環境如何影響基因表達

2021-01-15 大眾數字報

    日復一日、年復一年,我們的基因不斷地和我們所生活的環境、鄰居、家人,以及我們自己的心態「對話」。這些社會性互動的結果會進入我們細胞的控制室,改變基因的強弱表達,從而影響我們的習性、行為、生理、心理與健康。美國知名科學作家戴維·多布斯日前撰寫了《基因的社會生活——改變你的分子組成》一文,介紹了科學家們的新進展,生動地展現了基因的另一面。隨環境改變脾氣的小蜜蜂

    幾年前,美國伊利諾斯大學阿巴納香檳分校昆蟲學系的吉恩·E·魯濱遜教授,請墨西哥南部的夥伴幫他捕獲了1000隻新生的小蜜蜂——500隻性情溫和的義大利蜜蜂和500 只生性兇猛的非洲蜜蜂。這兩個蜜蜂品種在基因上相似得幾乎難以分辨,但後者卻在領地防禦上厲害很多。

    魯濱遜與墨西哥國家動物生理學研究中心的研究人員合作,小心翼翼地把這兩種蜜蜂的幼體與成體分開,並仔細地將這些實驗小蜜蜂在胸背上一一標註好。然後,他們把非洲蜜蜂的幼體放進義大利蜜蜂的蜂窩裡,同時把義大利蜜蜂的幼體放進非洲蜜蜂的蜂窩裡,進行行為觀察和基因研究。

    科研人員想知道,這兩種蜜蜂不同的「脾氣」是否會隨著環境的改變而改變?結果驗證了魯濱遜的猜疑——非洲小蜜蜂變得如義大利蜜蜂一樣溫和,而義大利小蜜蜂變得如非洲蜜蜂一樣兇猛。

    其實在這個實驗之前,魯濱遜已經在許多實驗中發現了類似的改變,但他仍然沒有搞清楚改變究竟是怎麼發生的。他懷疑,改變的根源就在基因上。一般來說,基因不會在一個生命體一出生就發生改變,生活方式或許會改變基因的運作方式,也就是說影響基因的表達,從而改變生物體的行為習性。

    魯濱遜的發現,在不同的動物研究中都得到了支持。他的同事、細胞與發育生物學教授戴維·F·克萊頓發現,如果雄性斑胸草雀聽到另一隻雄性斑胸草雀在附近鳴叫,其負責社會敏感性的前腦的一個主管鳴叫的特殊基因——ZENK 將會做好準備,但到底做出什麼樣的回應,則取決於那一隻雄性斑胸草雀是陌生、有威脅性的,還是熟悉、安全的。是什麼在調控基因的表達

    生物的習性與行為會受到基因的影響。那為什麼即使同卵雙胞胎也會有很多不同?這是因為基因的表達程度不一樣。簡單地說,生物體並不會表達出它所攜帶的所有基因,有些表達得強,有些表達得弱,有些甚至處於靜默狀態。

    科學家們認為,在基因組中除了DNA和RNA 序列以外,還有許多調控基因的信息,它們雖然本身不改變基因的序列,但是可以通過基因修飾,例如蛋白質與DNA 和其他分子的相互作用,去影響和調節遺傳的基因的功能及特性,並且通過細胞分裂和增殖周期影響遺傳——這就是表觀遺傳學。

    很多時候,基因的表達會隨著人體環境的變化而變化——或者加速或者減速。例如,某些基因開關會被啟動以對抗感染、癒合傷口。基因表達的變化甚至可以讓人變瘦、發胖。

    那麼,是什麼在調控著基因的表達?

    傳統理論認為,環境對調控基因表達的影響不大,但越來越多的研究結果正在推翻這種假設——上文說的兩組蜜蜂就是例證,這兩組小蜜蜂的基因表達圖譜日漸與其棲居的社群接近。

    人類或許也是如此。生理心理學家們已經取得了一些實驗成果。研究人員不斷地在承受各種壓力的人的身上發現類似的基因表達模式。他們發現,比起各種精神或生理壓力,孤獨感最具破壞力。一個對被虐待兒童的研究顯示,如果他能得到適當的社會性支持,知道有人在關心他、支持他,那麼這種密切的社會聯繫就可以減少其80%左右的健康風險。另一個研究則顯示,犯哮喘病的兒童,如果內心覺得孤苦無依而對周圍的環境常懷恐懼,則會導致其免疫系統失衡,從而使其發病概率大幅度提高。

    杜克大學進化生物學家格雷格·雷說,這種基因表達的迅速與大規模是我們所無法想像的。這些實驗研究均有力地表明,社會生活的確能夠深刻地改變基因表達。那麼,為何生命會進化出這種令人驚奇的特殊能力?最可能的答案是,對變化迅速的社會環境做出最快速回應的個體,將更有可能讓自己活下去,並且個體不會——事實上也的確如此,傻傻地去等其物種層面進化出更好的基因。近朱者赤  近墨者黑

    如果環境能從某種程度上左右基因的表達,那麼是不是有些疾病真的是由環境引起的?我們是否可以通過改變環境來控制基因呢?

    科學家們已經發現,個人的感覺、情緒、思想和心態,都會影響到基因的表達。比如,人類的免疫系統。免疫系統失衡是影響健康的一大問題。在通常情況下,健康的免疫系統的操作尤如一隻被拴住的攻擊犬。當免疫系統發現病原體時,它就會起而攻擊,以發炎的方式或其他反應摧毀入侵者;同時,免疫系統也會及時激活抗炎反應,在消滅病原體之後,立即終止發炎。但那些備受精神壓力、心境孤獨的人,其免疫系統卻像一隻沒有被拴住的狗——雖然他們沒有生病,但那隻狗卻到處亂咬。

    科學家們也開始研究,是不是能通過改變環境來讓我們的基因表達更健康。日前,美國洛約拉大學史迪奇醫學院的研究人員對近2000名學生進行了調查,結果發現:一個體重超標的學生,如果交了一個瘦朋友,那麼其日後瘦下來的可能性達到40%;但如果他交一個身材與其差不多的朋友,那麼其日後能夠瘦下來的可能性只有15%。

    生命是如此奧妙。在基因組計劃啟動之初,人們以為可以很快參透生命的奧秘;然而隨著科學研究的深入,卻發現我們看到的只不過是冰山一角。不過這讓我們知道,基因並不決定一切,你、我,都有改變的可能。(胡軒逸)

相關焦點

  • 環境影響基因表達
    原標題:環境影響基因表達   日復一日、年復一年,我們的基因不斷地和我們所生活的環境、鄰居、家人,以及我們自己的心態「對話」。這些社會性互動的結果會進入我們細胞的控制室,改變基因的強弱表達,從而影響我們的習性、行為、生理、心理與健康。
  • Translational Psychiatry :環境竟然會影響大腦基因表達!
    2018年9月27日訊 /生物谷BIOON /——IQ測試和某些基因的活性有關麼?來自德國查爾特-柏林醫科大學的研究人員已經發現修飾一個特殊基因的結構可以對人的IQ測試表現產生負面影響。這意味著環境誘導的基因的表觀遺傳學變化對我們智力的影響比之前認為的更大。這項研究於近日發表在《Translational Psychiatry》上。
  • 霧霾環境不僅影響身體,還能影響基因?
    [摘要]基因本身並不能完全決定我們的未來,環境對我們的基因也會產生深刻的影響,但是這種影響並不會「迅速」改變我們。我們對霾汙染並不陌生,有害顆粒物對人的呼吸系統、心血管系統等有巨大的傷害,進而影響我們的健康。但科學家還關注另外一個問題:霾汙染等環境汙染在多大程度上會影響我們的基因以及表觀遺傳過程,即環境除了影響我們「外在」的身體,還會不會影響我們「內在」的基因或遺傳物質呢,這種影響會不會傳遞給我們的後代呢?答案是肯定的,但具體情況比較複雜,這種影響也不會在短期內產生。
  • 環境因素在基因層面上影響我們的智力表現
    環境能夠改變大腦中關鍵基因的表達,對智力的影響遠遠超過我們之前的想像 研究人員發現對某處特定基因的表觀遺傳修飾和通常的智商表現之間存在著緊密的聯繫,這表明我們的經歷不僅影響到我們的大腦迴路,而且也在更底層上幹預了基因的運作。 表觀遺傳學近年來已成為遺傳學的研究熱點,因為它使我們能夠探索遺傳功能與環境變化之間的迷人聯繫。
  • 基因表達如何影響性格,3種模仿策略讓寶寶更聰明,望周知
    01性格是一種基因表達。那麼孩子的性格又是什麼呢?基因對人身心成長、發育的影響既複雜又獨特。科學研究表明,在童年時期,人的基因可以被啟動或關閉,從而影響成年後的性格和命運。事實上,一歲左右寶寶的大腦中的神經元連接數目是成年人的兩倍。另外,孩子大腦中的這些連接非常脆弱,在其成長過程中,常用的神經元連接既靈活又高效,而不用的神經連接會被修剪掉,從而消失。因此大腦越年輕可塑性越大,對環境的適應能力也更強。那麼是什麼決定了基因表達的改變呢?
  • 一項最新的研究表明,童年環境會對基因產生長期的影響
    表觀遺傳學是一門完整的科學,它關注的是一個人的環境如何影響基因組(生物體的遺傳物質)。但這項最新研究表明,不同社會經濟群體之間的差異可以影響一個人的福祉,甚至影響到細胞水平——這是更多的證據,表明健康的社會決定因素值得更多關注和解決。
  • 基因表達,男女有別
    其中一部分研究由紐約基因組中心核心教員,哥倫比亞大學副教授 Lappalainen 博士領導,揭示了人類的遺傳變異如何影響基因調控並增加患病風險,並描繪了遺傳變異圖譜。影響疾病風險的基因變異機制事實上,大多數對疾病風險有影響的遺傳變異都位於基因以外的區域。
  • 組成性表達指不大受環境變動而變化的一類基因表達
    生物體內的基因調控各不相同,仔細觀察基因表達隨環境變化的情況,可以大致把基因表達分成兩類:①組成性表達(constitutiveexpression)指不大受環境變動而變化的一類基因表達。②適應性表達(adaptiveexpression)指環境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。
  • 基因表達如何告別「紙上談兵」?
    他的父親阿瑟·科恩伯格不想讓孩子從小就被光環和壓力籠罩而失去獨立學習和思考的能力,不過父親對身份的低調並不影響他對羅傑三兄弟耳提面命的教育以及身體力行的指導。但隨後的30多年間,真核生物的細胞如何利用基因內儲存的信息指導生產和合成蛋白質一直是科學界的謎題,也是縈繞在年輕的羅傑心頭的疑問。
  • 一項最新的長達18年的研究表明,童年環境會對基因產生長期的影響
    「這一發現表明,表觀遺傳調控可能是兒童時期的環境改變成人健康的一種機制。」用非科學的語言來說,這意味著在一個社會經濟不利的環境中長大會影響你的基因功能,進而影響到你成年後的健康。這並不是第一個表明環境如何影響基因的研究。表觀遺傳學是一門完整的科學,它關注的是一個人的環境如何影響基因組(生物體的遺傳物質)。
  • 電刺激對菌活力及抗性基因表達的影響
    (ARG)表達。2.5 RNA提取和實時PCR然後通過實時PCR定量sulI、sulII和int1基因的表達。3.7電解刺激對基因表達的影響>圖7.不同電流強度對基因表達倍數變化的影響。此外,暴露48小時後,sulII和intI基因表達水平增加。以上都證實了應用生物電化學技術處理抗生素廢水的潛在風險。
  • 科學家如何操縱基因表達?(上)
    基因的敲低、敲除和敲入為了研究某個基因的功能,科學家經常需要操縱某個基因的表達。常見的方法有兩種:降低該基因表達,或完全敲除該基因。這兩種方式操縱的位置,位於遺傳信息流的不同地點。DNA雙螺旋之父克裡克,早在上世紀就提出了關於遺傳信息的中心法則。
  • 科學家如何操縱基因表達?| 基因的敲除和敲入
    作為一個切割DNA的酶,Cas9是如何確定去切割DNA上的哪個基因呢?這就需要嚮導RNA(guide RNA),也叫gRNA。gRNA是一段單鏈的RNA序列,可以指導Cas9到達切割的位點。當基因發生雙鏈斷裂時,細胞需要對斷裂的基因進行及時修復,否則,基因雙鏈斷裂對細胞來說通常是致命的,會引起細胞凋亡。細胞如何修復斷開的基因呢?
  • 腦科學日報:性別差異對基因表達的影響;同情心可抑制生理性疼痛
    1,生而不同:Science論文揭示性別差異對不同人體組織基因表達的影響  來源:小柯生命  Stranger、Meritxell Oliva等研究人員合作揭示性別對不同人類組織中基因表達的影響。相關論文發表在2020年9月11日出版的《科學》雜誌上。  研究人員通過基因型組織表達計劃(GTEx,v8)調查了44個人類組織來源的基因表達以及基因表達的遺傳調控中的性別差異。研究人員證明性別影響整個人體組織樣本的基因表達水平和細胞組成。
  • Science:從基因表達層面解析為何「男女有別」
    原創 梅斯醫學 MedSci梅斯 收錄於話題#性別差異1個為了表徵人類轉錄組及其調控的性別差異,並發現性別和遺傳學如何相互影響複雜的性狀和疾病,研究人員在GTEx項目(v8數據發布)調查的44個人類組織來源中生成了基因表達及其遺傳調控的性別差異目錄
  • 研究揭示結構變異對番茄基因表達和作物改良的影響
    研究揭示結構變異對番茄基因表達和作物改良的影響 作者:小柯機器人 發布時間:2020/6/18 22:07:06 近日,美國冷泉港實驗室Zachary B. Lippman和約翰·霍普金斯大學Michael C.
  • 使用qPCR研究重金屬鎘對細胞基因表達譜的影響
    結果通過比較癌症和非癌細胞系之間對基因表達的影響,鑑定了與其轉化狀態相關的明顯差異。揭示了不同的劑量和時間依賴性以及細胞類型特異性基因表達模式,包括誘導編碼金屬硫蛋白的基因,氧化應激反應,細胞周期控制,有絲分裂信號傳導和細胞凋亡。雖然誘導了編碼DNA損傷反應的基因,但不同的DNA修復基因在轉錄水平上被下調。
  • 科學家揭示性別差異對不同人體組織基因表達的影響
    科學家揭示性別差異對不同人體組織基因表達的影響 作者:小柯機器人 發布時間:2020/9/12 15:23:00 美國芝加哥大學Barbara E.
  • 宇宙環境惡劣,對太空人有何影響?7%的基因變化,還是人類嗎?
    我們常說環境將會改變物質固有的性質,這一點在人類身上得到了印證。一個惡劣的環境能夠改變人的適應能力,一個舒適的環境會讓人們的免疫力逐漸下降,無法招架可怕的病毒。環境會改變人的身體結構,一方面是環境使然,另一方面是人類的進化所導致的。
  • 譜系依賴性基因表達程序影響結直腸癌的免疫圖譜
    譜系依賴性基因表達程序影響結直腸癌的免疫圖譜 作者:小柯機器人 發布時間:2020/5/27 14:37:38 韓國三星基因組研究所Woong-Yang Park和比利時魯汶天主教大學