上帝的手术刀_AZW3_MOBI_EPUB_王立铭
内容节选
让人生病的基因 说完了基因,我们来说说基因和疾病的关系。 疾病是伴随每个人一生的一个名词。在现代医学辞典里,能够明确命名和定义的疾病多达上万种。它们的发病原因、临床症状和治疗方法千差万别。但我们可以很有把握地说,所有疾病都和我们身体里的遗传物质、和我们从父母那里继承来的遗传信息,有着千丝万缕的联系。注意,这里说的是所有疾病。 我说这句话有点耸人听闻的嫌疑,但是里面的道理并不难懂。 我们已经知道,生物体内的基因能够通过生产各种各样特定的蛋白质分子,决定身体的各种性状。这里可以想想豌豆的黄色表皮和肺炎链球菌的粗糙表面,想想大家从中学生物书里就学过的与单双眼皮、头发颜色、血型和体型等性状相关的特点。自然而然地,如果决定这些性状的基因出了问题,人体也就很有可能会出问题,即便这些基因在“正常”状态下工作,也可能会影响人体对疾病的敏感程度和抵抗能力。 疾病光谱的一端散布着那些完全由遗传因素引起的疾病。如果人类基因组上某些特定的基因,因为种种原因出现了DNA序列的遗传改变,使得人体某种生理活动出现异常,我们一般笼统地称其为遗传病。这类疾病中包括一些病因相对简单的所谓“单基因”疾病,即由于单个基因的DNA序列和功能发生变化导致的疾病。 镰刀形红细胞贫血症就是大家已经熟知的一类单基因遗传病。在人体基因组中,有几个负责编码和制造血红蛋白的基因,包括HBA和HBB。这些基因对于人维持正常机能非常重要,因为血红蛋白是血液中的红细胞携带和运输氧气的重要载体。而在镰刀形红细胞贫血症患者体内,HBA基因的DNA序列发生了一个特定碱基分子的变异:第20位的碱基发生了变化,从A变成了T,从而导致HBA蛋白第7位的氨基酸从谷氨酸变成了缬氨酸,成为功能异常的HBS蛋白。就是这么一个最低程度的遗传变异,竟然剧烈破坏了人体血红蛋白的形态和功能。在这些患者体内,红细胞不再是规则的圆饼形,而是成了不规则的镰刀形(见图2-1),并伴随有严重细菌感染、肝脏脾脏肿大等一系列临床症状。 白化病是另一个例子。人类基因组里编码酪氨酸酶的基因,例如OCA1、OCA2和TRP-1,对于人体合成黑色素非常重要。因此,如果这些基因出现遗传变异,人体皮肤及毛发失去合成黑色素的能力,就会出现“白化”症状。而比“白化”本身更影响健康的是眼部视网膜、虹膜和瞳孔的色素缺失。也正是因为这个原因,白化病患者非常畏光。 在这两个例子里,我们能直接看出基因和某些疾病之间的联系。正常工作的基因既然对于人体的健康机能至关重要,那么如果基因的DNA序列发生变异,就可能会导致严重的遗传疾病。 当然,一个很有意思的现象是,历经漫长进化的人类基因组并没有淘汰掉所有有害的遗传变异。换句话说,不少导致疾病的遗传变异也不仅仅是“上帝的诅咒”那么简单。所谓的“杂种优势”理论对此进行了解释。 有一种非常严重且至今无药可治的单基因遗传病名为“囊肿性纤维化”(见图2-2),这种病在北欧人群中的发病率相当高。这种疾病是由于人类7号染色体上一个名为CFTR的基因发生突变,丧失功能导致的。CFTR基因负责编码一个细胞膜上的离子通道,这个“通道”的作用是让水分子能够在细胞内外流动,对于身体各组织分泌黏液至关重要。如果一个人身体内来自父亲和母亲的两个CFTR基因拷贝同时出现缺陷,就会导致细胞分泌物黏度上升从而形成囊肿。 据进化生物学家的推测,这个致命的CFTR基因缺陷其实相当年轻,仅有52 000多年。那个时候,人类祖先已经走出非洲,长相和脑容量也已经和现代人相差无几。令人困惑的是,既然这种遗传缺陷足以致命,为什么它还能够顽强保留下来,没有被自然选择淘汰呢?一个可能的解释是,与携带两个变异基因拷贝的病人相比,仅仅携带一个CFTR变异基因的人不仅不会得病,反而会获得额外的生存优势,例如对霍乱、痢疾和肺结核的抵抗力。 要知道,在人类进入农业社会,习惯大规模群居生活,并和家畜混居在一起之后,这些流行病就获得了大规模传播的机会,因此,拥有“杂种”CFTR基因突变的生存优势在那时相当明显。而根据我们之前讲过的豌豆杂交实验马上可以推测出,两个“杂种”父母的子代身上,会有1/4的机会拥有两个CFTR基因拷贝,被囊肿性纤维化这种遗传疾病“选中”。与此同时,他们的孩子会有1/2的概率和父母一样,成为不仅不会得病,反而具有生存优势的“杂种”,另有1/4的概率成为不会得病,但是也没有额外抵抗力的“娇贵”孩子。也就是说,在漫长的人类进化历程里,北欧人群是靠着牺牲1/4“不幸”孩子的健康乃至生命,以及影响1/4“娇贵”孩子的生活质量,来确保另一半子孙后代能够躲过时不时在村庄部落里肆虐的传染病,从而生长繁衍下去的。进化做了这么一道残酷的算术题,1/2的存活概率总比全部活不下去好。而这也可能是许多单基因遗传病至今仍然存在的原因之一。 实际上,我们刚刚讨论过的镰刀形红细胞贫血......
- 封面页
- 信息
- 献词
- 赞誉
- 推荐序 科学的故事之旅
- 前言 基因编辑:连接历史和未来
- 测一测 你对基因编辑了解多少?
- 01 基因的秘密
- 达尔文的麻烦
- 种豌豆的神父
- 围猎遗传因子
- DNA双螺旋结构
- 中心法则
- 02 给基因动手术
- 让人生病的基因
- 基因入药
- 成也病毒,败也病毒
- 绝望后的希望
- 03 黄金手指
- “缺啥补啥”遇到的新问题
- 里德先生的烦恼
- 基因组手术三件套
- 20多年的独角戏
- 04 编程时代
- 开源破牢笼
- “神话”蛋白
- 颠覆和被颠覆
- 超轻量级选手
- 看不见硝烟的战场
- 05 未来,和未来的未来
- 意想不到的突破
- 基因编辑进化论
- 未来的未来
- 误入歧途
- 未雨绸缪:伦理还是监管
- 后记 扑面而来的基因编程时代
- 新版后记 2017—2022:基因编辑的又一个5年
- 参考文献
- 图片来源