【每周讀本書】《基因，這麼聊我就懂了》

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【基本介紹】

《基因，這麼聊我就懂了》，作者尹烨，北京聯合出版公司·磨鐵2024年12月出版，11.1萬字。

尹烨，現任華大集團CEO，基因組學研究員，第三屆中國人類遺傳資源管理專家組成員。他積極參與基因科普工作，2016年就在喜馬拉雅FM、懶人聽書等新媒體開設“天方烨談”基因科普欄目，八年來逐步形成了“文字+音頻+視頻+線下課+尹哥公益書房”的科普矩陣。

此書共8章68節，分别講了基因是什麼，以及基因與行為、健康、遺傳、兩性、腦認知、未來、科技的關系。

【撷取摘要】

1.

1953年，“DNA之父”美國科學家詹姆斯·沃森（James Watson）和英國生物學家弗朗西斯·克裡克（Francis Crick）共同向世人宣布了脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結構。

DNA雙螺旋結構的發現，打開了生命遺傳的謎團，正式代表了生命科學開始進入分子生物學時代。

20世紀下半葉，生命科學逐漸成為時代的主流。

2.

“基因”一詞最早于1909年被提出。

生命的本質其實是一門語言，它在一個DNA維度上是統一的，最後統一為4個最簡單的“字母”，即堿基，就是ATCG。這4個字母我們稱之為生命的基本牌。

一個人的基因組有60億張，有ATCG四種堿基，30億來自父親，30億來自母親。

在基因位點的差異上，人和人之間的差别隻有千分之五，這千分之五的差别表現出了極大的差異性。也就是說，基因具有多态性。

基因沒有最優一說，隻看與環境是否适應，而多态性本身就是基因和環境和諧演化的結果。

3.

生命語言原相通，莫以大小論英雄。

1971年，C.A.托馬斯（C.A. Thomas）提出了C值悖論：生物的基因組大小與其生物學複雜性并不是正相關的。

已知的哺乳動物最小基因組發生在蝙蝠身上。其基因組平均大小約為2GB，介于能飛行的鳥類的1GB和大部分哺乳動物的3GB之間。

基因數量級越小的物種，我們越是不能忽視。以埃博拉病毒為例，它僅有18959個堿基，卻以高達90%的病死率和易傳染的特性成為“人類殺手”。

4.

或有異源親兄弟？基因知道你是誰。

2022年8月23日，《細胞報告》雜志上發表的一篇文章指出：沒有血緣關系，但長得比較像的人，通常具備相同的基因和相似的行為習慣。

在現有身份識别技術中，生物辨識技術是大熱的方向，而目前唯一幾乎不能被篡改的就是STR基因座。STR是短串聯重複序列“Short Tandem Repeat”的簡寫，它是最能體現個體差異的DNA序列，被公認為“細胞的DNA指紋”。

STR辨識技術最早應用于法醫鑒定領域，而早在1991年，它就被用在了親權鑒定領域。

5.

DNA基因識别技術到現在已經經曆了四輪升級：

第一代技術就是選取一段染色體進行識别，就像我們拿一張世界地圖來看，隻能分辨出國家的大概輪廓，看不到太細緻的東西，這項技術就是這種感覺；

第二代開始，STR技術逐漸成形，它是通過13個STR序列來區别，上萬億人中才會出現重複，已經能做到非常細緻了，這就相當于我們看“中國地圖”的感覺了，我們已經能找到自己所在的城市了；

第三代技術，通過高通量測序和四庫合一技術獲得多種類型的遺傳标記，如常染色體STR、Y染色體STR、X染色體STR和線粒體高變區。2023年，這項技術已經破獲了多個二十來年前的疑難案件。這種方法更加精準，類似于可以在地圖上識别目的縣鎮等區域；

第四代技術是把一個人的基因組進行全面呈現，準确度可達到100%。據說，哪怕是針對同卵雙胞胎這種基因高度一緻的樣本，也能發現細枝末節上的差異，這已經是看“自家的全景圖”了，就連門前的擦腳墊都能看到。

6

基因技術非萬能，三大領域顯神通。

第一，防止“與生俱來基因”帶來的危害。比如，孕12周時，隻需一管靜脈血就可排查胎兒的唐氏綜合征。

第二，防止“與時俱變基因”帶來的危害。比如，通過基因檢測對腫瘤微小病竈殘留（MRD）進行動态監測。“沒有突然生長的腫瘤，隻有突然發現的癌症。”預防就是最好的治療。

第三，防止“外來侵入基因”帶來的危害。通過基因檢測來查出外部侵入病原體，包括對哪些藥物耐藥、對哪些藥物敏感。

DNA可以替代移動硬盤存儲信息。我們完全可以把信息植入基因中去，完全不用擔心信息會被竊取或攔截。

7.

英國演化生物學家理查德·道金斯（Richard Dawkins）曾出版了一本颠覆人們對基因認知的著作，名為《自私的基因》。他提出：包括人類在内的衆生，其實都是一種“基因機器”，是基因的載體，甚至是傀儡。

尹烨說，“這類觀點讓人有點兒恐慌。實際上，我認為，人類存在的意義就是要用無私的人性去遏制、對抗自私的基因”。從基因層面上看，基因确實有自我延續和複制的欲望，它在不停地擴張，不停地去傳達、延續自己。人類意識的發展過程，就是對抗基因的過程。

很多時候我們應選擇逆着基因走，比如說少吃多動。物資匮乏的時候，為了盡可能地繁衍，基因希望我們多吃少動。現代人營養和能量大多過剩，如果還順着基因多吃少動，身體就會産生一系列的包括糖尿病在内的代謝綜合征。

8.

我們從來不是“一個人”，而是一個“人菌共栖”的生态系統。

生命科學有一個有趣的“腸—腦軸”理論，該理論認為，人的腸道和大腦是可以相互影響的。大腦作為控制中樞，對人的身體和意識起着總指揮的作用；反過來，人體腸道的微生物組在一定程度上也可以影響人類大腦。

例如，有科學家用克隆的兩隻老鼠，在其他條件不變的前提下，僅僅對調了菌群，幾個月以後，瘦老鼠變胖了，胖老鼠變瘦了，這就提醒廣大減肥人士，要想減肥，得同步從菌群下手。

9.

胖了真的會變笨。

2022年年初，加拿大麥克馬斯特大學的研究人員在JAMA Network Open上發表重要成果，該項研究指出：人的體脂率每提高9.2%，或者内髒脂肪每增加36毫升，大腦就會衰老1年。

10.

在不斷消耗能量的過程中，大腦會不斷累積大腦腺苷。大腦腺苷濃度越高，人就越困。

睡覺用一種簡化的化學方式來理解，就是清除腺苷的過程。也就是說，好好睡覺才能好好由腦脊液“洗腦”。

11.

大腦中有一塊專門負責情緒的區域，早期的生活壓力過大，通過長期的轉錄程序編碼，神經就會形成終身的壓力敏感性。

在敏感時期，長期感受到壓力的話，大腦神經會發生一些改變。這個改變不會改變基因序列，卻能改變基因的修飾，比如某個堿基的一個氫鍵變成一個甲基，我們就稱之為甲基化。

這種變化屬于表觀遺傳學的範疇，它本身并不是從我們的父母那裡遺傳到的DNA編碼變化，而是由調節我們的遺傳物質表達的分子導緻的基因活性變化。

12.

人體的860億個神經元，神經元之間的連接就是拓撲結構。拓撲結構一旦變了，你就改變了。很多老年癡呆病的根本原因，就是拓撲結構混亂。

假設你的克隆體出現了，你的860億個神經元都健在，但是不同神經元之間的連接完全不一樣了，整個拓撲結構變了，克隆體自然不具備和你一樣的記憶，意識、情感也就不一樣了。

13.

到了20世紀中期，人們把孟德爾的遺傳學說和達爾文進化論中的自然選擇學說結合在一起，從而形成了比較成熟的現代演化論。

現代演化論有一個重要觀點：不同生物之間存在物種隔離，也就是說，不同生物的基因是不可能橫向傳遞的，這保證了生物的個性特征，确定了“物種”。不過，這一規則不适用于古細菌和細菌的演化，因為這些微生物能夠獲取周圍其他微生物甚至動植物的基因并為自己所用。而病毒，尤其是逆轉錄病毒竟然可以将自己不斷地整合到宿主的基因組中。類似這樣的過程在專業術語中被稱作“橫向基因轉移”。

生物學家統計發現，大多數微生物有約10%的基因是通過橫向基因轉移獲得的。一些極端微生物的這個比例甚至能達到50%。

什麼是轉基因？轉基因的本質是使原來兩個不可能發生基因傳遞的物種，産生了水平轉移。

過去，中國批準的轉基因農作物僅有棉花一個種類。而在2023年12月25日，首批轉基因糧食種子獲批，包括了37個轉基因玉米品種和10個轉基因大豆品種，這就相當于打開了轉基因種子産業化的大門。

14.

2010年，《科學》雜志發文宣告：全球第一個合成生命正式誕生。美國生物學家克雷格·文特爾主導将經電腦修改編碼過的DNA片段，移入山羊支原體中，令新細胞開始分裂并制造出一種全新的蛋白質。文特爾給這個人工合成作品取名為“辛西娅”（Synthia，意為“合成體”）。

15.

過去人們一直認為，記憶存儲靠神經元之間的突觸連接，RNA的主要功能是傳遞基因信息，不參與記憶的形成。

著名的神經科學家埃裡克·坎德爾（Eric Kandel），曾以海蝸牛為實驗對象，從而探索了記憶的存儲機制，還因此榮獲2000年的諾貝爾生理學或醫學獎。應激反應通過RNA移植，在海蝸牛身上實現了複制和傳導。研究結論：RNA能夠運輸記憶。

16.

健康成年大腦會不斷産生新神經元，可持續到90歲！

阿爾茨海默病患者大腦中的新生神經元的數量少于同期健康人的數量，也少于正常衰老的年長者。并且，阿爾茨海默病患者大腦中的新生神經元分化為成熟神經元的比例也比正常人低。也就是說，阿爾茨海默病并不是生理性的衰老症，而是一種神經系統異常導緻的疾病。

在65歲以上的老年人群體中，阿爾茨海默病的發生率約為10%，而在85歲以上的老齡群體中，這一比率則升至約50%。患者的平均生存期僅為5.5年。基于此，世界衛生組織已正式将阿爾茨海默病列為“人類第四大健康殺手”，前三大“健康殺手”各國排名不同，但都是心血管病、腦血管病和癌症。

阿爾茨海默病的關鍵标志是大腦中出現了兩種蛋白質的聚集：澱粉樣蛋白斑塊和tau纏結，這兩種蛋白都具有神經毒性。

2023年7月，一種名為侖卡奈單抗的人源化單克隆抗體産品得到了美國FDA的無附加條件批準，這是20年來首款獲批用于阿爾茨海默病的新療法。

17.

APOE被公認是與長壽密切相關的基因。

APOE是一種脂質運輸載體，參與體内膽固醇代謝，它與阿爾茨海默病及冠心病發病都有關系。

APOE 有三種基因型，分别是E2、E3和E4。每個人體内含有一對，所以可以排列組合出多種組合，比較常見的有E2型，攜帶這類基因的個體不太容易患上阿爾茨海默病；攜帶E3型基因的人最多，占78%；而一旦組合為E4型，攜帶這類基因的個體最容易患上阿爾茨海默病和冠心病等，但在對抗高血脂和減少肝髒損傷上具有優勢。

18.

1949年奧威爾創作的《1984》就展示了一個對人身全方位監控的世界，在《1984》中有這麼一句話：“我們唯一能控制的就是大腦内部的幾個立方厘米。”說的就是，當年人的大腦還沒有辦法被檢測，至少思想還可以自由。

而如今随着腦機連接技術的發展，人的思想恐怕也将受到監控。

19.

最新的研究證明：忘記比記住要更難，因為它要消耗更多的腦力！

電影《盜夢空間》有一句經典台詞：“當你試着不去想大象的時候，你首先想到的就是大象。”

強迫遺忘有時反而會強化記憶。從理論上來說，抹除記憶确實更為困難。

人的大腦有抹掉記憶的能力，但删除能力與信息的難易成正相關。比起面部圖像來，人類更容易忘記場景圖片。

要想很好地忘卻，要保持大腦适度活動。大腦活動太激烈，會加深不好的記憶；大腦活動太微弱，也沒法忘卻。

大部分的記憶和遺忘，是在睡眠過程中自動發生的。

通過阻斷海馬體功能以實現遺忘效果，但這一實驗僅在老鼠身上得到了驗證。

20.

記憶和遺忘規律呈現曲線狀态。人類大腦在記憶形成過程中，會産生三種類型的記憶，即轉瞬即逝的“感覺記憶”、短時記住的“工作記憶”和長時不忘的“聯想記憶”。

記憶有間隔效應：休息可以強化記憶。

适度休息有助于更快地學習新技能。從這個角度來看，适度“躺平”未必是壞事。

21.

1495年，達·芬奇超前制造出了一個仿人型機械。

從碳基巨匠達·芬奇到矽基極品ChatGPT的500多年，書寫了一個完整的人類、機器和程序逐步共處的故事。

諾貝爾獎獲得者理查德·菲利普斯·費曼（Richard Phillips Feynman）曾說過這麼一句名言：“What I cannot build,I do not understand.”即我造不出來的事物，我就不會真正理解它。

尹烨認為，“最終控制地球的應該是一種智能。從已經34億年的地球生命演化史來看，地球上所有生命的演進，實際上都是智能在向前推進。”

22.

1595年，荷蘭著名的磨鏡師撒迦利亞·詹森（Zacharias Janssen）發明了全球第一台簡陋的複式顯微鏡。

1665年，英國科學家羅伯特·胡克（Robert Hooke）使用顯微鏡觀察并記錄了他的發現，并将這些内容寫成了《顯微術》一書，他首次正式命名了“細胞”一詞。

17世紀末，荷蘭的發明家安東尼·範·列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）借助顯微鏡觀察到了活細胞，成為第一個記錄了微生物世界的人。

1931年，德國科學家魯斯卡發明了電子顯微鏡，分辨率突破了可見光的極限，人類得以第一次看到病毒。

再後來，科學家們研發出了原子力顯微鏡，它不僅能幫助我們清晰地觀察DNA，還能夠連續拍攝，拍攝的清晰度也越來越高，成像速度也越來越快。

是技術和工具的發展，才将活細胞成像照進現實。

23.

線粒體的功能是為細胞活動提供動力，線粒體出現了異常，細胞活動缺乏能量，我們的身體就會生病。

線粒體也算是“雙重間諜”，它對維持細胞代謝功能必不可少，但出了問題，也會引發很多的遺傳病。

身體沒辦法區分外來細菌還是線粒體的本體時，很多炎症和自身免疫問題就發生了。

24.

再生密碼已找到，人類四肢可再生？人類體内也含有EGR這種再生基因，那麼，這就有一個清晰的研究方向了：我們沒有再生能力，是不是因為控制開關處于關閉狀态呢？

神奇藥物助長生，但别忘了副作用。NMN，全名叫煙酰胺單核苷酸，它是生命中自然存在的分子，屬于RNA的組成單元，由煙酰胺基、核糖和磷酸基組成。

25.

2005年，世界衛生組織就動物器官移植給人的問題展開了讨論。讨論的核心就是倫理，包括移植之後會不會帶來免疫排斥，會不會有一些來自供體身上的未知病毒傳播開來。

當時達成的一緻意見，其實就是一個敦促案，敦促各國應當在具備相關的管理、控制和監督機制的時候，方可允許移植。

26.

2023年11月30日，英國生物樣本庫（UK Biobank）公開了50萬英國人的全基因組數據。這個樣本庫已經成立了20多年，在這之前，它曾經公開過50萬人基因芯片數據、45萬人全外顯子數據，這次又是一個大突破。

在科學研究中，封閉隻會讓自己變成孤島，而開放則會擁抱無限的可能。

未來，我們應該會看到越來越多的個體願意公開共享自己的基因數據。終有一天，基因數據就像我們的身高、體重、血型一樣，成為每一個人的現實标簽。

27.

在生命科學研究中，經常看到這麼個字——“組”，比如蛋白質組、代謝組、脂質組、糖組……

“組”是一個整體的概念。随着科學研究的發展和需要，科學家們開始意識到，生命是一種多模态、多維度的現象。所以單一的組學也不夠用了，多組學和跨組學因而應運而生。

28.

“人類基因組計劃”與“曼哈頓原子彈計劃”和“阿波羅登月計劃”一起，被譽為“20世紀三大科學工程”。

人類基因組計劃于1990年正式啟動，由美國、英國、德國、日本、法國和中國六國科學家共同參與。項目旨在測定人類染色體中30億個堿基對的核苷酸序列，繪制人類基因組圖譜，從而達到破譯人類遺傳信息的目的。最終耗時13年，花費38億美元，于2003年4月完成人類基因組圖譜繪制，這是人類第一次在分子水平上全面地認識自我，誕生了“基因組學”這一全新學科，預示着生命科學進入全新的時代。

29.

100美元基因組已經成為現實。為什麼要實現100美元基因組？

基因是生命的密碼，人類基因組計劃給我們提供了從基因組層面認知自我、認知疾病、精準醫療的全新視角。但要讓每個人獲得個人基因組信息，了解自身遺傳密碼，就必須讓基因組測序技術人人可及、人人普及，這個核心便是可支付性（Affordability）。

30.

據美國國家生物信息中心（NCBI）的最新數據顯示，截至2023年8月，全球破譯基因組的動植物達到了7738種。

越來越多的物種基因組的解析，更加彰顯了大千世界的無奇不有，以及“生命科學中最不例外的就是例外”這句話。比如，鳄魚的性别就是由孵化時的溫度決定的。比如小醜魚，它們按族群生活，幼年時雌雄同體，顯雄性，到了需要繁衍後代的時候，其中一條體形最大的小醜魚主動變成雌性，一旦族群中的雌性不幸殒命，族群遭遇繁衍危機，那麼族群裡幸存的雄性中體形最大的會接替不幸殒命的雌性的角色，主動變成雌性，以此來保證族群的繁衍。

31.

經過長期研究，科學家們逐漸接受了大腦運作是一個量子狀态而非電子狀态的觀點。大腦的基本運算單元——神經元越多，其可執行的指令就越複雜。

人腦則是由約860億個相互連接的神經元組成的高維神經網絡。要了解這個複雜的神經網絡，我們就要從了解神經元的“身份”開始，那就需要對人腦神經元進行一次比較徹底的“神經元人口普查”。

時空組學技術具大視場、高分辨率的特征，它的出現就能給每個神經元登記上大腦的“住址信息”了。再追蹤神經元的軸突走向和目的地，就可以構建不同腦區的不同類型神經元的“社交網絡”。随着神經元“身份”“住址信息”和“社交網絡”的信息整合，終于構建出一個信息全面的神經元“身份證”。

32.

倘若我們把基因測序看成對生命語言的“讀”，基因編輯看成對生命語言的“改”，那麼合成就是對生命語言的“寫”或“創”。因此，研究如何合成的學問，就叫作合成生物學。

①合成生物學通過拼砌生命的功能元件也能讓我們對生命體從新的角度産生新的認知，這就是合成生物學的“造物緻知”理念。

②通過合成生物學我們可以構建出許多“細胞工廠”為我們生産有用的産品，這就是合成生物學“造物緻用”的理念。

當前，大量的合成生物學初創公司已紛紛成立。