“跳躍基因”無處不在。每個生命領域都攜帶這些DNA序列，它們沿著一條染色體從一個位置“跳”到另一個位置；事實上，有接近一半的人類基因組是由跳躍基因組成的。根據它們特定的切除和插入點，跳躍基因可能中斷或引發基因表達，從而驅動基因突變，并導致細胞的多樣化。自從上個世紀40年代它們被發現以來，研究人員已經能夠研究這些跳躍基因的行為，它們通常被稱為轉座子或轉座因子(TE)，科學家主要通過間接方法，從大部分結果推斷出單個跳躍基因的活動。然而，這樣的技術不夠敏感，不能準確地確定轉座子如何或為什么跳躍，以及什么因素引發了它們的活動。

    6月13日發表的一項研究中，美國伊利諾伊大學香檳分校的科學家們，實時觀察到了活細胞內的跳躍基因活動。

    研究團隊進行了體內實驗，在這項研究中，較之以前的研究，我們看到了比預期更多的跳躍基因正在活動。更重要的是，我們發現這些基因跳躍的頻率，敏感地依賴于細胞如何生長——例如是否有可用的食物讓細胞生長。換句話說，跳躍基因激活并不是完全隨機的，它依賴于環境的反饋。

    為了在活細胞中觀察這些獨特的細胞進化事件，Kuhlman的團隊設計了一個使用大腸桿菌的合成生物學系統。科學家們把編碼熒光蛋白（在這項研究中，是藍色和黃色熒光蛋白）的報告基因的表達，與轉座子的跳躍活動結合起來。然后，科學家們可以使用熒光顯微鏡直觀地記錄轉座子的活動。

    這些基因在一個細胞的基因組內跳躍和改變位置。這種活動相當于一個分子系統，這樣，當它們開始跳躍時，整個細胞會發出熒光。在我們的實驗中，細胞在它們不太高興的時候發出zui多的熒光。一種學派表明，在這種不快樂的情況下，這樣一種增加的突變率，對多樣化的細胞來說可能是一個優勢。

    為了幫助設計實驗，并推斷“如果跳躍以一種純粹隨機的模式發生時會是什么情況”，研究團隊開發了細菌菌落生長的計算機模擬，并預測在隨機的情況下實驗信號會是什么樣子。這些計算表明，實驗不能僅僅被理解為隨機轉座子活動，甚至能提供非隨機性來源的線索，包括環境反饋和遺傳。他們的工作涉及大量的計算圖像分析，其次是統計分析。為了從原始數據中提取信號和結論，模擬和理論計算對于實驗設計和解釋是很很重要的。只有利用活細胞物理學中心提供的獨特結構，才使得這類合作項目成為可能。

    zui首要的長期研究目標是，在分子水平上深入了解進化是如何運作的。直接觀察細胞內的基因組如何重組自我，可讓我們測定適應率，并可能揭示了一系列重要的進化問題——從生命的出現到癌癥的傳播，在這些過程中細胞經歷了快速突變，并轉換了它們的基因組。

    關于“跳躍基因”，早在2013年就有研究人員采用一種新方法，在其行動時捕捉神出鬼沒的“跳躍基因”，他們發現一種DNA類型利用了兩個人類蛋白進行自我復制以及從一個地方移動至另一個地方。這一研究發現使得研究人員突破性地認識到，驅使遷移至人類基因組新區域的跳躍基因，與致力于限制這樣的不穩定DNA片段所帶來的風險的細胞之間存在著軍備競賽。

    2015年5月，研究人員確定了兩種蛋白質之間的相互作用，是一個轉座子整合到酵母基因組中一個特定區域所必不可少的。這些研究結果發表在《科學》（Science）雜志，強調了這些可移動DNA序列在生物進化與適用中的作用，及其對于基因治療的潛在價值。

    另外，密西根大學醫學院的研究團隊在2015年11月的雜志上發表文章指出，沒有尾巴的轉座子無法進行有效的跳躍。這項研究解決了轉座子跳躍的重要問題，有助于限制反轉錄轉座子LINE-1的行動。

原創作者：上海恒遠生物科技有限公司