【每周读本书】《基因，这么聊我就懂了》

【基本介绍】

《基因，这么聊我就懂了》，作者尹烨，北京联合出版公司·磨铁2024年12月出版，11.1万字。

尹烨，现任华大集团CEO，基因组学研究员，第三届中国人类遗传资源管理专家组成员。他积极参与基因科普工作，2016年就在喜马拉雅FM、懒人听书等新媒体开设“天方烨谈”基因科普栏目，八年来逐步形成了“文字+音频+视频+线下课+尹哥公益书房”的科普矩阵。

此书共8章68节，分别讲了基因是什么，以及基因与行为、健康、遗传、两性、脑认知、未来、科技的关系。

【撷取摘要】

1.

1953年，“DNA之父”美国科学家詹姆斯·沃森（James Watson）和英国生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）共同向世人宣布了脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构。

DNA双螺旋结构的发现，打开了生命遗传的谜团，正式代表了生命科学开始进入分子生物学时代。

20世纪下半叶，生命科学逐渐成为时代的主流。

2.

“基因”一词最早于1909年被提出。

生命的本质其实是一门语言，它在一个DNA维度上是统一的，最后统一为4个最简单的“字母”，即碱基，就是ATCG。这4个字母我们称之为生命的基本牌。

一个人的基因组有60亿张，有ATCG四种碱基，30亿来自父亲，30亿来自母亲。

在基因位点的差异上，人和人之间的差别只有千分之五，这千分之五的差别表现出了极大的差异性。也就是说，基因具有多态性。

基因没有最优一说，只看与环境是否适应，而多态性本身就是基因和环境和谐演化的结果。

3.

生命语言原相通，莫以大小论英雄。

1971年，C.A.托马斯（C.A. Thomas）提出了C值悖论：生物的基因组大小与其生物学复杂性并不是正相关的。

已知的哺乳动物最小基因组发生在蝙蝠身上。其基因组平均大小约为2GB，介于能飞行的鸟类的1GB和大部分哺乳动物的3GB之间。

基因数量级越小的物种，我们越是不能忽视。以埃博拉病毒为例，它仅有18959个碱基，却以高达90%的病死率和易传染的特性成为“人类杀手”。

4.

或有异源亲兄弟？基因知道你是谁。

2022年8月23日，《细胞报告》杂志上发表的一篇文章指出：没有血缘关系，但长得比较像的人，通常具备相同的基因和相似的行为习惯。

在现有身份识别技术中，生物辨识技术是大热的方向，而目前唯一几乎不能被篡改的就是STR基因座。STR是短串联重复序列“Short Tandem Repeat”的简写，它是最能体现个体差异的DNA序列，被公认为“细胞的DNA指纹”。

STR辨识技术最早应用于法医鉴定领域，而早在1991年，它就被用在了亲权鉴定领域。

5.

DNA基因识别技术到现在已经经历了四轮升级：

第一代技术就是选取一段染色体进行识别，就像我们拿一张世界地图来看，只能分辨出国家的大概轮廓，看不到太细致的东西，这项技术就是这种感觉；

第二代开始，STR技术逐渐成形，它是通过13个STR序列来区别，上万亿人中才会出现重复，已经能做到非常细致了，这就相当于我们看“中国地图”的感觉了，我们已经能找到自己所在的城市了；

第三代技术，通过高通量测序和四库合一技术获得多种类型的遗传标记，如常染色体STR、Y染色体STR、X染色体STR和线粒体高变区。2023年，这项技术已经破获了多个二十来年前的疑难案件。这种方法更加精准，类似于可以在地图上识别目的县镇等区域；

第四代技术是把一个人的基因组进行全面呈现，准确度可达到100%。据说，哪怕是针对同卵双胞胎这种基因高度一致的样本，也能发现细枝末节上的差异，这已经是看“自家的全景图”了，就连门前的擦脚垫都能看到。

6

基因技术非万能，三大领域显神通。

第一，防止“与生俱来基因”带来的危害。比如，孕12周时，只需一管静脉血就可排查胎儿的唐氏综合征。

第二，防止“与时俱变基因”带来的危害。比如，通过基因检测对肿瘤微小病灶残留（MRD）进行动态监测。“没有突然生长的肿瘤，只有突然发现的癌症。”预防就是最好的治疗。

第三，防止“外来侵入基因”带来的危害。通过基因检测来查出外部侵入病原体，包括对哪些药物耐药、对哪些药物敏感。

DNA可以替代移动硬盘存储信息。我们完全可以把信息植入基因中去，完全不用担心信息会被窃取或拦截。

7.

英国演化生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）曾出版了一本颠覆人们对基因认知的著作，名为《自私的基因》。他提出：包括人类在内的众生，其实都是一种“基因机器”，是基因的载体，甚至是傀儡。

尹烨说，“这类观点让人有点儿恐慌。实际上，我认为，人类存在的意义就是要用无私的人性去遏制、对抗自私的基因”。从基因层面上看，基因确实有自我延续和复制的欲望，它在不停地扩张，不停地去传达、延续自己。人类意识的发展过程，就是对抗基因的过程。

很多时候我们应选择逆着基因走，比如说少吃多动。物资匮乏的时候，为了尽可能地繁衍，基因希望我们多吃少动。现代人营养和能量大多过剩，如果还顺着基因多吃少动，身体就会产生一系列的包括糖尿病在内的代谢综合征。

8.

我们从来不是“一个人”，而是一个“人菌共栖”的生态系统。

生命科学有一个有趣的“肠—脑轴”理论，该理论认为，人的肠道和大脑是可以相互影响的。大脑作为控制中枢，对人的身体和意识起着总指挥的作用；反过来，人体肠道的微生物组在一定程度上也可以影响人类大脑。

例如，有科学家用克隆的两只老鼠，在其他条件不变的前提下，仅仅对调了菌群，几个月以后，瘦老鼠变胖了，胖老鼠变瘦了，这就提醒广大减肥人士，要想减肥，得同步从菌群下手。

9.

胖了真的会变笨。

2022年年初，加拿大麦克马斯特大学的研究人员在JAMA Network Open上发表重要成果，该项研究指出：人的体脂率每提高9.2%，或者内脏脂肪每增加36毫升，大脑就会衰老1年。

10.

在不断消耗能量的过程中，大脑会不断累积大脑腺苷。大脑腺苷浓度越高，人就越困。

睡觉用一种简化的化学方式来理解，就是清除腺苷的过程。也就是说，好好睡觉才能好好由脑脊液“洗脑”。

11.

大脑中有一块专门负责情绪的区域，早期的生活压力过大，通过长期的转录程序编码，神经就会形成终身的压力敏感性。

在敏感时期，长期感受到压力的话，大脑神经会发生一些改变。这个改变不会改变基因序列，却能改变基因的修饰，比如某个碱基的一个氢键变成一个甲基，我们就称之为甲基化。

这种变化属于表观遗传学的范畴，它本身并不是从我们的父母那里遗传到的DNA编码变化，而是由调节我们的遗传物质表达的分子导致的基因活性变化。

12.

人体的860亿个神经元，神经元之间的连接就是拓扑结构。拓扑结构一旦变了，你就改变了。很多老年痴呆病的根本原因，就是拓扑结构混乱。

假设你的克隆体出现了，你的860亿个神经元都健在，但是不同神经元之间的连接完全不一样了，整个拓扑结构变了，克隆体自然不具备和你一样的记忆，意识、情感也就不一样了。

13.

到了20世纪中期，人们把孟德尔的遗传学说和达尔文进化论中的自然选择学说结合在一起，从而形成了比较成熟的现代演化论。

现代演化论有一个重要观点：不同生物之间存在物种隔离，也就是说，不同生物的基因是不可能横向传递的，这保证了生物的个性特征，确定了“物种”。不过，这一规则不适用于古细菌和细菌的演化，因为这些微生物能够获取周围其他微生物甚至动植物的基因并为自己所用。而病毒，尤其是逆转录病毒竟然可以将自己不断地整合到宿主的基因组中。类似这样的过程在专业术语中被称作“横向基因转移”。

生物学家统计发现，大多数微生物有约10%的基因是通过横向基因转移获得的。一些极端微生物的这个比例甚至能达到50%。

什么是转基因？转基因的本质是使原来两个不可能发生基因传递的物种，产生了水平转移。

过去，中国批准的转基因农作物仅有棉花一个种类。而在2023年12月25日，首批转基因粮食种子获批，包括了37个转基因玉米品种和10个转基因大豆品种，这就相当于打开了转基因种子产业化的大门。

14.

2010年，《科学》杂志发文宣告：全球第一个合成生命正式诞生。美国生物学家克雷格·文特尔主导将经电脑修改编码过的DNA片段，移入山羊支原体中，令新细胞开始分裂并制造出一种全新的蛋白质。文特尔给这个人工合成作品取名为“辛西娅”（Synthia，意为“合成体”）。

15.

过去人们一直认为，记忆存储靠神经元之间的突触连接，RNA的主要功能是传递基因信息，不参与记忆的形成。

著名的神经科学家埃里克·坎德尔（Eric Kandel），曾以海蜗牛为实验对象，从而探索了记忆的存储机制，还因此荣获2000年的诺贝尔生理学或医学奖。应激反应通过RNA移植，在海蜗牛身上实现了复制和传导。研究结论：RNA能够运输记忆。

16.

健康成年大脑会不断产生新神经元，可持续到90岁！

阿尔茨海默病患者大脑中的新生神经元的数量少于同期健康人的数量，也少于正常衰老的年长者。并且，阿尔茨海默病患者大脑中的新生神经元分化为成熟神经元的比例也比正常人低。也就是说，阿尔茨海默病并不是生理性的衰老症，而是一种神经系统异常导致的疾病。

在65岁以上的老年人群体中，阿尔茨海默病的发生率约为10%，而在85岁以上的老龄群体中，这一比率则升至约50%。患者的平均生存期仅为5.5年。基于此，世界卫生组织已正式将阿尔茨海默病列为“人类第四大健康杀手”，前三大“健康杀手”各国排名不同，但都是心血管病、脑血管病和癌症。

阿尔茨海默病的关键标志是大脑中出现了两种蛋白质的聚集：淀粉样蛋白斑块和tau缠结，这两种蛋白都具有神经毒性。

2023年7月，一种名为仑卡奈单抗的人源化单克隆抗体产品得到了美国FDA的无附加条件批准，这是20年来首款获批用于阿尔茨海默病的新疗法。

17.

APOE被公认是与长寿密切相关的基因。

APOE是一种脂质运输载体，参与体内胆固醇代谢，它与阿尔茨海默病及冠心病发病都有关系。

APOE 有三种基因型，分别是E2、E3和E4。每个人体内含有一对，所以可以排列组合出多种组合，比较常见的有E2型，携带这类基因的个体不太容易患上阿尔茨海默病；携带E3型基因的人最多，占78%；而一旦组合为E4型，携带这类基因的个体最容易患上阿尔茨海默病和冠心病等，但在对抗高血脂和减少肝脏损伤上具有优势。

18.

1949年奥威尔创作的《1984》就展示了一个对人身全方位监控的世界，在《1984》中有这么一句话：“我们唯一能控制的就是大脑内部的几个立方厘米。”说的就是，当年人的大脑还没有办法被检测，至少思想还可以自由。

而如今随着脑机连接技术的发展，人的思想恐怕也将受到监控。

19.

最新的研究证明：忘记比记住要更难，因为它要消耗更多的脑力！

电影《盗梦空间》有一句经典台词：“当你试着不去想大象的时候，你首先想到的就是大象。”

强迫遗忘有时反而会强化记忆。从理论上来说，抹除记忆确实更为困难。

人的大脑有抹掉记忆的能力，但删除能力与信息的难易成正相关。比起面部图像来，人类更容易忘记场景图片。

要想很好地忘却，要保持大脑适度活动。大脑活动太激烈，会加深不好的记忆；大脑活动太微弱，也没法忘却。

大部分的记忆和遗忘，是在睡眠过程中自动发生的。

通过阻断海马体功能以实现遗忘效果，但这一实验仅在老鼠身上得到了验证。

20.

记忆和遗忘规律呈现曲线状态。人类大脑在记忆形成过程中，会产生三种类型的记忆，即转瞬即逝的“感觉记忆”、短时记住的“工作记忆”和长时不忘的“联想记忆”。

记忆有间隔效应：休息可以强化记忆。

适度休息有助于更快地学习新技能。从这个角度来看，适度“躺平”未必是坏事。

21.

1495年，达·芬奇超前制造出了一个仿人型机械。

从碳基巨匠达·芬奇到硅基极品ChatGPT的500多年，书写了一个完整的人类、机器和程序逐步共处的故事。

诺贝尔奖获得者理查德·菲利普斯·费曼（Richard Phillips Feynman）曾说过这么一句名言：“What I cannot build,I do not understand.”即我造不出来的事物，我就不会真正理解它。

尹烨认为，“最终控制地球的应该是一种智能。从已经34亿年的地球生命演化史来看，地球上所有生命的演进，实际上都是智能在向前推进。”

22.

1595年，荷兰著名的磨镜师撒迦利亚·詹森（Zacharias Janssen）发明了全球第一台简陋的复式显微镜。

1665年，英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）使用显微镜观察并记录了他的发现，并将这些内容写成了《显微术》一书，他首次正式命名了“细胞”一词。

17世纪末，荷兰的发明家安东尼·范·列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）借助显微镜观察到了活细胞，成为第一个记录了微生物世界的人。

1931年，德国科学家鲁斯卡发明了电子显微镜，分辨率突破了可见光的极限，人类得以第一次看到病毒。

再后来，科学家们研发出了原子力显微镜，它不仅能帮助我们清晰地观察DNA，还能够连续拍摄，拍摄的清晰度也越来越高，成像速度也越来越快。

是技术和工具的发展，才将活细胞成像照进现实。

23.

线粒体的功能是为细胞活动提供动力，线粒体出现了异常，细胞活动缺乏能量，我们的身体就会生病。

线粒体也算是“双重间谍”，它对维持细胞代谢功能必不可少，但出了问题，也会引发很多的遗传病。

身体没办法区分外来细菌还是线粒体的本体时，很多炎症和自身免疫问题就发生了。

24.

再生密码已找到，人类四肢可再生？人类体内也含有EGR这种再生基因，那么，这就有一个清晰的研究方向了：我们没有再生能力，是不是因为控制开关处于关闭状态呢？

神奇药物助长生，但别忘了副作用。NMN，全名叫烟酰胺单核苷酸，它是生命中自然存在的分子，属于RNA的组成单元，由烟酰胺基、核糖和磷酸基组成。

25.

2005年，世界卫生组织就动物器官移植给人的问题展开了讨论。讨论的核心就是伦理，包括移植之后会不会带来免疫排斥，会不会有一些来自供体身上的未知病毒传播开来。

当时达成的一致意见，其实就是一个敦促案，敦促各国应当在具备相关的管理、控制和监督机制的时候，方可允许移植。

26.

2023年11月30日，英国生物样本库（UK Biobank）公开了50万英国人的全基因组数据。这个样本库已经成立了20多年，在这之前，它曾经公开过50万人基因芯片数据、45万人全外显子数据，这次又是一个大突破。

在科学研究中，封闭只会让自己变成孤岛，而开放则会拥抱无限的可能。

未来，我们应该会看到越来越多的个体愿意公开共享自己的基因数据。终有一天，基因数据就像我们的身高、体重、血型一样，成为每一个人的现实标签。

27.

在生命科学研究中，经常看到这么个字——“组”，比如蛋白质组、代谢组、脂质组、糖组……

“组”是一个整体的概念。随着科学研究的发展和需要，科学家们开始意识到，生命是一种多模态、多维度的现象。所以单一的组学也不够用了，多组学和跨组学因而应运而生。

28.

“人类基因组计划”与“曼哈顿原子弹计划”和“阿波罗登月计划”一起，被誉为“20世纪三大科学工程”。

人类基因组计划于1990年正式启动，由美国、英国、德国、日本、法国和中国六国科学家共同参与。项目旨在测定人类染色体中30亿个碱基对的核苷酸序列，绘制人类基因组图谱，从而达到破译人类遗传信息的目的。最终耗时13年，花费38亿美元，于2003年4月完成人类基因组图谱绘制，这是人类第一次在分子水平上全面地认识自我，诞生了“基因组学”这一全新学科，预示着生命科学进入全新的时代。

29.

100美元基因组已经成为现实。为什么要实现100美元基因组？

基因是生命的密码，人类基因组计划给我们提供了从基因组层面认知自我、认知疾病、精准医疗的全新视角。但要让每个人获得个人基因组信息，了解自身遗传密码，就必须让基因组测序技术人人可及、人人普及，这个核心便是可支付性（Affordability）。

30.

据美国国家生物信息中心（NCBI）的最新数据显示，截至2023年8月，全球破译基因组的动植物达到了7738种。

越来越多的物种基因组的解析，更加彰显了大千世界的无奇不有，以及“生命科学中最不例外的就是例外”这句话。比如，鳄鱼的性别就是由孵化时的温度决定的。比如小丑鱼，它们按族群生活，幼年时雌雄同体，显雄性，到了需要繁衍后代的时候，其中一条体形最大的小丑鱼主动变成雌性，一旦族群中的雌性不幸殒命，族群遭遇繁衍危机，那么族群里幸存的雄性中体形最大的会接替不幸殒命的雌性的角色，主动变成雌性，以此来保证族群的繁衍。

31.

经过长期研究，科学家们逐渐接受了大脑运作是一个量子状态而非电子状态的观点。大脑的基本运算单元——神经元越多，其可执行的指令就越复杂。

人脑则是由约860亿个相互连接的神经元组成的高维神经网络。要了解这个复杂的神经网络，我们就要从了解神经元的“身份”开始，那就需要对人脑神经元进行一次比较彻底的“神经元人口普查”。

时空组学技术具大视场、高分辨率的特征，它的出现就能给每个神经元登记上大脑的“住址信息”了。再追踪神经元的轴突走向和目的地，就可以构建不同脑区的不同类型神经元的“社交网络”。随着神经元“身份”“住址信息”和“社交网络”的信息整合，终于构建出一个信息全面的神经元“身份证”。

32.

倘若我们把基因测序看成对生命语言的“读”，基因编辑看成对生命语言的“改”，那么合成就是对生命语言的“写”或“创”。因此，研究如何合成的学问，就叫作合成生物学。

①合成生物学通过拼砌生命的功能元件也能让我们对生命体从新的角度产生新的认知，这就是合成生物学的“造物致知”理念。

②通过合成生物学我们可以构建出许多“细胞工厂”为我们生产有用的产品，这就是合成生物学“造物致用”的理念。

当前，大量的合成生物学初创公司已纷纷成立。