科学家为了治疗人类铜中毒 尝试着让近亲狗交配(2)

单核苷酸多态性,主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传的变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。单核苷酸多态性在人类基因组中广泛存在，平均每500-1000个碱基对中就有1个，估计其总数可达300万个甚至更多。

科学家通常会从基因组中排序数万个单核苷酸多态性，将染色体分成不同的片段。之后他们对比患病和未患病人群，两个群体中大多数基因组并没有任何关联，但是有一个致病基因环绕周围，这两个群体的基因组存在较大差异，因为这个致病基因(以及其附近具有遗传性的DNA)是不同的。

“全基因组关联研究”的精准度有限，因为科学家识别的最初区域——连锁不平衡区(linkage disequilibrium)或者“LD区”——相当地大。一般而言，连锁不平衡区的大小取决于单核苷酸多态性彼此间隔多大，以及涉及到多少连续单核苷酸多态性，这意味着连锁不平衡区经常包含多样化基因。一旦科学家确定一个较大的区域，患病人群该区域的DNA将与健康人群存在差异，他们需要更深入的研究分析和“精确定位绘制”，从而观察可能涉及到的基因(有时是多基因)。取决于连锁不平衡区的大小，研究人员可能对整个区域进行基因排序，或者仅对他们认为重要的部分进行排序，这次是对每核苷酸进行分析。

这一过程有助于研究人员识别“候选基因”或者导致疾病的潜在功能障碍基因，但实际上并不能保证它们存在直接联系。例如：除了继承一种疾病之外，人们可能还会遗传获得许多其它物质，它们可能看起来与基因相似，但与疾病本身没有任何关系，这是一个叫做“群体分层”的问题。

“近亲繁殖可以减少背景遗传变异，有助于发现基因缺陷区域。”

为了在实验室解决这个问题，科学家经常会进行“回交繁殖(backcrosses)”实验,或者在动物或者植物种群中进行近亲繁殖，从而减少背景遗传变异——你可以把这个看作是“遗传噪音”，当其它区域可变性减少，因果区域就会变得更加突出明确。

很显然我们不能对人类进行“近亲繁殖”，这将违背人类伦理道德，幸好我们可以使用狗进行近亲繁殖实验。近亲繁殖会出现许多问题——基因多样性对于物种适应和预防隐性疾病都是非常重要的，这项实验需要两个有缺陷的基因副本，纯种狗近亲繁殖的悠久历史使它们成为研究的极好DNA资源。相同品种的狗的整体遗传变异概率较低，这意味着在实验中能够容易地发现它们的缺陷区域，以及较大的连锁不平衡区，从而使科学家不必进行更多的单核苷酸多态性测序。

2005年首次进行基因测序的实验狗是一条拳师犬，从那之后，科学家研发出新的工具来简化犬科动物DNA的分析和比较。这一结果解决了许多进化谜团，例如：体形、导致各种遗传疾病原因的复杂特征遗传性，考虑到这些有希望的研究结果，研究人员想知道是否狗实验有助于理解人类体内铜元素储存疾病的重要线索。

研究人员早就知道狗患有一种类似的铜元素储存疾病。2000年初，研究人员发现一种特殊品种——贝得灵顿厚毛犬，这是由于COMMD1基因缺失导致过量铜元素紊乱，实际上这项研究导致一个全新蛋白质家族的发现。但是大多数威尔逊氏病人类患者存在ATP7B蛋白质突变，因此包括荷兰乌得勒支大学和美国密苏里大学在内的几所大学的科学家决定合作，研究不同犬种类似疾病是否有不同的遗传原因，希望发现一种更匹配人类疾病的动物模型，最终，他们将实验目光转移转向拉布拉多猎犬。

研究人员收集了接近300只拉布拉多猎犬的DNA数据，寻找健康犬和铜中毒犬之间的DNA差异。他们发现连锁不平衡区包含着ATP7A?和?ATP7B蛋白质突变，当他们对这些区域进行测序时，发现铜中毒拉布拉多猎犬存在ATP7B蛋白质突变，但是如果它们也存在ATP7A蛋白质突变，其症状通往并不严重。

一旦他们识别出这些突变，科学家需要证实这些蛋白质突变是如何处理铜元素的，接下来，他们在细胞中表达了这些突变蛋白质，并研究了突变蛋白质如何影响蛋白质运输铜的能力，以及运输铜穿过细胞。结果表明，ATP7B突变导致铜在细胞中积累，就像人类威尔逊氏病患者。但是ATP7A突变导致铜在类似肠上皮细胞的细胞中累积，因此，研究人员认为这两种蛋白质突变的拉布拉多猎犬，进入肝脏的铜元素总数量减少，避免了铜元素超载，从而减轻了疾病严重程度。