNA。当然，大多数病毒并非如此，科学家普遍认为在个体康复后，若它们被免疫反应清除，其基因信息不会再保留在被恢复的个体中。

我们在世界上任何一个先进的生物实验室里，都可以发现并不昂贵的可进行PCR的热循环仪。PCR技术使用了一种耐热DNA聚合酶，这种酶(蛋白质)可以通过连续加热和冷却的循环，驱使DNA复制而扩大核酸序列。利用特定的诊断工具，我们就能通过如简单的颜色改变，辨认出我们想要的扩增产品。如果我们试图辨认一名谋杀嫌疑人或一种新的致病病毒，那就需要选择使用更昂贵的基因测序仪器，来确定一个或多个关键基因片段准确的核酸序列。

在PCR技术出现之前，为了培养细菌或活生物体，如幼鼠大脑或含有病毒的细胞，微生物学家和病毒学家们通常把生物放入培养液或培养皿内，让其生长增殖，然后使用特定试剂，如某种已知病毒蛋白的抗体，来确认他们所发现的物质。血清中存在抗体，“血清型”一词仍然可以被用来描述某种病原体的变异体。现在，在几个小时内，或者最多一两天，我们就可以使用PCR技术发现微小的病毒基因组和确认它们的真实身份。例如，规模较大的流感研究中心使用昂贵的设备，可以对大量的病毒标本快速扩增并排序。这意味着我们可以非常精准地追踪流感暴发或大流行的进程，同时监测“逃逸变异株”，这种变异株可引起耐药或一些其他改变，如使用疫苗后不再被循环抗体中和。