2021年1月19日 星期二

基因:人類最親密的歷史 辛達塔.穆克吉 Siddhartha Mukherjee


1.亞里斯多德把男女的貢獻分為「原料」和「信息」的說法雖然錯誤,但由抽象的觀點來看,他卻掌握了遺傳本質的精髓。在他看來,遺傳的傳輸基本上是信息的傳輸,信息變成了物質,物質建造生物。

2.煉金術士帕拉賽蘇斯的精子小人說:人類精子以馬糞加熱,埋在土壤裡,經過正常孕期,就能長成人類。想要正常孕育孩子,只是要把這個小人—霍爾蒙克斯(homunculus)由父親的精子傳遞到母親的子宮。這種說法叫「預先形成論」。

3.孟德爾想起都卜勒的例子:噪音的背後有音樂,看似混沌的事物確有法則,唯有極盡人工實驗之能事,才能顯現背後的模式。

4.身高特別高的父親生出的兒子往往比父親的身高矮一點,接近一般人的平均,彷彿有一股看不見的力量把極端的特徵拉回中心,稱做「回歸平均值」(regression toward the mean)。

5.費雪明白,孟德爾發現基因不連續的本質,是因為他選擇極端的特性,而且一開始就讓純種的植物雜交。但如果現實的特性(如身高或膚色)是多個基因搭配的結果呢?

6.費雪發現,想要做出由五或七個基因控制的數學模型並沒那麼複雜。以三個基因為例,總共就會有六個等位基因(或基因變數),三來自父,三來自母。簡單的排列就可由這六個基因排出27種獨特的組合,如果每一個組合都對身高產生效果,結果就會變得平滑了。

7.以人類為例,BRCA1基因的突變會增加乳癌風險,但並非所有帶了BRCA1突變基因的婦女都會罹患乳癌。這種依賴觸發因素或機會的基因就稱作「外顯」(penetrance)不完全。

8.因此,最終修正如下: 基因型+環境+觸發因素+機會=表現型

9.沒有所謂的十全十美,只有持續不斷的選擇,讓生物和環境更加配合。這就是推動演化的發動機。

10.李森科(蘇共)的理論:只要「再教育」米和麥,這些農作物就能在任何情況下順利生長。「休克治療」。

11.納粹相信遺傳絕對不能改變「猶太人永遠都是猶太人」,因此用優生的方法改變人口結構,而蘇維埃認定遺傳可以重新改造「任何人都可以是任何人」,抹除所有差異。

12.納粹主義和李森科主義是基於兩個完全對立的遺傳觀念,但兩個運動卻令人驚訝地相似。兩者有一個共通點:遺傳理論被用來建構人類身份認同的觀念,因此遭到扭曲,為政治目的服務。

13.船不是由木板構成的,而是由木板之間的關係組成。

14.只要使用反轉錄酶,細胞中的每一個RNA都可以當作模版,構建相應的基因。生物學者即可藉此做出細胞中所有「活躍」基因的目錄或「文庫」。

15.兒童在發育過程中有個啟蒙時期,那是當他掌握到語言的遞歸性之時:他明白就像思想可以用來產生文字,文字也可以用來產生思想。重組DNA也讓遺傳學的語言有了遞歸性。

16.馬凡氏症候群中,一個纖維狀蛋白結構會影響所有的結締組織。倒過來的說法也一樣為真:多種基因可以影響單一生理層面。例如:高血壓就是由各種基因迴路調節,這些迴路中有一個或多個議程,都會造成同樣的疾病—高血壓。高血壓是遺傳疾病的說法正確,但是並沒有什麼高血壓基因。

17.人類也有基因變異、環境以及基因與環境的相互作用最終造成表現型,只是到了人類,所謂的「表現型」就是疾病。

18.在科學和科技史上,突破似乎也在於兩種基本的形式。一種是規模的改變—光是規模大小的變化,就足以造就關鍵的進步。另一種則是觀念的改變,來自激進的新觀念或新想法。

19.1970年代的癌症理論是,所有或大部分的癌症都是病毒引起。但是後來科學家意外發現,這些病毒通常是藉著篡改原始致癌基因(proto-oncegene)的細胞基因而導致癌症,簡言之,人類基因組本來就有弱點,這些基因發生突變,使生長失調,因而發生癌症。

20.線蟲基因組最叫人驚訝的特點,是發現許多信息用來製造RNA而非蛋白質。這些基因稱為「非編碼」基因(因為它們不為蛋白質編碼)。

21.已知與疾病有關的289個人類基因中,有177個(逾六成),在果蠅身上都有相應的基因。

22.人和線蟲之別,並不是人類有更多這類基本的裝置,而是因為他們可以在更複雜的空間,用更複雜的序列,讓它們發揮作用。重點不在船的大小,而是組合木板的方式。

23.如果基因組是一條橫越大西洋,穿過北美和歐洲之間的長線,那麼基因的長度約只東京市長而已。

24.粒線體基因組很少重組,而且只存在一個副本裡。粒線體基因的突變會原封不動地跨世代傳遞,長期累積而沒有交叉互換,因此是理想的遺傳計時器。

25.遺傳多樣性有很大比例(85~90%)發生在所謂的種族之內(亦即亞洲族群內、或非洲族群內),只有很小一部份(7%)發生在種族之間。

26.患有斯威爾症候群的女性身體的每個細胞都有男性染色體,可是決定雄性基因卻因突變而失去活性,Y染色體可說是貨真價實地遭到閹割。

27.醫學上達成的共識是,除了極少數例外,不論生理結構差別如何,兒童都該以其染色體性別為準,但也保留日後如有必要更換的選擇空間。

28.里昂發現,失活的X染色體是隨機選擇,在一個細胞可能是父系X染色體失活,但在其一旁鄰居細胞上,可能是母系的X染色體失活。這個模式是所有有兩條X細胞的特色。

29.1970年代後期,科學家發現附著在DNA某些部分的一個小分子,甲基(methyl group),與基因的關閉有關。後來發現這個過程的主導者之一是一種叫XIST的RNA分子。

30.這就是戈登很少能夠哄誘成體腸細胞在發育時期向後退回胚胎細胞,然後再長成完整青蛙的原因:腸細胞的基因組被標記太多的表觀遺傳筆記,很難把這些記號擦掉,轉化為胚胎的基因組。

31.山中伸彌發現只有四個基因編碼蛋白質,可使得細胞中一小部分轉化為具有類似於胚胎幹細胞的能力。

32.用標準基因修飾科技,把基因的修改導入人類胚胎幹細胞內,經過基因修飾的胚胎幹細胞就可以轉化為生殖細胞(精子與卵子),再結合成受精卵,植入女性體內。

33.基因影響型態、功能和命運,但這些影響通常不會以一對一的方式發生。大部分人類屬性是一個以上基因作用的結果;許多是基因、環境和機會共同作用而發生。這些相互作用大多不是系統性的,它們是透過基因組和基本上無法預測的事件交集而發生。




心得
20210116
本書由比爾蓋茲推薦。看到時才知道原來本書如此厚(超過600頁),但是閱讀起來很流暢,原作者由家族的精神病史為引,一步步講解基因,流暢的說故事(確實也是在寫很多歷史上的故事),並在需要處寫下現代知識。

關於基因的探求,一開始就幾乎同於對生物及人類來源的探索,這在封建城堡時代是不被允許的。基督教的教義,上帝創造了萬物及人類,所以來源就是上帝;另外由於是上帝創造的,所以不存在滅亡與演化,現在看到的生物就是一直以來牠本來的樣子。孟德爾也是因此被教區長禁止使用生物做實驗,只允許植物實驗(在宗教允許的邊緣)。達爾文也是,在物種起源也要提到是為了尊敬上帝。

達爾文的演化論,被其表親高爾頓延伸,成為納粹優生學的基礎。應該要取優良的基因繁殖,不然民族會弱化。在納粹興起之前,竟然是美國最興盛優生學,還把弱勢民眾以劣等基因為由關入收容處,這給了納粹啟發。對於遺傳理論的理解,變成為政治目的服務,成為人類史上第二大的屠殺慘劇(第一應是大躍進引發的大飢荒,死亡3000萬)。納粹與蘇維埃,或許實際上他們根本不在乎真正科學理論是什麼,也可能他們知道不是自己做的那要,只是拿來自己用而已。書中描寫的納粹人體實驗,即使很中性描述,讀起來仍然膽戰心驚,門得勒竟然如此殘酷。

基因型不等於表現型。基因型+環境+機會+外顯機率才=表現型。這是我以前就知道的。這麼白紙黑字的映入眼中,恍然大悟,為何對於八字、星座等等算命一直不以為然。出生的時間決定人生、決定個性?或是幾十萬光年外的星球來影響你的性格?當然這些說法已經很有力,但總是不徹底。原來算命講的就是遺傳學,或是說用那些理論包裝起來的遺傳學。首先八字或星座等理論正確性就不足了,再來遺傳型等於表現型嗎?對於相信的人來說,就是遺傳型=表現型。就好像說他很聰明,所以等於考一百分,一樣的意思。表現型受環境、外顯率、觸發機會影響,還會想相信算命=後天的人,邏輯或是思考是不是太不夠了?

華生與克利克的雙螺旋,原來是看到了富蘭克林拍的X光繞射DNA的照片才知道的,雖然他們也努力很久,不過富蘭克林也是努力很久。一件事成功果然需要靠眾人的力量,但是成功只會由少數人收割而已。

20210117
DNA的結構發現之後,科學屢有重大發現,技術也一日千里。在未有人工合成的insulin跟factor8之前,胰島素是由8000磅的狗、牛胰臟純化出1磅出來,factor8是由10000公升的人類血液純化出1次劑量。在AIDS剛被發現時,血液純化的factor 8無可避免被愛滋病毒污染,可憐的血友病人只能選擇出血而死,或感染恐怖的病毒。逆工程(由胺基酸回去DNA)商業化後真的造福相當多人。很幸運活在這個時代。

20210119
斯威爾症候群:XY但Y上的SRY基因失效,所以具有女性生理器官,但Y染色體確實影響女性內分泌及發育功能,如乳房未能形成、卵巢功能異常、雌激素低。這樣的人,他的認同會是如何呢?是大腦的認同,然後自我以為是自己的認同,其實是大腦早已做決定,但大腦又受激素影響,這樣她真的有自我認同嗎?
變異是正常會出現的的、是常見的,所謂正常是目前環境下的良好適應型或多數型,但是環境改變時,變異就會變成良好適應型。只是在我們現代,把不同表現型(如ADHD)當成疾病。所以它真的是疾病嗎?因為他不適應現在的環境呀!但是他又是人類多樣性的表現,不該因它是不同表型而歧視他。
另外也寫到智力IQ。最早可追溯到高爾頓時期,搞出許多檢驗。IQ是有遺傳,但是外顯率不一定,另外也和環境養成有關,另外IQ有多個領域,在空間概念好的,短/長期記憶不一定好。人各個都有差異,或許有人的IQ基因外顯真的較高,但那是基因樂透來的,不是自己努力來的。尊重彼此的差異才是。

20210120
胚胎幹細胞modified之受精卵技術已經有了,而且中國根本不甩暫停令,可能都偷跑了。可能未來10幾年後就會有調整者出現在社會上了。表現型與基因型的關聯,在全面mapping基因序列及蛋白質可行之後,也成為可能了。藉由大實驗數據,比方mapping 20萬個嬰兒,或百萬個的DNA,然後全面追蹤其生理狀態,雖然耗費時間較久,但也算可行的。在未來基因型與表現型的聯結將會更強,真是可怕。
在讀書的中間時我就想到,探究基因與基因組到最後,重要的變成思考我們自己為何(人類是什麼)?我們想做什麼事?因為技術的進步,許多以前的疾病可以基因修改,未來甚至會出現基因強化版的人類,那這些就是我們想做的嗎?徹底代替天擇成為演化力量這樣嗎?
在取胚胎幹細胞時無可避免會毀滅原本胚胎、調整過基因讓野生型變成絕對野生型,多樣化消失,這樣對人類是好的嗎?何為人類呢?
疾病也許會消失,但我們的身份也會隨之而去;悲傷或許會減少,但慈悲亦然;傷痛可能抹除,但歷史也會消失;突變將會排除,但人類也不再有變異;意外將會減少,選擇也會減少。這是作者最後的感悟,我們身為未調整的正常個體,想像著種族的未來不確定性,可能會走向我們不是很樂見的地方,對那些PKU、ADA或遺傳疾病的人,他們是怎麼想的呢?現在的哲學討論還跟不上,法律也還跟不上,說不定未來由調整者訂定法律,對自然人不友善。但是何為自然呢?未來將是調整者的未來嗎,利用CRISPR技術?唯一確定的是,現在正處在人類的轉捩點,我們將擁有調整自己組成指令的能力。本書很好看,進階再看CSISPR的書。

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