我們都是從受精卵開始的:一個(gè)只有一根頭發(fā)那么寬的孤獨(dú)細(xì)胞。那個(gè)原始球體產(chǎn)生了構(gòu)成我們每個(gè)人身體的十萬億個(gè)細(xì)胞。當(dāng)然，我們不僅僅是相同細(xì)胞的囊。幾百種細(xì)胞隨著我們的發(fā)展而興起。我們被包裹在皮膚里，皮膚里的骨細(xì)胞形成了骨骼；在頭骨內(nèi)部是編織成大腦的神經(jīng)元。

是什么讓這種煉金術(shù)成為可能？部分原因是病毒。

病毒不斷涌入我們的身體。有時(shí)它們讓我們惡心；有時(shí)我們的免疫系統(tǒng)會(huì)戰(zhàn)勝它們；有時(shí)它們會(huì)成為我們的一部分。一種被稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒的病毒通過將其基因插入細(xì)胞的DNA來進(jìn)行自我復(fù)制。然后，細(xì)胞利用這些指令制造新病毒的部件。艾滋病毒以此為生，許多可能引發(fā)癌癥的病毒也是如此。

在極少數(shù)情況下，逆轉(zhuǎn)錄病毒可能會(huì)感染卵子?，F(xiàn)在一些奇怪的事情可能會(huì)發(fā)生。如果卵子受精并發(fā)育成一個(gè)完整的成年個(gè)體，其體內(nèi)的所有細(xì)胞都將攜帶這種病毒。如果那個(gè)個(gè)體有后代，病毒會(huì)傳給下一代。

起初，這些所謂的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒過著雙重生活。它們?nèi)匀豢梢悦撾x宿主并感染新的宿主。樹袋熊正在遭受這樣一種流行病。但是幾千年后，病毒被囚禁起來。它們的DNA發(fā)生變異，剝奪了它們感染新宿主的能力。相反，它們只能復(fù)制自己的基因，然后再將其插入宿主細(xì)胞。一次又一次的復(fù)制建立了基因組。為了限制這些病毒可能造成的破壞，哺乳動(dòng)物產(chǎn)生蛋白質(zhì)，可以將大多數(shù)病毒鎖定。最終，大多數(shù)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒變異如此之多，以至于淪為基因包袱，什么也做不了。然而，它們?nèi)匀痪哂胁《镜乃刑卣?，因此能夠被基因組測(cè)序的科學(xué)家識(shí)別出來。事實(shí)證明，人類基因組包含大約100，000個(gè)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒片段，占我們所有DNA的大約8%。

進(jìn)化是一個(gè)永無止境的創(chuàng)造過程，它可以把看起來毫無用處的東西變成有價(jià)值的東西。所有散布在我們基因組中的病毒碎片都是新適應(yīng)的原材料。我們的祖先不時(shí)利用病毒DNA，并將其用于我們自己的目的。在…里《自然》雜志上的一篇新論文一位名為塞繆爾·普法夫的科學(xué)家和一群科學(xué)家同事報(bào)告說，其中一個(gè)目的是幫助卵子轉(zhuǎn)化為成人。

在他們的研究中，索爾克生物科學(xué)研究所的普法夫和他的同事們檢查了老鼠受精卵。隨著卵子開始分裂，它會(huì)產(chǎn)生新的細(xì)胞，這些細(xì)胞能夠成為胚胎的任何部分，甚至是包圍胚胎的膜或從動(dòng)物母親那里輸送營(yíng)養(yǎng)的胎盤。事實(shí)上，在這個(gè)早期階段，你可以從細(xì)胞叢中取出一個(gè)細(xì)胞，用它來培養(yǎng)一個(gè)完整的有機(jī)體。這些最早的細(xì)胞被稱為全能細(xì)胞。

幾天后，團(tuán)塊變成一個(gè)挖空的球。組成球的細(xì)胞還是相當(dāng)多才多藝的。根據(jù)細(xì)胞在這一點(diǎn)上獲得的信號(hào)，它可以成為體內(nèi)的任何細(xì)胞類型。但是一旦胚胎達(dá)到這個(gè)階段，它的細(xì)胞就失去了自己產(chǎn)生全新有機(jī)體的能力，因?yàn)樗鼈儾荒墚a(chǎn)生維持胚胎存活所需的所有額外組織?，F(xiàn)在這些細(xì)胞被稱為多能細(xì)胞。多能細(xì)胞的后代逐漸失去其多功能性，并被鎖定為特定類型的細(xì)胞。一些變成造血細(xì)胞，可以變成許多不同種類的血細(xì)胞，但不能再變成，比如說，皮膚細(xì)胞。

普法夫和他的同事們檢查了剛分裂成兩個(gè)細(xì)胞的小鼠胚胎，這正是它們?nèi)苄缘狞S金時(shí)期。他們對(duì)當(dāng)時(shí)活躍的基因進(jìn)行了分類，這些基因賦予細(xì)胞巨大的可塑性。他們發(fā)現(xiàn)了100多個(gè)在兩細(xì)胞階段活躍的基因，這些基因隨后在胚胎變成空心球時(shí)關(guān)閉。

細(xì)胞開啟和關(guān)閉基因的一種方式是產(chǎn)生蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)附著在附近被稱為啟動(dòng)子的DNA片段上。蛋白質(zhì)和啟動(dòng)子之間的匹配必須精確；否則，基因?qū)?huì)在錯(cuò)誤的時(shí)間開啟，并且在需要的時(shí)候不能制造蛋白質(zhì)。普法夫和他的同事發(fā)現(xiàn)，所有的雙細(xì)胞基因都有相同的啟動(dòng)子——這可以解釋它們是如何同時(shí)變得活躍的。

他們的發(fā)現(xiàn)真正引人注目的是那些啟動(dòng)子的起源。它們來自病毒。

在胚胎發(fā)育的最初階段，這些病毒控制的基因是活躍的。然后細(xì)胞就像壓制病毒一樣壓制它們。一旦這些基因被沉默，全能細(xì)胞就會(huì)變得多能。

普法夫和他的同事在觀察多能細(xì)胞球時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的東西。多能細(xì)胞不時(shí)地讓病毒控制的基因再次開啟，然后又關(guān)閉它們。事實(shí)證明，所有的細(xì)胞都循環(huán)進(jìn)出科學(xué)家所謂的“魔法狀態(tài)”，在這種狀態(tài)下，它們?cè)俅巫兊脮簳r(shí)全能。(這張照片中的粉紅色細(xì)胞暫時(shí)處于那種神奇的狀態(tài)。)

處于神奇狀態(tài)的細(xì)胞可以產(chǎn)生胚胎的任何部分，以及胎盤和胚胎外的其他組織。一旦病毒控制的基因再次被關(guān)閉，它們就失去了這種能力。這一發(fā)現(xiàn)表明，這些由病毒控制的基因?qū)τ诩?xì)胞的全能性至關(guān)重要。

普法夫和他的同事提出，這些病毒啟動(dòng)子的馴化是有胎盤哺乳動(dòng)物進(jìn)化的關(guān)鍵一步。病毒造就了今天的我們，這種想法聽起來可能很奇怪，除了普法夫不是第一個(gè)找到證據(jù)的人。例如，去年，我寫過胎盤哺乳動(dòng)物是如何竊取病毒蛋白來構(gòu)建胎盤的.

這一奇怪的發(fā)現(xiàn)不可避免地提出了發(fā)現(xiàn)者無法回答的問題。前兩個(gè)細(xì)胞中的病毒控制基因在做什么？沒人知道。這種病毒DNA的馴化是如何幫助1億年前有胎盤哺乳動(dòng)物的出現(xiàn)的？誰知道呢？為什么病毒會(huì)如此密切地參與懷孕的許多部分？很棒的問題。一個(gè)非常非常好的問題。嗯，我們還有其他問題嗎？

在科學(xué)家開始研究這些病毒的一個(gè)非常實(shí)際的應(yīng)用之前，我們不必等待得到這些問題的所有答案。近年來，科學(xué)家一直在對(duì)取自成人或胚胎的細(xì)胞進(jìn)行重新編程，試圖讓它們回到早期狀態(tài)。通過誘導(dǎo)細(xì)胞成為干細(xì)胞，研究人員希望開發(fā)新的治療帕金森病和其他需要替換缺陷細(xì)胞的疾病的方法。普法夫建議，我們應(yīng)該打開這些病毒控制的基因，以幫助推動(dòng)細(xì)胞回到一個(gè)神奇的狀態(tài)。

如果普法夫的預(yù)感被證明是正確的，這將是我們戰(zhàn)勝病毒的一次美妙勝利。一億年前開始流行的疾病可能成為我們?cè)偕t(yī)學(xué)的最新工具。