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[原创视角] 数问基因之谜?

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发表于 2021-01-18 15:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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数问基因之谜?
The mystery of genes?
------如今基因研究是创新型还是追踪型研究?
都世民〔Du Shimin〕
摘要:本文主要讨论2021-01-11 ,光明网发表两篇文章,笔者对这两篇文章有关基因的一些问题提出疑问。这两篇文章都涉及基因分析,到底这基因研究为什么导致罕见?人类对基因的研究是否完善了?现在的基因研究,是创新型研究还是追踪型研究?为什么世界卫生组织认为永远找不到零号病人?基因分析的大数据,为什么找不到零号病人?癌症为什么能在母婴间传播?而注入健康人的癌细胞却自行消退。同卵双胞胎基因不相同受什么主宰?人类能否控制基因突变?
关键词:光明网,基因分析,母婴传癌,同卵双胞胎,基因突变。
一.问题的提出
1)2021-01-11 ,笔者在光明网科技栏目,发现两篇报道,一篇是同卵双胞胎基因不相同,另一篇是癌症可以在母婴之间传播[1-2]。这两篇报道被有些网页解读为“罕见”!这两篇报道内容有无关联?这两篇都涉及基因分析,到底这基因研究为什么导致罕见?人类对基因的研究是否完善了?
2)2019年7月,科技文献出版社出版的《国际科学技术发展报告·2019》第2部分,国际科技热点追踪与分析,有关生命科学和生物技术创新持续的高度活跃,美欧都把研究重点聚焦在基因编辑、微生态、生物能源等领域的研发,基因编辑技术主要用于人类疾病的治疗。文中提出的微生态将成为疾病防治的新路径,这是一个新的概念。而人工智能与生物学的融合主要体现在诊断技术、结构生物学、新药开发、提升基因编辑的精度,对治病基因变异实现精准及可预测。不难看出基因研究在生物学、医学、人工智能、农业、能源等领域有广泛应用前景。[3]
3)2020年1月11日,世卫组织举办的新冠肺炎例行发布会,总干事谭德塞表示,病毒传播得越广,变异的可能性就会增加。最关键的是,我们可以有效地对病毒进行测序,从而了解病毒是如何变化及如何应对。虽然诊断工具和疫苗对当前病毒有效,但未来需要调整。
新冠病毒基因测序可用于改进诊断、制定对策和疾病流行病学调查,也有助于促进公众健康。大规模的病毒基因组测序有助于理解病毒流行的动态和评估防控措施的有效性。不难看出,基因测序与当前全球新冠疫情有紧密关联。[4]
4)让人惊讶的是,2020-01-16,世卫组织举行新冠肺炎例行发布会,世卫组织卫生紧急项目技术主管玛丽亚·范·科霍夫表示,一些研究通过临床样本或储存的血清样本,发现2019年已存在新冠肺炎病例,世卫组织将跟进这些研究,但可能永远不会发现新冠肺炎零号病例[5]。为什么找不到零号病人呢?为什么基因分析也不能找到?
5)基因测序与基因变异,都存在着时空的变化,人的基因是有限的,基因的变异是随机的,这个随机性是包括时间和空间两个方面,能否知道哪个点位基因变化概率最大?变化的周期是多少?为什么有的人体内所有细胞都发现了基因突变,另一个人体内所有细胞都未发现基因突变,是什么在主宰这种基因突变?

二.为何罕见?
1) 2021-01-11,网易科技刊文“双胞胎真的一模一样吗?基因可能差别很大!”。
原文发表于《自然—遗传学》上。同卵双胞胎在子宫发育时,就开始出现遗传学差异。同卵(单卵)双胞胎在胚胎发育早期就已开始出现遗传学差异。文中指出:同卵双胞胎来自一个单合子,这个合子是一个精子让一个卵子受精后形成的。胚胎发育过程中的细胞分裂会导致变异,但同卵双胞胎的这种遗传学差异,从未被测量过。实为罕见!
双胞胎有两种:同卵双生或异卵双生。同卵双生的双胞胎,是由同一个受精卵分裂而来,业内一直认为遗传物质是一致的,性别当然也一致;而异卵双生的双胞胎,是由不同的精子和卵子分别发育而来,跟普通的兄弟姐妹并无区别。
新发现为何让人惊讶?研究者发现一对同卵双胞胎,其中一个体内所有细胞都发现了突变,而另一个则完全没有。研究者还发现了一对双胞胎,其中一个体内所有细胞都发生了突变,而另一人只有20%的细胞发生了突变。”这种对比表明,基因突变差异甚大。原因是什么呢?
新发现有何意义?斯蒂芬森认为,这一发现意义重大。研究者认为,在形成差异方面,“遗传因素”的作用被“低估”。传统解释“遗传因素”的作用是由环境因素造成的。研究者认为,在断定环境因素造成的结论之前,应对双胞胎的基因组进行测序,以便了解影响“遗传因素”的真正成因。他还认为:“在儿童成长早期出现的综合症中,基因突变占了很大比例,这绝对令人惊讶!”。加州州立大学富勒顿分校教授南希·西格尔(Nancy Segal)说,“这项研究旨在查明能解释同卵双胞胎基因差异的早期细胞机制。” 这项研究“没有否定在早期和晚期发育中,环境因素对遗传因素有影响,但表明“一些双胞胎模型低估了遗传效应,需要修正。”
据西格尔说,这项研究还提出了如何应用这些发现的问题,比如是否要通过产前干预来治疗某些遗传疾病。但是这项研究并没有说明遗传效应和环境影响,两者谁为主导?[6-11]
2)2021-01-08 ,搜狐网刊文:“太罕见,癌症母婴传播!NEJM报道宫颈癌母亲顺产导致小儿肺癌两例”。文中指出:《新英格兰医学杂志》(NEJM)报道了两例极为特殊的癌症病例:日本国立癌症中心(National Cancer Center)在对肿瘤组织和正常组织基因检测中,意外发现两例小儿肺癌(分别为23月龄和6岁),大概率是由于分娩时宫颈癌细胞经产道母婴传播而导致的。两名男孩的肿瘤都缺乏Y染色体;母子的肿瘤基因谱都具有相似性,所携带的多个突变一致,携带大量一致的SNP等位基因,并且这些SNP等位基因并没有出现在孩子的生殖细胞中;母子所感染的HPV分型也一致。此外,这两个病例的癌症病灶都位于呼吸道,如果是经胎盘传播的癌,症病灶可能会遍布脑、骨骼、肝脏和软组织。综合这些证据,研究团队推测这两例儿童肿瘤为经产道母婴传播。另外是,nivolumab(Opdivo)对肺部肿瘤有显著疗效。实属罕见![12]
为什么会发生两件罕见报道?人类的癌症的发生也和基因突变有密切的关系。两者都与基因关联。
业内通常认为,同卵双胞胎的基因完全相同,双胞胎之间的任何生理或行为差异都认为是外界环境影响导致。近期新研究发现同卵双胞胎的基因并不总是完全相同,从胚胎发育的早期阶段就存在基因差异。实际上研究人员一直通过研究同卵双胞胎来探究先天和后天对生长发育的影响。2008年,发表在《美国人类遗传学杂志》上的一篇论文,已揭示同卵双胞胎之间存在的一些基因差异。为什么称新近报道太罕见?是因为新近研究揭示出同卵双胞胎之间存在惊人的基因差异。是对387对同卵双胞胎及其父母、配偶和子女的基因组进行测序,以追踪基因突变的差异性为研究目的。过去从未有人这样检测过。是通过四年的基因测序才发现:早期发育中,同卵双胞胎的突变平均相差5.2个。大约15%的同卵双胞胎中,一人有大量的基因突变,而另一人一个突变也没有。
患癌的母亲将癌症传给后代的情况也极为罕见,发生率大约为五十万分之一。在此之前,有18例母婴癌症传播的报道,都是推测通过胎盘传播。经胎盘癌症传播病例也很少见。
三.基因分析与基因变异[13]
1)何谓基因(Gene)?
· 带有遗传信息的DNA片段称为基因,其他的DNA序列,有些直接以自身构造发挥作用,有些则参与调控遗传信息的表现。组成简单生命最少要265到350个基因。
·1909年丹麦学者约翰逊在《精密遗传学原理》一书中正式首提出“基因”概念,用它来指任何一种生物中控制任何性状,而其遗传规律又符合孟德尔定律的遗传因子,并提出基因型和表现型两个术语,前者是生物的基因成分,后者是这些基因表现的性状。基因的载体是染色体。
· 基因(遗传因子)是产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列。基因支持着生命的基本构造和性能。储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息。环境和遗传的互相依赖,演绎着生命的繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。它也是决定生命健康的内在因素。因此,基因具有双重属性:物质性(存在方式)和信息性(根本属性)。
· 20世纪50年代,从沃森和克里克提出基因双螺旋模型以来,将生命的本质的认识进入分子水平,逐渐逐渐的构成了一个对遗传信息存储、表达、调节、复制,到实现的复杂功能的图画,以致人们认为生物体的复杂结构和功能是由基因所决定的。然而基因会发生突然的、可遗传的变异现象。基因虽然十分稳定,却是相对的。不论是真核生物还是原核生物的基因突变,也不论是什么类型的基因突变,都具有普遍性、随机性、低频性、稀有性、独立性、不定向性、少利多害性和可逆性等共同的特性。
·后来人们逐渐认识到,生物体的复杂结构和功能,还表现在层次性和系统性,通过人类基因组计划,获得了许多生物的基因图谱,这是都是静态的信息,还是了解生物在发育成长,过程中的动态变化,基因表达的变更,还要了解基于网络的调控、代谢途径,这就上升到系统性,我们这些一个一个的系统之间是怎么联系的?这就涉及到各个层次的定位和相互整合的关系,生物体的复杂结构和功能,不仅仅是由基因决定的,还是有大量的非编码基因所决定,或者是生物体的各个层次间的相互关系所决定,这些问题仍然在探索之中,而对于人类的思维、意识、认知和记忆,这需要更长时间的探索。这也就是当前对基因研究所面临的一些难题,而不仅仅是对基因排序的研究以及基因图谱的大数据,及其形成的网络,还是要寻求探索主导这些复杂结构和功能的是由什么所决定的。[15]
为何研究基因突变?基因突变是生物进化的重要因素之一,有广泛的生物学意义。它为遗传学研究提供突变型,为育种工作、害虫防治提供素材,所以它在科研和生产中有实际意义。[16]
四.思考与疑问
从以上的报道和相关资料中,笔者思考有以下疑问:
1)基因研究有广泛的应用前景,基因研究本身会有什么创新目标?
2)基因研究的应用应属于科技成果的转化,这不属于基因研究本身的创新目标研究,让人感觉基因研究的应用是跟随疾病不断调整,无论是基因编辑、基因检测,还是药物的开发,已经转化为医学、农业、能源的应用和创新。
3)为什么同卵双胞胎的两人总是非常相似。人脸、指纹、基因等识别对他们还有效吗?
4)同卵双胞胎的命运是否一样?
5)同卵双胞胎在发育和成长中发生的疾病会一样吗?
6)为什么从未研究过同卵双胞胎遗传学差异?它与环境影响谁是主导?
7)基因突变受谁主宰?
8)人类能改变受精卵的基因吗?
9)人类能控制基因的突变和预测吗?
10)生命科学与基因研究是什么关系?生命的起源与基因是什么关系?
以上问题都与基因研究的相关问题有关。
参考文献
[1]同卵双胞胎基因不相同,来源:《中国科学报》,2021-01-11。
https://tech.gmw.cn/2021-01/11/content_34533203.htm)
[2]研究发现宫颈癌孕妇生产时可将癌细胞转移给婴儿,来源:《中国科学报》,2021-01-11。
https://tech.gmw.cn/2021-01/11/content_34533009.htm)
[3]中华人民共和国科学技术部,《国际科学技术发展报告·2019》,[M],科技文献出版社,2019年7月。
[4]张佳欣,新冠病毒变化多端,基因测序怎么跟节奏, 来源:科技日报 ,2021/1/14 。
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/1/451850.shtm0
[5]世卫组织:可能永远不会发现零号病例,来源:央视新闻客户端,2021/1/16
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/1/451985.shtm
[6]双胞胎真的一模一样吗?基因可能差别很大!来源: 网易科技《知否》栏目组,2021-01-11 。(https://www.163.com/dy/article/FVT2O9RN053296CT.html  
[7]与同卵双胞胎兄弟都发生过性关系之后怀孕,亲子鉴定可以检测出亲生父亲吗?2020-11/06。https://new.qq.com/rain/a/20201106a09xto00
[8]同卵双胞胎胚胎发育有遗传差异,来源:《科技日报》,2021-01-15。
https://tech.gmw.cn/2021-01/15/content_34544832.htm
[9]Nat Genetics|大家一起来“找茬”:同卵双胞胎基因组有何不同,2020-01-09.
[10]颠覆性发现:同卵双胞胎的基因并不完全相同,胚胎早期就出现差异,来源: 生物世界 ,2021-01-09 。(https://www.163.com/dy/article/FVT2O9RN053296CT.html) 
[11]同卵双胞胎,来源:百度百科词条.
(https://baike.baidu.com/item/同卵双胞胎/7300485?fr=aladdin)
[12]太罕见,癌症母婴传播!NEJM报道宫颈癌母亲顺产导致小儿肺癌两例,2021-01-08。
https://www.sohu.com/a/443299383_120100109https://baijiahao.baidu.com/s?id=1688371009319885325&wfr=spider&for=pc
[13]基因突变,来源:百度百科词条。(https://baike.baidu.com/item/基因突变/2373264?fr=aladdin)
[14]什么原因导致基因突变 有哪些特性,2018-11-06 ,
http://www.gaosan.com/gaokao/232550.html
[15]我国科学家成功克隆 水稻白叶枯病“克星”基因,
https://tech.gmw.cn/2021-01/15/content_34544999.htm
[16]陳润生,什么决定着生物体的复杂功能?《21世纪,100个交叉科学难题》,[M],科学出版社。Pp.409~413.
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CDer:001098030
发表于 2021-01-18 19:58 | 显示全部楼层
同卵双胞胎的长相或者命运怎么会完全相像。就好比,从大树上撇下来的小树枝扦插,小树的基因完全克隆于大树,小树长大后和原来的大树也不会完全一样的
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 楼主| 发表于 2021-01-19 12:15 | 显示全部楼层

RE: 数问基因之谜?

gyyg3366 发表于 2021-01-18 19:58
同卵双胞胎的长相或者命运怎么会完全相像。就好比,从大树上撇下来的小树枝扦插,小树的基因完全克隆于大树 ...

赞同您的观点,但是同卵双胞胎过去一致认为他们的长相和其他生病都应该一样,直到最近才发现不一样,为什么过去没有发现?因为没有做这方面的细致的研究。
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CDer:001098030
发表于 2021-01-19 17:30 | 显示全部楼层
像很多的其他学科一样,我们的研究起步晚
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