迷幻药和河水虫

分子生物学的力量意味着，像PCR这样的技术与序列分析相结合，可以用来监测环境，审核不同生物体的存在，甚至丰度。这在水生领域尤其有用。剑桥大学的Max Stammnitz向我们展示了剑河(River Cam)是多么有用，剑河是某著名赛艇队的训练场，他告诉克里斯·史密斯(Chris Smith)……

马克斯:我们在剑桥的许多经常划船和游泳的朋友向我们报告说，有感染，严重的感染，偶尔会发生在人们的眼睛和开放性伤口上，在某些情况下会导致住院治疗。这是我们所面临的生物学问题的一个方面。另一方面，我们后来成立的学生团队，都是由遗传学家组成的，他们对应用DNA分析方法解决实验室之外的问题很感兴趣。然后这两件事在所谓的PuntSeq项目中基本结合在一起

克里斯:你认为，对的，嘿，很快，我们就可以把这个挑战结合起来，试图找出为什么我们划船的朋友们的水道中会有感染，并应用一些新技术和遗传学知识来尝试解决这个问题?

麦克斯-没错。就像我们喜欢说的那样，你基本上通过它们的DNA足迹来追踪水源中的生物活动或微生物。所以你基本上可以取一个样本，在我们的例子中是取自Cam河的淡水，从中提取细菌DNA，然后用非常现代的DNA测序平台进行分析，这给了我们很多关于细菌种类和丰度的数据。

Chris -所以你可以对水中某种特定细菌的负担有所了解?因为这是对这种做法的一种批评。它非常敏感，你最终会得到一个特定细菌的信号，但实际上它非常罕见，不会构成任何威胁，真的，所以你已经绕过了它?

麦克斯-是也不是。在某种程度上，你可以说，在你沿着水路采集的样本范围内，细菌种类的数量在增加或减少。我们有可疑的污水管道可能通往水源吗?那么我们可能会怀疑某些细菌可能会通过废水来源引起感染，它们很可能在下游被发现。但事实是，如果没有额外的实验室工作，你无法确定你发现的带有这种DNA平台的细菌，是否真的有害。因此，我们更多地将这种方法视为当地水源的早期分类，而不是找到“嘿，这是否会让人生病”的答案。

确实，因为你不能说，从DNA信号来看，这来自一个有生命的有机体。

麦克斯-没错。是的。事实上，我们可能已经看到了很多死细菌。但这些死细菌漂浮在水中是有原因的，对吧?它们一定来自某个地方。所以我们认为，即使，你知道，我们追踪的大部分是死亡的生物，看看这些生物可能来自哪里，它们可能扮演什么角色，是很有趣的，即使它在你采样的源头的上游。

你为你的赛艇朋友找到答案了吗?

麦克斯-是的，我们也这么认为。在剑桥市的下游，有一个大型的污水处理厂。所以废水经过处理后，基本上都被排放回河里。在那之后，我们确实看到了一些细菌的峰值，我们可以将它们与致病菌联系起来。我们并没有通过太多的实验室工作来跟进，老实说，我们与英国公共卫生部进行了一些合作，并将一些可疑候选人的DNA发送给他们，以验证这些是否真的是病原体。他们的大多数结果都与我们的思路相似，你不能百分之百地确定有足够的传染性物质。但你可以肯定地说，在某些地方我们发现了细菌，比如铜绿假单胞菌。所以我们可以说这些细菌是存在的，无论它们是活的还是死的。我们不能说，好吧，在这个特殊的日子里，如果你摔倒了，你的免疫系统可能不是最强的，你很可能因此而生病。但你可以肯定地看到，从这一点开始，在给定的水源中减少病原体的候选名单要容易得多。 I mean, overall, we were able to measure more than 600 different bacterial genres. So you reduce it down from a huge list of potential candidates. And besides the whole biomedical question, you also get an insight into, you know, just the biodiversity, just through DNA analysis.

Chris -你已经证明了这是可行的事实，你可以做的就是选择一些非常可靠的指示物种，它们对其他威胁的水污染有很好的特异性，然后使用它们，就像在煤矿里的细菌金丝雀一样，如果你检测到这些，在正常情况下是罕见的，但是一个强有力的预测水污染的指标，比如污水，然后你可以用这种非常成功和敏感的技术说，嗯，看，这水看起来被污染了，今天不是划船的好时机。

麦克斯-没错。是的。说实话，还是有一些更便宜的方法可以做到这一点，而且这些方法只是为了其他目的而精确定位指示物种。我们实际上已经看到了它的作用，例如，因为我们在早春和夏末的几个月里都采集了样本，我们可以看到在这段时间里，蓝藻的数量在某些地方增加了。我们认为也许这些可以作为指示，你知道，藻类的开花时期。所以不仅仅是病原体，还有在这些来源中发生的其他生物过程。

衰老是不可避免的;但是衡量它的最好方法是什么呢?我们知道一个人活着的年数是一种方式，但这只是实际年龄的衡量标准。我们也有一个“生物年龄”——我们的生活方式、性别和基因如何影响这个方程，而且体内有许多不同的生物钟可以参考:比如我们的DNA在整个生命过程中是如何变化的，或者蛋白质是如何改变它们的结构的。是不是所有的时钟都是同步的?是不是有些时钟比其他时钟更守时?为了找到答案，阿姆斯特丹大学医学中心的劳拉·韩(Laura Han)一直在使用机器学习系统，将不同的生物钟对一个名为荷兰抑郁和焦虑研究的大型数据集收集的信息结合起来，正如她告诉克里斯·史密斯(Chris Smith)的那样……

劳拉:这个队列的独特之处在于我们收集了很多生物信息，这些信息也是我们用来开发和检查所谓的生物钟的信息。生物钟实际上是一种预测性机器学习算法，它学习了我们体内与年龄、DNA甲基化水平、蛋白质或代谢物相关的生物模式。

克里斯:你拿什么和什么做比较?所以，如果你有这些标记或这些测量，你将它们与什么进行比较?

劳拉:这个算法，你训练它，它就能根据这些生物模式预测你的年龄。当它实际上预测你比你的实际年龄更老时，它就表明你有一个看起来更老的生理状态，或者至少是老年人通常看到的状态。

你能把它和潜在的致病因素联系起来吗?

劳拉-没错。因此，如果你以这种方式思考生物衰老，你可能会说，你的生物钟的滴答声可能比时间本身更快。

克里斯:有没有一些人，我找不到一个更好的词来形容，他们的身体活得很好，所以他们看起来比实际年龄老很多，但实际上这并不意味着下周就会死去?它们看起来很糟糕，但实际上它们仍然会永远持续下去。那么，衰老的一个标志是否可以解释一切，还是会产生误导?

Laura:这可能会产生误导，这也是我们想用数据集问的主要问题之一。我们有多种生物衰老的标志，我们想看看它们是否彼此同步。同样的因素也与所有生物钟的滴答声有关。

Chris -你已经提到了这些时钟是什么。那么你在研究中评估和评价的主要内容是什么，你看的是什么时钟?

我们观察了五种不同的细胞生物钟，其中一种是端粒长度。这基本上是染色体末端的一个帽，随着我们年龄的增长而缩短。这是一个被充分研究过的生物衰老的标志。然后我们有四种不同的，我们称之为组学的衰老水平——血液中的DNA甲基化，蛋白质水平，基因表达水平或代谢物。这些可以用现代的方式来量化生物衰老，因为我们可以用这些预测算法来了解什么样的模式真正与年龄相关。

克里斯:当你把它们与各种因素，生活方式因素和其他因素结合起来，这些因素与这些测量结果的来源有关，这些时钟有多好，哪些因素会加速或减慢它们的速度?

劳拉:是男性，而且身体质量指数高，也就是肥胖。吸烟和患有代谢综合征最一致地与多个时钟中出现的衰老生物联系在一起。

克里斯:你提到的其中一件事是你的感觉，因为，你知道，有句话说你的感觉有多老，你就有多老。当你把抑郁和痛苦的人与对生活持乐观态度的人进行比较时，你发现生物钟反映了这一点吗?

劳拉-是的。这是一个很好的问题，我们在抑郁症患者身上看到的是他们患与年龄有关的疾病的风险更高。在我们的研究中，我们实际上证实，抑郁症也与衰老的生理特征有关，这是通过五种生物钟中的至少三种来衡量的。我认为这确实证实了生理衰老与心理和身体健康都有联系，也可能解释了为什么我们看到抑郁症患者患与年龄相关疾病的风险更高。

克里斯-那么，你认为这里最重要的信息是什么呢?你已经评估了这些不同的独立生物钟，你已经将它们与一些使它们更快或更慢的风险因素结合起来，但最重要的信息是什么?你的结论是什么?

劳拉:我认为最重要的信息是，许多其他的研究都着眼于个体衰老的量化，所以个体的生物钟，只有少数人在同一研究人群中整合了多个生物钟。我们发现，在五种生物老化指标中，只有三种被发现显著相互作用，这意味着一种指标的增加也平行于另一种指标的增加。但这些相关性也很小。所以我认为这确实强调了衰老和衰老过程非常复杂不同的时钟是否测量相同的东西以及它们如何相互作用和影响仍然相对未知。我们发现，如果用多个时钟来测量你的生理年龄，这实际上也有累积效应。所以从生理和心理健康的角度来说。