2011年11月24日 星期四

漸成基因與遺傳設計


自序



近代生物學的進展極為快速,遠超過其他基礎科學,甚至到達目不暇給的地步,尤其公元2,000年時人類基因組定序計畫草圖完成後,整個基因組學的研究突飛猛進,科學家由基因的開啟與關閉來解釋許多生命現象如疾病之生成與治療,希望替人類解決最大難題。一般人對科學不易了解,甚至產生恐懼心理或聽信坊間胡言亂語,因此出現反科學甚至反智行為,實為不智,科學普及化固然有其難處,因為科學本來就有基本門檻需要學習,但是如果有正確與明白描述知識的文章發表,或許會引發讀者閱讀的興趣,進一步探究字裡行間的意義,潛移默化間對相關科學知識更加有學習的動機,此為本書最大目的。

本書主要呈現近數年來生物醫學研究新知識的發展,主要是有關演化學、基因學、大腦科學與精神疾病間之關連,達爾文的演化學不斷受到小規模的挑戰,固然無法撼動其主流地位,卻也給其他科學家帶來另類思考的空間,有人提出非基因遺傳學講法,把法國自然學家拉馬克的後天遺傳說從理論的垃圾堆裡檢出,因為在過去十年來,發現環境因子如飲食或壓力都具有生物學作用,而且可以遺傳至後代且不發生任何基本DNA序列的改變,有些科學家已經接受此想法而稱其為「新拉馬克學說」。細胞內的基因活性是受到管制,在人類發育期及一生不同階段會被開啟與關閉,科學家對此機制愈來愈有興趣,逐漸發展出所謂「漸成基因作用」,用以解釋環境因子與生理作用間之相關性,而神經生物學的發展也受到影響,雖然目前只是在其養成期,卻也可推論生命早期的經驗如何型塑行為的發生,難道生命經驗會改變DNA嗎?的確有科學家相信答案就是如此,DNA受到化學修飾就改變蛋白質之製造與否,接著影響以後體內的生物化學反應,最後造成行為變異的表現。

在變動世界中存活的關鍵是不斷變化,而演化的呈現方式可能會產生更多變化,導致科學家思考基因表現是否有不確定性,如此可增進物種的存活機會,因此推論演化作用具有兩邊下注的可能性。漸成基因改變在演化中的角色引起許多爭論,少數科學家認為啟動遺傳的漸成基因改變是一種適應作用,將某種程度的隨機性引介入基因表現模式,在多變的環境中,線性方式可產生具有不同模式表現的後代是最可能持續之演化過程,這就是「不確定性假說」。基因是製造蛋白質的食譜,也就是生命的建構基石,一般新基因演化最明顯方式是經由逐漸累積小型及有利的突變,而較不明顯的方式是現存具重要功能的基因如何演化成不同基因,中國科學家王聞在果蠅研究中發現新基因中有三分之一與親代基因顯著不同,已經失去部分序列或取得新的DNA段落,有趣的是演化並不挑剔,只要能得到,演化就採用新基因,甚至認為自然選擇是一種侵略性的機會主義者,原料來源其實無關宏旨,而這些新基因來自何處?這個問題引發科學家許多探討。

父母親的基因如何型塑你的大腦?科學家認為孟德爾對遺傳學的了解並不完整,因為由父親及母親得來的基因對於發育中胎兒的影響並不相同〈不相等〉,胎兒受到的影響取決於由哪一個親代遺傳到的基因產生效果,這些基因就稱為「作過印記的基因」,具有分子印記會將基因關閉,如果基因活性間平衡精巧,就會產生健康嬰兒,但是當平衡被破壞,這些做過標記的基因將影響大腦,印記錯誤則形成發育異常,而最近科學家開始懷疑甚至可能導致常見的精神疾病,如自閉症、精神分裂症及阿茲海默氏症等。人類具有相同基因,因此有可能此情況影響我們的社會行為。

今日神經生物學家愈來愈專注於我們的生活方式如何深遠及長期地改變我們的大腦與神經細胞間的連接,大腦是由經驗來型塑,也就是人類經驗改變大腦的發育過程,人類基因組計畫的完成讓科學家體認到基因與經驗間複雜的交互作用,「經驗調控基因表現,因而導致重大行為差異,例如漸成基因作用經由環境因子,如創傷、虐待或飲食,會對人類產生長期效應。對於精神疾病新觀念的發展,科學家發現生命經驗能真正改變人類心靈,藉某種化學物質與DNA相接,就改變了基因的開啟或關閉,開始或停止某些重要蛋白質的製造而影響一個人的精神狀態,即分子變異會誘發精神疾病的發生,這些新穎的研究就形成所謂「精神疾病的新基因學」。

高度壓力會造成兒童的生理傷害,不但如此如果兒童期受到各種形式的虐待更會引起他們成年時產生精神異常的疾病,虐待的種類包括肉體虐待、情緒虐待與性虐待,遭受虐待極易罹患創傷後壓力症候群,大腦裡與記憶及學習有關的構造,命早期之逆境會對後來成年的精神及身體健康造成長期不利影響。德國科學家研究發現在早期生命產生的創傷與壓力能重大影響基因,最後產生行為問題,而且憂鬱症的發作有可能是在幼兒期遭遇不幸事件如虐待後誘發。

本書其他議題如「完美主義者不完美」、「霸凌心理學」與「強迫行為異常症 – 錯在基因還是大腦?」等都與大腦、基因及精神疾病息息相關,皆為探討大腦與基因知識的新研究成果,大腦科學加上基因學使得神經科學家更能深入了解人類精神疾病之領域,不但對疾病原因亦且對治療方法進一步研發,讀者如對此類知識有興趣,相信閱讀本書會給讀者帶來許多樂趣。

新書出版:

大智的新書「漸成基因與遺傳設計」即將出版,台灣商務印書館,初版一刷,2011年12月。

2011年11月10日 星期四

長壽以非DNA機制遺傳



長壽以非DNA機制遺傳



以線蟲進行的實驗顯示:改變一種酵素不但能延長牠們的生命,而且長壽效果可超過幾個世代。

2009年10月,美國史丹福大學遺傳學家安妮‧布魯奈特(Anne Brunet)坐在她的辦公室裡,研究生艾瑞克‧葛瑞爾(Eric Greer)來見她並詢問一個有些異端的問題,布魯奈特的實驗室研究人員最近知道調控一種酵素稱為SET2的量可延長線蟲的生命,葛瑞爾問道:如果使用SET2延長線線蟲生命期同時也能影響其後代的壽命,即使後代具有正常的酵素量?」。

此問題決非正統,布魯奈特解釋說,因為其碰觸到拉馬克的想法,你能遺傳後天獲得的特徵,生物學家相信這是錯誤的已經有好幾十年的時間。生物學家拉馬克(Jean-Baptiste Lamarck)在1809年提出理論認為生物在其生命期當中表現的特徵會在其後代增大;如一隻長頸鹿不斷地伸長脖子去吃樹頂的葉子,就會生出脖子更長的小長頸鹿,此種想法大部分不被達爾文的演化論(第一次發表於1859年)採信,但最近科學家已經開始體認出,一種生物的行為及環境可能的確會影響傳衍至後代的基因,此種後天獲得之遺傳性並非基於DNA,而是圍繞一個基因分子結構的改變造成,當葛瑞爾在2009年帶著他有關線蟲及SET2的問題去找布魯奈特時,此種「漸成基因」(epigenetic)遺傳性只有在簡單之特徵如眼睛顏色、花朵對稱性及花色上被發現。

布魯奈特與葛瑞爾進一步實驗,結果發表於2011年10月9日的自然期刊,提出第一個證據:某些長壽的性質能由親代傳衍至子代而不受DNA的直接影響,美國華盛頓大學研究老化分子機制的馬特‧凱伯萊恩(Matt Kaeberlein)表示:他認為這是一個非常重要的發現,第一次證明老化能被發生於過去世代的漸成基因改變所影響。

該研究使用攜帶SET2量極低的線蟲(Caenorhabditis elegans),此酵素在正常情況下將甲基分子添加至DNA蛋白質的組裝材料上,當如此進行時,該酵素打開組裝材料,允許基因複製及表現,布魯奈特解釋某些這類基因似乎是「有關老化的基因」(pro-aging genes),她的研究小組藉去除預定製造酵素的基因將SET2剔除,此過程具有顯著延長線蟲生命期的作用,假設是因為那些有關老化的基因不再表現。

下一步,讓長壽、缺乏酵素的線蟲與正常線蟲交配,其後代具有製造SET2的正常基因,而且甚至表現出正常量的酵素,但是牠們卻要比對照組線蟲(牠們的親代具有正常的生命期)存活得久很多,延長生命的作用可傳衍至第三代線蟲,但是在第四代(即原始突變線蟲的曾孫代)時回轉至正常狀態,在最初幾代線蟲,具有長壽的祖先生命期增加20天至25天,平均延長線蟲的生命期25%至30%。

布魯奈特與其研究小組還未確定生命期延長的真正機制,或哪些分子具有此作用,美國艾默瑞大學研究漸成基因轉錄記憶的大衛‧卡茲(David Katz)表示,這是該研究不夠完美之一,不論如何,此作用明顯地是「漸成基因作用」(epigenesis),而長壽可能是與漸成基因遺傳有關的最複雜特徵之一。漸成基因作用能影響複雜特徵(像是生命期)的知識讓科學家感到好奇,想要找出有何其他特徵例如「疾病易感性」(disease susceptibility)、新陳代謝及發育模式等是可經由漸成基因性遺傳,因為漸成基因作用能被環境改變刺激,凱伯萊恩指出:這有可能某些這類特徵,可被(至少一部分)父母親、祖父母或甚至曾祖父母對於環境及生活型態的選擇來決定。

該研究的結果也令人興奮,因為預定製造SET2酵素的長壽基因存在於其他動物種類,包括人類,布魯奈特表示她要檢視是否此結果能在脊椎動物身上複製出,例如魚類及哺乳類,但是這些問題在許多年內不會有答案,因為未知SET2複合物在其他種類動物是否具有相同功能,同時因為那些種類動物每一世代的時間架構較長。布魯奈特解釋說:線蟲生命期非常短,是否此作用可應用於存活時間長過幾千倍的哺乳動物身上?我們非常興奮地想要知道。

2011年11月2日 星期三

兒童期貧窮影響成年基因



兒童期貧窮影響成年基因


一個畫時代的研究顯示:在生命早期時基因會以非常不同的方式被重新設定,根據兒童是否生長於富裕階級或資源被剝奪的家庭而定。

雖然在富裕與貧窮家庭的兒童具有非常類似的基因結構,家庭逆境的尺度會指示那些基因的結合經由一種稱為「漸成基因作用」(epigenesis) 的過程被開啟或關閉,假設能增加最大的存活機會。英國布里斯托大學馬可仕‧潘布雷(Marcus Pembrey)解釋:這些情況可能是保護反應,其結果是讓兒童通過受到威脅的童年而存活,當他在倫敦大學學院兒童健康研究所工作時是論文的共同作者。

基因活化可能是某種懲罰,使得窮人更容易罹患心臟病、糖尿病,癌症及其他疾病,這可解釋為何比較貧窮的人時常具有較短的生命,漸成基因改變最近也與某些精神疾病相關連,包括精神分裂症及兩極性憂鬱症。

有無之間

潘布雷與其同事由一群出生於1958年的3千人中選擇40個男人,一半人出生於富裕家庭而另一半人出生於貧窮家庭,潘布雷表示:選擇對象係依據社會經濟狀況由最頂端及最底端百分之二十個別挑出,因此保證我們具有兩種極端的對象。

當這些男人45歲時,該研究小組採取他們的血液檢體,並篩檢他們的DNA有無任何漸成基因改變,他們尋找讓個別基因靜默或活化的化學標記,被甲基化的基因(在某個階段添加額外甲基群的基因)趨向關閉,然而去甲基化的基因(失去甲基群)被活化。焦點集中於稱為「促進子區」(promoter regions)的DNA段落,它們將基因開啟或關閉,該研究小組檢查整個基因組超過2萬個位置,他們發現男人在兒童期時家庭的富裕與貧窮會改變模式。

在幾乎有三分之一的位置,兩組之間的模式不一樣,大部分十分顯著,如果男人來自貧窮家庭,在1252個位置甲基化作用的程度有巨大不同,但是在來自富裕家庭的男人中只有545個位置有差異。潘布雷說明,此情況告訴我們在成人DNA其漸成基因改變大部分源自早期的生命經驗。

不確定的年齡

因為樣品取自中年期,研究人員無法告訴真正在何時漸成基因的甲基群被添加或去除,潘布雷敘述:我們無法說明基因是否在嬰兒期、兒童期、胎兒期或甚至在前一世代被改變,但是當甲基群被加入時,它們會存活至中年期。

下一步,潘布雷與其同事研究希望由兒童已經儲存之血液找出何時這些改變發生,這些兒童參與「愛汶雙親與兒童縱長研究」(the Avon Longitudinal Study of Parents and Children),此計畫由出生開始追蹤出生於布里斯托地區的1萬4千名兒童;如今大部分年齡約20歲,每隔幾年就抽取一次血液檢體(包括臍帶血),潘布雷表示:我們可見到是否漸成基因模式由臍帶血開始就是一致的,或由環境挑出有關訊息並在青春期時予以重新設定。

許多受影響的基因,例如一群稱為「MAP激酶」(MAP kinases)的基因,其功能與細胞接受的信息有關,更加漸成基因改變傾向於固定群聚而非隨機個別改變,建議整個基因網路係同時形成漸成基因靜默或活化。它們像是巨大的協同開關,就如同整個基因組在翻動,潘布雷如此形容,他猜測基因網路藉這些過程被開啟或關閉,然後永久包埋於基因組當中,此情況可能引起種種改變,讓人對外界訊息盲目,或使他們對訊息更敏感,此等改變可使人們對受威脅的情況異常敏感,如果他們在兒童期規律地遭遇此等情況時就十分有用。

向下傳衍至後幾代

瑞士蘇黎世大學的伊莎貝爾‧曼殊(Isabelle Mansuy)指出:該論文加強了以下想法,即在生命早期的環境條件會持續改變漸成基因組並可能影響健康,但是出生前情況可能也扮演某種角色並且不能被排除。2010年時,曼殊領導一個具地標性的研究,顯示在小鼠在幼鼠期刻意受到壓力後,漸成基因改變可向下傳衍到後代至少兩代。

2011年10月27日 星期四

綿長的記憶 – 越南遊


綿長的記憶 – 越南遊


2011年8月23日至31日參加旅行團赴越南旅遊,包括北中南越三地,其中最精彩的節目是在北越河內市昇龍戲院欣賞了越南傳統的水上木偶戲,有千年的歷史,令人驚奇不已,當然下龍灣也是如夢似幻,整個海面羅列1969個島嶼,擁有3000千多座石灰岩構成的石林,怪不得有海上桂林的盛名,身在船、面臨風、擁諸岩、乘浪行。

請點選照片放大欣賞。









































2011年10月22日 星期六

Rubber hand illusion

A bizarre illusion can make you feel like a rubber hand is your own

2011年10月20日 星期四

兒童受虐憂鬱倍增



兒童受虐憂鬱倍增



科學家表示:兒童期受到虐待具有兩倍危險發作多重及持久性憂鬱症。

英國倫敦國王學院精神病學研究所的研究人員,在「美國精神病期刊」(the American Journal of Psychiatry) 發表一篇回顧性論文,調查在英國一再發作的憂鬱症病例,他們審查16個研究,病人總數超過2萬3千人,結果發現兒童期受到虐待(例如母親排斥、嚴厲的肉體對待或性虐待)後,發作此種型態憂鬱症的危險超過正常情況兩倍,而且這些病人較不可能對治療方法有反應,幾乎每20個人中有1人具有這種型態之憂鬱症,並被視為是兒童期虐待的結果。通常在人生命期中的某一刻,某些型態的憂鬱症會影響5人中的1人,在英國,有16%的人在33歲時發作持續性憂鬱症,其中四分之一或整個英國人口的4%在他們還是小孩時受到虐待。

虐待與憂鬱症

在此研究中發現:

  64%沒有發生虐待情事;這些人中12.5%發生持續性憂鬱症。

  27%「可能」受到虐待;這些人中19.4%發生持續性憂鬱症。

  9%「確定」被虐待;這些人中31.5%發生持續性憂鬱症。

另一篇對3,098人的回顧性研究顯示:兒童期虐待也與他們對藥物及心理治療反應較差有關連,主導研究人員安德利亞‧丹尼斯(Andrea Danese)進一步說明:即使對結合性治療方法,具有兒童期虐待歷史的病人也無法加以適當照顧,因此研究人員建議,早期介入預防及治療可能較有效果。

持續影響

目前對於兒童時期身體受到虐待及改變與20年或更長時間後產生持續性憂鬱症間的任何關連,並沒有精確解釋,兒童期虐待被認為會引起大腦、免疫系統及某些賀爾蒙腺體之改變,有些改變仍然存在於成年期。有一種可能機制認為這是對DNA產生「漸成基因改變」(epigenetic changes),然而遺傳密碼並未更動,即環境能改變基因的表現方式。

精神健康慈善機構「心智」(Sane)的執行長瑪約瑞‧華里士(Marjorie Wallace)解釋說:這似乎非常明顯,在生活中的創傷事件會造成我們憂鬱,但是該研究強調在兒童期經歷此種創傷如何能造成特殊傷害,在那時兒童的大腦仍然在發育中。我們所有人必須關切虐待及忽視如何能產生痛苦的遺緒,而這會持續一輩子並增加經歷重複性憂鬱症的機會,而且降低現有治療方法的效果。然而我們切不可喪失希望,因為此等研究能指出研發較佳治療及預防的方式。

2011年10月10日 星期一

北越順化天姥寺的小裟彌



北越順化天姥寺的小裟彌



2011年8月26日北越華裔導遊阿麗小姐帶我們這一團台灣旅客遊北越承天順化省的天姥寺與香江河,於天姥寺後院看見許多小裟彌在遊玩、踢毽子與讀經而且會武術,有趣的是小裟彌頭上留有一搓頭髮,長短不一,其餘頭部剃得精光,原來16歲以下小孩出家就得以如此髮型表現,酷得很!錄影機拍到一處停有一輛60年代的汽車,回台灣查資料才知此車主人大大有名,就是北越的廣德和尚,1963年他為了抗議南越吳廷炎總統的政權而開車南下,在車旁縱火自殺,引起世界震驚,此照片也廣為流傳。今日看來政治也只是一時之事,如今北越觀光旅遊業興盛,尤其下龍灣成為旅遊勝地,五星級高檔飯店不斷建蓋,現代商業資本主義成了全民運動,這輛車安置在此,其主人恐怕也無奈至極。

http://youtu.be/IIl2-e3L31A