生命密码：你的第一本基因科普书尹烨

编辑推荐

◎生命如此美妙，我们却知之甚少。芸芸众生蕴藏哪些造化之妙？基因组学、生命科学为何包含无穷魅力？

◎它有趣、有用，又有科学严谨的态度，用人人都看得懂的语言，轻松地解答那些古怪而让人忧心的问题，让基因不再是高深莫测的知识，让生命科学真的流行起来。

◎这里有十万个为什么，可又不只十万个回答，用有理、有据的科学知识，纠正我们原本以为正确的常识。

◎将与我们息息相关的基因科学知识娓娓道来，艾滋病、癌症、疫苗、生物合成、克隆人，梦想照进现实，基因科学是否能为我们带来光明的未来？

内容简介

这本书分为四部分，让大家从四个角度了解那些我们原本好奇却难以查证的生命科学知识。

思考生命发生的演化：可重温国宝熊猫“堕落”史，看看是什么基因作祟，让凶猛的上古神兽“沦为”呆萌系的代表；也可踏上大脑进阶之路，看人类如何借助大脑物质结构的演化，发起对理性的无尽追求。

感受科学诠释的美丽：一场花丛中的《甄嬛传》将会上演，植物为传宗接代各显神通，其手段之丰富令人啧啧称奇；或者，莫以基因大小论英雄，看看是不是物种越高等，基因组就越大。

关爱基因引发的不幸：“基因的诅咒”将道出缺陷基因密码给人类造成的痛苦与折磨，并展现基因科技所能带来的光明与慰藉。

憧憬科技缔造的未来：干细胞到底能干啥？克隆人离我们究竟有多远？我们的状态还受肠道菌群的影响？生命的设计与构建正在走进现实，本部分将走进合成生物学的曼妙之境，那些充满想象力的应用前景会让我们叹为观止。

作者简介

尹烨， “天方烨谈”基因电台和“尹哥聊基因”公众号的主创，也是科普圈、媒体圈、财经圈、科研圈颇受欢迎的生物界“名嘴”。

华大基因CEO。大学毕业后加入华大，曾主持和参与了近百个国际基因组合作项目，在《自然》等国际知名学术期刊发表60余篇论文（含合著）。发起并支持狒狒/山魈基因组计划、大豆回家计划、生命周期表计划、狂犬病科研等公益计划。

健康面前，人人平等。2017年7月14日，华大基因在创业板上市，成为中国基因科技第一股。他主张将科技力量与人性光辉融合，带领团队组织科技援藏，先后成立“华基金”“光基金”等公益基金，关注全球遗传疾病，致力于推动基因科技普惠人人。

前言

推荐序二

生命中的因和果

吴军硅谷投资人，丰元资本创始合伙人，计算机科学家

非常荣幸在第一时间拜读了尹烨先生的新作《生命密码》，并且为之撰写序言。这本书是我今年读到的最通俗，同时也是最精辟的基因组学和遗传学的科普读物。书中回答了人类长期以来一直关心的一些本原性问题，比如，我们从哪里来，我们是谁，并且准确地科普了当下很多热门话题，比如基因检测、干细胞和克隆，等等。

对于大众来讲，这是一本“雪中送炭”的好书，即便是对于那些非常了解基因组学和遗传学的读者，这本书也能引发他们深入思考。人其实一直非常想知道我们从哪里来。从哲学层面来讲，是超自然的力量创造了生命，还是大自然孕育了生命并且帮助生命进行演化？对于这个问题，人类一直很困惑。从生物层面来讲，虽然我们的祖先早就知道“龙生龙，凤生凤”“种瓜得瓜，种豆得豆”这种

后代和祖辈的相似性，但并不知道其中的原因。也正因如此，“我们从哪里来”才成了人类的一个终极问题。

当然，从19世纪中后期到20世纪初，随着演化论和遗传学的诞生（达尔文《物种起源》在 1859 年出版；孟德尔遗传定律在 1865年提出，1900 年被重新发现），人们似乎找到了答案，但那些答案见仁见智，依然无法解释很多生物学现象，比如，为什么原本食肉的熊猫变成了素食者，而且只吃那些连食草动物都不吃的、难以消化的竹子？为什么我们和牙齿上的细菌都喜欢糖？为什么同样是牛奶，对一些人来讲是营养品，对另一些人来讲则会产生很大的危害？在人类了解遗传的密码，也就是基因后，这些问题便能得到很好的解释了。因此，《生命密码》一书的一个看点，就是通过基因的演变历史，了解我们及地球上各种生物是从哪里来的，为什么会有今天各种各样的习性。

每一个人都需要了解的第二个本原性问题是：我们是谁。当然很多人会说，从个体上讲，我是我父母的孩子，是我孩子的爸爸或者妈妈。而从整体上讲，人类是万物之灵，是自诩地球之主的存在。前一种说法没有错，但是一只猴子甚至一只青蛙也可以说这样的话，因此这种说法不具有特殊性；后一种说法其实是人类几千年来处于食物链顶端所产生的一种不自量力的傲慢。在人类了解基因之前，人们确实觉得自己比其他物种更高等、更复杂、更先进，甚至认为不同的人种之间也有高等、低等之分。

但今天，基因组学和遗传学告诉我们，这种傲慢是没有根据的，一定程度上甚至是错误的。人类染色体的数量并不比马或者驴子更多，人类基因中碱基对的数量，甚至要比一些植物（如小麦）少得多。人类在没有工具的情况下对环境的适应能力，要远远低于很多其他物种。人类不过是自然界各种生物中的一种而已，人类和黑猩猩或者倭黑猩猩在基因上的相似性，要高于它们和其他灵长类动物（如猴子）的相似性。而人类和香蕉、果蝇在基因上的相似性甚至大于 60%。因此，在宏观层面上，人类所要做的，更多的是和自然界和平相处，而不是统治世界。在个体层面上，我们身体的共生细菌数量比人体自身的细胞数量还要多，细菌和我们一同构成了我们的生命。一旦破坏了这个平衡，我们就可能生病。因此，我们所要做的，不是像过去那样试图杀死所有的细菌，而是跟细菌和平相处。

《生命密码》一书，不仅告诉我们关于基因的这些知识，更重要的是让我们懂得生命中的因和果。这让我想起了黑格尔的那句名言：“凡是现实的都是合理的。”在所有的现实背后，都有过去的合理性因素。理解了这一点，了解了基因对我们生命的作用，我们就能坦然接受很多结果，更积极、更健康地生活。

2018年 7月 20日，在尤瓦尔新书《今日简史》全球首发仪式上，我和尹烨先生同台交流。当时我讲，未来，连接比拥有重要，合作比颠覆重要。尹烨先生也深有同感，还提到了对《数学之美》《浪潮之巅》等几本书的喜爱。作为世界知名的基因科技公司——华大基因的 CEO，尹烨先生是基因组学和遗传学领域的专家，同时又是一个知识丰富、文笔极佳的专栏作家，非常擅长深入浅出地介绍尖端科技。阅读他的作品是一种享受，不但能够收获很多最新、最准确的生命科学领域的知识和信息，而且能够激发我进一步思考，让我对他讲述的道理反复回味。

开卷有益，希望广大读者能够像我一样，喜欢这本优秀作品。

在线试读

大象为啥不得癌症？

什么样的动物更容易得癌症呢？

如果根据肿瘤发生的经典学说进行推理，我们会得出患癌动物的两个特征，一个是身形大，一个是寿命长。

癌症是突变累积的结果。当一个细胞突变累积到一定程度，开始失控复制，就会形成癌细胞。身形大就意味着组成身体的细胞数量更多，寿命长则意味着细胞更新换代的次数更多。细胞数量多，分裂次数多，就会导致出错的可能性变大。那么，是不是真如我们推理的那样，身形大且寿命长的动物会有更高的患癌概率呢？大象的存在，给了这个推理一记响亮的耳光。

在 2015 年的一项研究中，科学家们收集了 36 种哺乳动物的尸检数据，以估算癌症在不同动物身上的发生概率。在纳入研究的 644只死亡大象中，受癌症困扰的仅有 3%。而在人类当中，癌症导致的死亡至少占16%。个头高大，寿命也相当长的大象，患癌症的概率却远远低于人类，这是为什么呢？

20 世纪 70 年代，英国牛津大学流行病学家理查德•皮托曾提出一个悖论，即“皮托悖论”。他注意到，虽然理论上一个物种经历更多的随机突变，应该更有可能患上癌症，但从总体看，癌症的发生率跟生物体型大小或年龄好像没有太大关联。皮托猜想，一定存在某种内在的生理机制，来保护众多细胞随着个体年龄或体型的增长免于癌变。

神奇的抑癌基因

研究者们对大象的基因进行了分析，果真发现了问题的关键：一种能起到抗癌作用的基因，名叫 TP53。

细胞中的 DNA 会由于内力和外力的影响出现损伤，如果放任不管的话，功能失常的细胞很快会发生更多突变，陷入恶性循环，最终开始失控复制，变成癌细胞。而由于癌变细胞 DNA 保护机制失灵，复制过程中又会发生更多的突变。繁多的突变让癌细胞有极强的适应性，并很容易产生对治疗手段的抗性。

要想阻止癌变恶性循环的发生，就得及早清除细胞 DNA 中的损伤。这就需要肿瘤抑制基因， TP53基因正是对付这些损伤的关键。

TP53会编码产生一种 P53蛋白，负责监控基因的完整性。在完成这项工作时， P53不仅异常严厉，甚至格外残酷。如果发现 DNA受损，TP53就会促进DNA修复。一旦发现不可救药， TP53就会毫不犹豫地宣判异常细胞的死刑，启动凋亡程序，诱导相应细胞“自杀”，避免发生癌变。

正常工作的TP53基因可以将绝大部分癌变扼杀在萌芽之中。然而，如果TP53基因自身发生突变，其抑癌功能就会受到影响。

TP53基因的突变最常发生在编码P53蛋白质和DNA结合的部分。突变后生成的P53蛋白无法和目标 DNA 相结合，也就无法行使正常的检查和促进修复或凋零功能，癌症发生风险也就随之升高。

在人类基因组中，TP53基因独此一份，“别无分店”；如果不幸发生突变，这个保险系统就会失效。可是在大象体内，这个基因的拷贝数却有20份！要让它们挨个发生“叛变”，难度自然可想而知。

此外，大象的血细胞对 DNA 损伤异常敏感。虽然人类细胞也会在 DNA 损伤时启动凋亡程序自杀，但是大象的细胞在同样情况下，会以更高的速率完成这种自我摧毁的细胞凋亡过程。

可见，面对可能癌变的苗头，大象体内的细胞从不留情。这种异乎寻常的强大细胞清除能力，很可能是患癌大象比例如此之低的原因之一。

借个基因来防癌？

既然大象的抗癌能力这么强，我们能不能跟人家借个基因，用来提高自己的防癌水平呢？

也许，可以通过基因技术，给自己多加些 TP53 的拷贝？或者，合成些含抑癌基因的生物药剂，通过服用的方式，将这些基因整合到自己的基因组当中，让它们为我所用？想法固然美好，但是通过传统医学方法让人类基因发生改变，几乎是不可能的事。

从微观层面来说， DNA突变主要发生在细胞核里，靠口服药物摄入一般是到达不了的。况且，人体细胞数量以万亿记，要把包含1173个碱基对的TP53基因放到这么多细胞的染色体中，需要很多技术的综合运用，此外还有成本是否可接受，难度可想而知。

不过，近期的研究给了我们一丝希望。犹他大学的基因学家们成功合成了许多TP53基因，并将它们注射到人类细胞里。他们发现：接纳了这种合成基因的人类细胞，在 DNA 损伤机制被触发后的死亡数量明显增加。这么看来，导入这种基因，可以提升人类细胞对 DNA 损伤的敏感性。

但是，这些研究成果要真正转化为癌症疗法，估计还需要等上若干年。我们应该充分认识到，癌症的发生机制是非常复杂的，基因也仅仅是其中一个因素而已。癌症的发生跟遗传基因、环境、心情、饮食、生活方式等多种因素有关。所以，要想预防癌症，得从各个方面入手。而且，大型哺乳动物抗癌也不光靠 TP53 基因。英国利物浦大学的霍奥•佩德罗•德•马加拉斯教授通过测序弓头鲸基因组 , 指出小须鲸、弓头鲸等的基因组虽然不含TP53基因额外拷贝（与人类一样只有一个TP53基因），但仍然可以通过其他基因来抵御癌症侵扰（如核酸切除相关基因ERCC1，细胞周期相关基因PCNA，细胞受体基因MAPK及LAMTOR1）。这就是大象和弓头鲸的细胞数量分别是人的100倍和1000倍，但患癌症的风险却没有线性增长的原因。

伦敦癌症研究所的癌症生物学家梅尔文•格里夫斯认为，大型动物在体型变大的过程中，行动也变得越来越迟钝，新陈代谢和细胞分裂的速率随之降低。或许，这也是它们患癌概率低的原因之一。格里夫斯还表示，保护机制只能提供一定的帮助。如果大象也学会了吸烟或者饮食不健康，恐怕这些保护机制就不一定能抵御癌症了。

虽然我们暂时不能拥有如大象一般强大的基因组，但是目前很多关于癌症的风险因素已被发现：紫外线暴晒、吸烟、酗酒、甲醛超标、烧烤、熬夜、肥胖等多种现代社会常见的问题都会让人罹患癌症的概率增加。

所以，与其羡慕大象的基因，不如从今天开始，养成健康的生活习惯。

非洲森林象小贴士

中文名非洲森林象

拉丁学名 Loxodonta cyclotis

英文名称 Africanforestelephant

别称森林象、圆耳象

物种分类动物界、脊索动物门、脊椎动物亚门、哺乳纲、真兽亚纲、长鼻

目、象科、非洲象属、非洲森林象种

非洲草原象小贴士

中文名非洲草原象

拉丁学名 Loxodonta africana

英文名称 Africansavannaelephant

别称非洲象、普通非洲象、草原象

物种分类动物界、脊索动物门、脊椎动物亚门、哺乳纲、真兽亚纲、长鼻

目、象科、非洲象属、非洲草原象种

参考资料

1. E. Palkopoulou, M. Lipson, S. Mallick,S. Nielsen, N. Rohland. A comprehensive genomic history of extinct and living elephants［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences,2018,115 (11):201720554.

2. M. Tollis, A.M. Boddy, C.C. Maley. Peto’s Paradox:how has evolution solved the problem of cancer prevention?［J］ . BMCBiology,2017,15(1):60.

3. Michael Keane, Jeremy Seme iks, Bo Thomsen, Joa˜ o Pedro de Magalhaes. Insights into the Evolution of Longevity fromthe Bowhead Whale Genome［J］ . Cell Reports, 2015,10(1): 112-122.

4. Abegglen, L. M., Caulin, A. F., Chan,A., Lee, K., Robinson, R., Campbell,M. S. & Jensen, S. T. Potentialmechanisms for cancer resistance in elephants and comparative cellular responseto DNA damage in humans［J］.Jama, 2015,314(17),1850-1860.

5. Peto, R., Roe, F. J., Lee, P. N., Levy,L., & Clack, J. Cancer and ageing inmice and men［J］ . BritishJournal of Cancer, 1975,32(4), 411.

6. Sulak, M., Fong, L., Mika, K.,Chigurupati, S., Yon, L., Mongan, N. P., ... &Lynch, V. J. TP53 copy numberexpansion correlates with the evolution of increased body size and an enhancedDNA damage response in elephants［J］.BioRxiv, 2015,028522.

7. Rozhok, A. I., & DeGregori, J.Toward an evolutionary model of cancer: Considering the mechanisms that governthe fate of somatic［J］ . Proc Natl Acad Sci USA, 2015, 112(29):8914-8921.

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