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随着人类的迁徙,人类所面临的外界环境不断发生改变,基因也随之发生“突变”。环境变化、食物来源、病原体暴露、人口密度等外界因素都会影响种群的基因突变,从而形成不同群体的遗传差异。
基因的变异
从基因组角度来说,人类是非常相似的,在地球上,任何两个人之间的DNA差异不会超过0.1%,也就是说,他们有着高达99.9%比例的相似性;但我们的身高、体重、肤色,我们对食物和环境的反应又有着巨大差异,究竟是什么让我们看起来如此不同?
从遗传角度来看,所有的生物体,无论是细菌、病毒还是人类,遗传密码都是由DNA决定的。从遗传突变角度来看,DNA复制系统发生变化后会导致修复功能的丧失,从而引发更多的突变,这些突变发生的过程都是自然性的,但如果存在诱变质,例如紫外线、辐射、病毒、污染以及一些致癌物质等,也会导致突变。再者,就是在很多基因组中,例如跳跃基因,可以跳出来导致突变,插进去又会导致突变。
人类变异的类型很多,染色体异形、序列重组、多态性、GGTTA重组,或插入、消失、拷贝式变异,还有体细胞突变、核肝酸多肽性等等。其中较为常见的有体细胞突变,譬如癌症的演变,就是因为体细胞多基因突变导致细胞失去控制,变成癌细胞,有些人的基因本身有癌基因,异基因突变就会导致癌细胞增长。
变异是有优势的,一个突变对某种疾病具有抗性,一旦疾病来临,带有此种抗性基因的人就能生存下来,其他人则会消失。随着人类缓慢发展,基因慢慢扩大增加,这就是优势选择。突变发生以后有不同的可能性:一种情况是突变发生后固定下来,另一种情况是突变发生后,因其群体无法生存就消失了。通过选择固定下来,变成群组的是相同的基因,我们称之为多态性。
中国人与西方人基因突变的差异
不同群体之间也会因环境变化等外界因素,产生不同的基因突变。
以糖耐性为例。就使用奶制品而言,我们当中有部分人喝牛奶就会腹泻,但在白人中此类情况很少见,因为欧洲人大部分带有糖耐性的变异,这得益于他们早就适应了奶牛饲养所用的食物,可以对牛奶产生抗性,而这个变异在亚洲人、非洲人当中则少有。同时,带有糖耐性变异的人很喜欢吃奶制品,但食用奶制品很容易发胖,所以人进化以后又产生了肥胖症的风险。
又如深受亚洲人喜爱的豆腐,西方人食用时所摄取的营养成分就远远不如东方人。这是因为两个群体对大豆异黄酮的代谢能力不同。人类一共有227个基因位点可以影响肥胖,欧美人有着其中的142个,而在包括中国人在内的东亚人基因中,却只有15个位点,因而欧美人患肥胖症的风险远大于亚洲人。
再如饮酒。很多东方人喝酒会脸红,原因在于喝酒以后,我们体内的一种基酶,它只要有突变以后,就有功能性的变异,它只有正常人活性的8%,所以你酒喝下去转化得很慢,这种情况下,可以导致其它问题,脸红只是其中一个反应。30%的东方人都带有脸红的变异,但西方人基本上没有。在带有这个变异的情况下,过度饮酒会增加食道癌的发病率,因而饮酒要控制量。一般而言,每周饮酒少于200g,是相对低风险的;超过200g且不超过400g时,患食道癌风险会增加到40倍;一旦超过400g,风险则增加到60倍,这也是基因的变异。反过来,饮酒脸红这种现象在西方人身上很少发生,对他们而言,少量饮酒反而对有些人的身体有益。
基因不决定命运
基因组虽在出生时就已决定,但并不代表其决定了一个人的命运,它不是决定我们的主要因素。基因组虽然不能改变,但是表观遗传的东西是可以改变的。所谓表观遗传就是可以改变、恢复、遗传和影响DNA功能的变异。
人的一生大约会有200个基因发生突变,根据表观遗传学的研究表明,良好的生活习惯可以塑造更优良的基因,给予更健康的人生。表观遗传涉及范围较广,譬如父母的爱也会影响孩子的健康,拥抱可以在宝宝的DNA上留下积极的表观遗传痕迹,而虐待儿童则会留下不好的表观遗传标记(阴影)。
有这样一个例子,一对双胞胎,他们的DNA完全一样,但外表、体型完全不像,而且衰老的过程也有很大差异。究其原因,发现他们在生活习惯、健身饮食上的选择完全不同,从而导致甲基化水平的不同,让他們成了一对完全不像的双胞胎。由此可见,仅仅通过改变生活习惯,就可以让一个人改变很多。再如吸烟,也是由于在表观遗传变异中被记录下来,从而影响甲基化,最后导致癌症或身体其它功能的变化。
另外,人们特别关心孩子的身高,在这一点上,基因只决定了70%,另外30%可以通过饮食、睡眠、运动等习惯产生改变。在发育时期保持良好的饮食习惯、充足的睡眠、适当的运动,在一定程度上能够起到促进身高的作用。
肠道微生物的强大影响力
肠道菌群的分布和功能对健康的影响同样不容忽视,结合环境饮食情况、生活习惯等一系列综合反应,会对整体健康状况产生影响。
人可以通过更好的饮食习惯来预防疾病的发生。
意思就是说,在对人的基因组、表观遗传、菌群的测定以后,通过环境的附着,最后可以知道它表达什么。如果没有这种情况,一般情况下,我吃我喜欢的,我也不管基因组什么样,那它最后的结果便是那样。
像肥胖症、糖尿病等疾病,和肠道菌群的分布结构及功能都有关系。通过改变肠道细菌的不同系、不同种族,或者通过饮食改变肠道细菌的结构,可以改变发病率。
以燕麦为例,将燕麦煮成粥,其代谢产物对肠道癌症有很多作用。但转化结果在不同群体身上的表现并不相同,因为每个人带有的肠道细菌有差异,同时,加上体质和遗传变异的影响,肠道细菌对人体健康的作用也不尽相同。
饮食习惯对健康的影响
因地制宜对膳食做全面、多样化的调整,保持适当的运动、良好的心态,不抽烟、少喝酒、多喝水,是目前人们公认的对保持健康长寿有效的方法。
我们知道,包括糖尿病、心血管病在内,80%的慢性病都可以预防或者推迟。近二十年,糖尿病患病人数增长较快,主要原因在于大家对饮食不够重视,预防糖尿病最有效的办法就是不吃饱,一顿饭吃到七八成饱就够了,当然,合理的饮食结构和运动也非常重要。
有的人会说,我怎么吃都没问题,这和每个人的体质差异、遗传变异有关。从基因组来说,影响糖尿病的大多数基因及其有效性都已被发现,通过基因组研究,理清基因与不同食物的相互作用,及其对糖尿病发病率的影响,从而借助改变饮食,例如用复合碳水化合物来代替传统主食,可以降低糖的转化率,减轻发病风险。
所以,通过对饮食习惯的干预,我们可以预防疾病的发生。刚出生的时候,基因组对我们非常重要,但随着年龄的增长,更重要的是表观遗传以及肠道细菌对我们的影响。合理膳食、适量运动、戒烟限酒、心理平衡才是健康长寿的秘诀。
本文系赖超强在杭州科学大讲堂第136讲上所作的科普报告,有删减
基因的变异
从基因组角度来说,人类是非常相似的,在地球上,任何两个人之间的DNA差异不会超过0.1%,也就是说,他们有着高达99.9%比例的相似性;但我们的身高、体重、肤色,我们对食物和环境的反应又有着巨大差异,究竟是什么让我们看起来如此不同?
从遗传角度来看,所有的生物体,无论是细菌、病毒还是人类,遗传密码都是由DNA决定的。从遗传突变角度来看,DNA复制系统发生变化后会导致修复功能的丧失,从而引发更多的突变,这些突变发生的过程都是自然性的,但如果存在诱变质,例如紫外线、辐射、病毒、污染以及一些致癌物质等,也会导致突变。再者,就是在很多基因组中,例如跳跃基因,可以跳出来导致突变,插进去又会导致突变。
人类变异的类型很多,染色体异形、序列重组、多态性、GGTTA重组,或插入、消失、拷贝式变异,还有体细胞突变、核肝酸多肽性等等。其中较为常见的有体细胞突变,譬如癌症的演变,就是因为体细胞多基因突变导致细胞失去控制,变成癌细胞,有些人的基因本身有癌基因,异基因突变就会导致癌细胞增长。
变异是有优势的,一个突变对某种疾病具有抗性,一旦疾病来临,带有此种抗性基因的人就能生存下来,其他人则会消失。随着人类缓慢发展,基因慢慢扩大增加,这就是优势选择。突变发生以后有不同的可能性:一种情况是突变发生后固定下来,另一种情况是突变发生后,因其群体无法生存就消失了。通过选择固定下来,变成群组的是相同的基因,我们称之为多态性。
中国人与西方人基因突变的差异
不同群体之间也会因环境变化等外界因素,产生不同的基因突变。
以糖耐性为例。就使用奶制品而言,我们当中有部分人喝牛奶就会腹泻,但在白人中此类情况很少见,因为欧洲人大部分带有糖耐性的变异,这得益于他们早就适应了奶牛饲养所用的食物,可以对牛奶产生抗性,而这个变异在亚洲人、非洲人当中则少有。同时,带有糖耐性变异的人很喜欢吃奶制品,但食用奶制品很容易发胖,所以人进化以后又产生了肥胖症的风险。
又如深受亚洲人喜爱的豆腐,西方人食用时所摄取的营养成分就远远不如东方人。这是因为两个群体对大豆异黄酮的代谢能力不同。人类一共有227个基因位点可以影响肥胖,欧美人有着其中的142个,而在包括中国人在内的东亚人基因中,却只有15个位点,因而欧美人患肥胖症的风险远大于亚洲人。
再如饮酒。很多东方人喝酒会脸红,原因在于喝酒以后,我们体内的一种基酶,它只要有突变以后,就有功能性的变异,它只有正常人活性的8%,所以你酒喝下去转化得很慢,这种情况下,可以导致其它问题,脸红只是其中一个反应。30%的东方人都带有脸红的变异,但西方人基本上没有。在带有这个变异的情况下,过度饮酒会增加食道癌的发病率,因而饮酒要控制量。一般而言,每周饮酒少于200g,是相对低风险的;超过200g且不超过400g时,患食道癌风险会增加到40倍;一旦超过400g,风险则增加到60倍,这也是基因的变异。反过来,饮酒脸红这种现象在西方人身上很少发生,对他们而言,少量饮酒反而对有些人的身体有益。
基因不决定命运
基因组虽在出生时就已决定,但并不代表其决定了一个人的命运,它不是决定我们的主要因素。基因组虽然不能改变,但是表观遗传的东西是可以改变的。所谓表观遗传就是可以改变、恢复、遗传和影响DNA功能的变异。
人的一生大约会有200个基因发生突变,根据表观遗传学的研究表明,良好的生活习惯可以塑造更优良的基因,给予更健康的人生。表观遗传涉及范围较广,譬如父母的爱也会影响孩子的健康,拥抱可以在宝宝的DNA上留下积极的表观遗传痕迹,而虐待儿童则会留下不好的表观遗传标记(阴影)。
有这样一个例子,一对双胞胎,他们的DNA完全一样,但外表、体型完全不像,而且衰老的过程也有很大差异。究其原因,发现他们在生活习惯、健身饮食上的选择完全不同,从而导致甲基化水平的不同,让他們成了一对完全不像的双胞胎。由此可见,仅仅通过改变生活习惯,就可以让一个人改变很多。再如吸烟,也是由于在表观遗传变异中被记录下来,从而影响甲基化,最后导致癌症或身体其它功能的变化。
另外,人们特别关心孩子的身高,在这一点上,基因只决定了70%,另外30%可以通过饮食、睡眠、运动等习惯产生改变。在发育时期保持良好的饮食习惯、充足的睡眠、适当的运动,在一定程度上能够起到促进身高的作用。
肠道微生物的强大影响力
肠道菌群的分布和功能对健康的影响同样不容忽视,结合环境饮食情况、生活习惯等一系列综合反应,会对整体健康状况产生影响。
人可以通过更好的饮食习惯来预防疾病的发生。
意思就是说,在对人的基因组、表观遗传、菌群的测定以后,通过环境的附着,最后可以知道它表达什么。如果没有这种情况,一般情况下,我吃我喜欢的,我也不管基因组什么样,那它最后的结果便是那样。
像肥胖症、糖尿病等疾病,和肠道菌群的分布结构及功能都有关系。通过改变肠道细菌的不同系、不同种族,或者通过饮食改变肠道细菌的结构,可以改变发病率。
以燕麦为例,将燕麦煮成粥,其代谢产物对肠道癌症有很多作用。但转化结果在不同群体身上的表现并不相同,因为每个人带有的肠道细菌有差异,同时,加上体质和遗传变异的影响,肠道细菌对人体健康的作用也不尽相同。
饮食习惯对健康的影响
因地制宜对膳食做全面、多样化的调整,保持适当的运动、良好的心态,不抽烟、少喝酒、多喝水,是目前人们公认的对保持健康长寿有效的方法。
我们知道,包括糖尿病、心血管病在内,80%的慢性病都可以预防或者推迟。近二十年,糖尿病患病人数增长较快,主要原因在于大家对饮食不够重视,预防糖尿病最有效的办法就是不吃饱,一顿饭吃到七八成饱就够了,当然,合理的饮食结构和运动也非常重要。
有的人会说,我怎么吃都没问题,这和每个人的体质差异、遗传变异有关。从基因组来说,影响糖尿病的大多数基因及其有效性都已被发现,通过基因组研究,理清基因与不同食物的相互作用,及其对糖尿病发病率的影响,从而借助改变饮食,例如用复合碳水化合物来代替传统主食,可以降低糖的转化率,减轻发病风险。
所以,通过对饮食习惯的干预,我们可以预防疾病的发生。刚出生的时候,基因组对我们非常重要,但随着年龄的增长,更重要的是表观遗传以及肠道细菌对我们的影响。合理膳食、适量运动、戒烟限酒、心理平衡才是健康长寿的秘诀。
本文系赖超强在杭州科学大讲堂第136讲上所作的科普报告,有删减