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陳根：指紋中藏匿的基因奧秘

2023.03.21 陜西

文/陳根

在《細胞》的最新研究中，來自國際不同地區(qū)的合作團隊共同揭開了指紋形成之謎。在這指紋背后，都承載著人類怎樣的奧秘呢？

獨一無二的指紋印鑒

作為世界歷史上最早使用指紋的國家，中國早在幾千年前，便發(fā)現(xiàn)了指紋的獨一無二特性。據(jù)《周禮》記載，“以質(zhì)劑結(jié)信而止訟”，這里的“質(zhì)劑”指的是買賣雙方在簽訂的文書上按上手印，作為彼此信任的憑證。因為在全世界70多億人中，沒有一模一樣的指紋，即使是同卵雙胞胎也有著不同的指紋。

那么，人類的指紋為什么會各不相同呢？

這個謎團的答案與上世紀50年代，數(shù)學(xué)家Alan Turing提出的圖靈反應(yīng)擴散系統(tǒng)如出一轍，這種系統(tǒng)可以作為發(fā)育過程中的一種化學(xué)解釋，即特定區(qū)域的發(fā)育會涉及刺激生長的分子和抑制生長的分子，并且它們會交錯進行。

我們可以將其理解為“激活劑”和“抑制劑”，比如小鼠口腔上顎的脊狀突起就被證實是成纖維細胞生長因子充當激活劑，Shh蛋白充當抑制劑形成的模式，所以會形成有地方凸出，有地方凹陷的結(jié)構(gòu)。

指紋也是如此，如果你拿起手掌仔細觀察，你會發(fā)現(xiàn)它是一層脊狀凸起接一層平整區(qū)域的模式，像水波一樣層層推進。

指紋圖案獨特性的發(fā)育形成

新研究的通訊作者Denis Headon博士曾發(fā)現(xiàn)一些基因與指紋形成有關(guān)，這些基因大部分參與了肢體發(fā)育，但具體哪些是指紋形成必需的還不清楚。

這一次，他和同事對胚胎小鼠腳趾上的發(fā)育過程進行了細致分析，尤其是關(guān)于脊狀凸起是如何產(chǎn)生的，哪些基因是必不可少的？除此之外，他們還搭配了人類細胞的3D發(fā)育模型進行驗證。

根據(jù)研究結(jié)果顯示：指紋的發(fā)育同樣由“激活劑”和“抑制劑”來完成，其中WNT蛋白負責造成細胞形成指紋脊，而另一種BMP蛋白則會抑制指紋脊，形成一層層“水波”狀結(jié)構(gòu)。而且，指紋脊具有3個起始位置，朝著不同的方向發(fā)育擴散；3個位置的大方向分別位于指尖（朝內(nèi)側(cè)推進），指頭中心（朝四周推進）和第一個指節(jié)邊緣（朝上推進）。

指紋脊從3個地方起源并發(fā)展，最后碰撞形成獨一無二的指紋圖案。

在這個過程中，不同來源的細胞相遇后，會不斷相互擠壓?！八鼈冏罱K碰撞到一起，形成特殊的湍流，這有助于創(chuàng)造出指紋圖案的多樣性”，南加州大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家Cheng-Ming Chuong博士表示。除了碰撞過程隨機，胎兒在子宮中手指的擺放與位置也是隨機的，這些都給了指紋形成極大的隨機性。

指紋對先天疾病的早篩

通過對人體外部特征與遺傳基因的深入研究發(fā)現(xiàn)，指紋將在先天疾病早篩、人體病變預(yù)防、職業(yè)體質(zhì)選拔等各領(lǐng)域發(fā)揮非常重要價值作用。以唐氏綜合征為例，如果在一個嬰兒出生后采集到他的指紋特征，可以有98%的準確率判斷出這個嬰兒是否患有唐氏綜合征。在零歲時發(fā)現(xiàn)和兩歲時發(fā)現(xiàn)，干預(yù)效果將非常不同，可能是患者日后生活能否自理的差異。

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