僅3000個基因就能製造出一個健康人類

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  我們人類總是會認為,相比地球上其它活的物種而言我們處於最頂端,生命從單細胞生物開始進化了超過30億年,直到如今地球上具有多種形態尺寸以及不同能力的植物和動物,此外,隨著生態複雜性的增加,在生命的曆史長河中,我們看到了智力、複雜的社會能力以及科技創新的不斷發展。

  從自然角度來講,生命曆史的進展是從簡單到複雜,而且這也正反映在了基因數量的增多上,我們以卓越的智慧和全球的統治力為我們的發展帶路,人類是最複雜的生物,其有著一套非常精細化的基因群體。

  大約在半個世紀前,有研究推測人類機體中的基因有數百萬個,如今這些基因的數量下降到了2萬個,如今我們都知道,比如說香蕉都有3萬個基因,其基因數量大約是人類基因的1.5倍。

  隨著研究者們深入研究,他們設計出了既能夠計算有機體基因數量,又能夠發現不必要的基因的特殊方法。

  對基因進行計數

  我們可以認為機體中所有的基因都是我們烹飪的食譜,其以DNA堿基對的形式被書寫(ATCG),這些基因能夠提供提供指令來指導機體合成組成機體的蛋白質並且行使著不同的功能;一個標準的基因需要大約1000個堿基字母,結合不同的環境,基因往往會負責其所扮演的不同角色,因此到底有多少基因能夠構成一個完整的有機體呢?

  當我們談論到基因數量時,我們常常會表示我們能對病毒進行實際計數,但目前研究者對真核生物進行計數面臨的一個挑戰就是我們機體的基因或許並不是像鴨子一樣連續地排成了一隊。

  我們機體烹飪書中遺傳食譜的排列方式往往會被打斷,並且會混入30萬個其它的字母,大約50%實際上都被描述為失活死亡的病毒,因此在真核生物中很難對具有關鍵功能基因進行計數。

  相比較而言,對病毒和細菌基因進行計數就簡單地多,這是因為基因的原料—核苷酸對於小型生物而言非常珍貴,因此小型生物在進化過程中會通過較強的選擇剔除掉那些不必要的序列,實際上對於病毒而言最大的挑戰就是如何最初發現它們,令人驚訝的是,所有主要病毒的發現,包括HIV等,都並不是通過測序實現的,。

  而是通過一些古老的方法,比如說將其放大到可見程度或者觀察期形態學特征,分子生物學技術的發展教會了研究者如何探索病毒世界的多樣性,但其僅僅能夠幫助我們對已知存在的病毒的基因進行計數。

  越少越繁榮

  在人類整個基因組中,需要維持健康生命/生活的基因數量實際上要遠遠少於當前所估計的2萬個基因,近日就有研究進行研究發現,維持人類生命的必要基因的數量或許非常少。

  研究人員對數千名個體進行研究,尋找其基因組中天然發生的“敲除”現象,即尋找那些“不在場”的特殊基因,我們所有的基因都有著連個拷貝,其中一個來自上一輩,通常情況下如果當基因另一個拷貝失活時,另一個活性拷貝就會進行功能性的彌補,研究者很難發現攜帶兩個基因拷貝都失活的個體,因為失活的基因在天然狀態下非常罕見。

  研究敲除基因的功能在實驗室對大鼠進行研究就可以,研究者們會利用現代的遺傳工程技術來對目的基因進行失活操作,或者移除該基因來觀察該基因失活後機體的表現;但對人類的研究需要生活在21世紀醫療技術時代的人群,而且還需要找到適合進行遺傳學和統計學研究分析的譜系群體,冰島人就是一類非常有用的研究對象。

  2016年10月23日至29日,是世界衛生組織發起的預防鉛中毒國際行動周,該行動周旨在促進並開展消除含鉛塗料行動。以下是世界衛生組織對預防鉛中毒國際行動周所做的宣傳材料。

  鉛中毒完全可以得到預防,但據衛生計量學和評價研究所估計,2013年由於鉛材料接觸,導致了85.3萬例死亡,並因其造成的長期健康負面影響,導致了全球超過1680萬人殘疾,這其中發展中國家和地區的情況最嚴重。

  令人尤為關切的是,長期超標的鉛吸入或者其他途徑進入人體,會導致兒童智力障礙。

  盡管人們已經普遍認識到這一問題,而且許多國家已經采取了行動,但是仍然有很多的兒童每天都暴露在高含量的鉛環境中。

  鉛接觸,特別是兒童中鉛接觸的一個重要來源,是含有高濃度鉛的塗料。盡管已有很好的不含鉛的替代品,但在許多國家這些塗料仍廣泛可得並用於裝飾目的。其主要原因是,高含量鉛材料的塗料,比起綠色無鉛塗料,有更低的成本。

  在2002年可持續發展問題世界首腦會議上,各國政府呼籲淘汰含鉛塗料。全球消除含鉛塗料聯盟也成立於2011年,旨在推動逐步停止含鉛塗料的生產和銷售並最終消除這類塗料帶來的風險。

  為此,一項關鍵要求是建立適當的國家監管框架,以製止生產、進口、出口、分發、銷售和使用含鉛塗料及塗有這種塗料的產品。

  全球消除含鉛塗料聯盟在其業務計劃中製定了一個具體目標,即到2020年時所有國家均應建立這樣一個監管框架,以便徹底淘汰含鉛塗料的使用。

  該聯盟由世衛組織和聯合國環境規劃署共同協調。在這兩個組織進行的一項調查中,截至2016年6月30日,只有62個國家確認已就含鉛塗料製定了具有法律約束力的控製措施。

  顯然有必要就此問題開展更多工作,預防鉛中毒國際行動周,恰好使我們有機會調動政治和社會承諾來推動更大的進展。

  研究者通過研究發現,有700多個基因被敲除後並不會帶來明顯的健康影響,比如,研究者指出,名為PRDM9的基因在小鼠的生育能力上扮演著重要作用,但如果在人類機體中被敲除後卻不會引發任何疾病症狀。

  基於對人類敲除研究進行推測性分析,研究這表示,實際上人類僅需要3000個基因就能夠製造出一個健康完整的自己,這就類似於一種“巨大病毒”— 潘多拉病毒,2014年該病毒從3萬年的西伯利亞冰川中複蘇過來,其是目前研究者知道的最大的病毒,該病毒有2500個基因。

  那麼我們還需要什麼基因呢?我們甚至並不知道四分之一的人類基因到底能干什麼?到底其發揮著什麼樣的作用?

  複雜源於簡單

  但是是否人類基因真正的數量時2萬?3000個?或者是別的數量呢?問題的焦點就是當我們理解基因的複雜性時,大小或許真的並不重要了。數學家Alan Turing提出了一種多細胞發育的理論,他研究了簡單的數學模型,名為反應-擴散過程,在這種過程中,少數的化學物質會發生擴散並且相互反應;隨著簡單規則指導機體反應的情況下,這些模型或許就能夠產生一些非常複雜的擬序結構,因此植物和動物的生物學結構或許並不需要複雜的編程。

  類似地,很顯然人類大腦中有著100萬億個連接,這才是真正製造我們的本源所在,但我們或許並不可能對其進行單一性地遺傳編程操作,近來一項在人工智能上的突破性研究就是基於大腦神經網絡開展的,所謂人工智能就是擁有簡單元件(和神經元類似)的大腦計算機模型,其能夠通過與外界相互作用來建立一定的聯系,而相關研究結果推測,在應用領域內,比如手寫識別和醫療診斷中,Google公司就會邀請公眾來同人工智能計算機來打遊戲以及觀察夢境。

  微生物已經超越了基礎的世界

  因此,很顯然,單細胞並不需要非常複雜的數量來產生非常複雜的效應,那麼人類機體基因的數量或許就和單細胞的微生物,比如病毒和細菌一樣,具有相同的尺寸。

  非常微小的微生物都有著極其豐富、複雜的生命,當然近幾年不斷興起的社會微生物學就是研究微生物世界極其複雜“社會關係”的一門學科。

  過去10年里研究者通過研究發現,微生物會將其90%的生命以生物被膜的形式存在,這或許是一種最有效有力的一種生物學組織,的確許多生物被膜都同細胞間有著複雜的通訊機製,就像大腦組織一樣,這或許能夠啟發科學家們開發一種新型模型來研究諸如偏頭痛和癲癇症等腦部障礙。

  生物被膜被認為是“微生物的城市”,如今社會微生物以及相關的醫學研究近些年取得了快速的發展,比如囊性纖維化的療法開發商,居住在“城市”中的微生物也會互相協作、發生競爭、自殺等等一系列活動,因此其或許會成為21世紀科學家們在進化生物學中從事的重點領域研究之一。

  人類的生物學機製或許遠比我們想象地要更加傑出,當然對微生物世界的研究或許也會變得非常有趣,而關於基因的數量似乎同生命的奧秘並沒有什麼關係。

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