在神奇的早期发育时期，微小的DNA差异留下了自己的印记。我们将听到人类胚胎最初阶段的突变如何对同卵双胞胎产生奇怪的影响;甚至在这个过程的早期，精子是如何利用自私的基因在竞争中胜出的。此外，一位免疫学家解开了mRNA COVID疫苗的纠缠，从功效数字到延迟加强注射……
在这一集里
同卵双胞胎有早期的基因差异
解码公司卡莉·斯蒂芬森;罗伯特·普洛明，伦敦国王学院
一项新的研究表明，同卵双胞胎实际上并不完全相同!研究人员已经知道他们之间存在一定的差异，因为每个人的DNA都会在一生中发生突变——这就是为什么有些人会得癌症。但这些突变似乎仅限于身体，不会通过精子或卵子传递。不过现在，冰岛的人类基因公司deCODE对近400对双胞胎的基因组进行了分析，结果表明，他们通常会将一些差异遗传给他们的孩子，这一结果可能会对遗传学研究的其他部分产生影响。菲尔·桑索姆从解码公司的负责人卡莉·斯蒂芬森那里听说
同卵双胞胎的基因组有一定的差异。这很重要的原因是我们一直假设，当我们试图将环境因素与基因因素分开时，同卵双胞胎的基因组是相同的。所以发现这些突变会改变，一点，我们可以用同卵双胞胎的方式来区分环境影响和基因影响。
菲尔:这怎么可能，同卵双胞胎不是同卵的?因为我以为它们来自同一个卵子，不是吗?
卡莉-他们来自同一个受精卵。但是当一个卵子受精后，在开始形成双胞胎之前，它会分裂几次。细胞分裂会导致所谓的复制错误;当细胞分裂时，细胞中的基因组被复制。尽管这个复制过程非常好，但也不是完美无缺的。我们称这些缺陷为“突变”。所以有机会发生突变，我们在这篇论文中记录的是，它们确实发生了，它们对双胞胎基因组之间的差异有重大影响。
菲尔-什么时候举行?此时胚胎有多大?
Kari -它非常小，大约有16到20个细胞。
菲尔-你怎么知道是这样的?你自己在早期观察过这些胚胎吗?
卡莉:不，我们能做到这一点的方法是对双胞胎、他们的父母、孩子和配偶的整个基因组进行测序。我们可以推断突变发生的时间。如果在胚胎早期发生突变，你会发现这种突变不仅会发生在孩子身上——因为它们已经进入了导致男性精子或女性卵子的细胞——它们也会最终进入人体。当在身体和孩子身上都发现突变时，我们知道突变发生在他们分化之前。所以它可以帮助你把握时机，而在开发过程中，时机是非常重要的。
菲尔:它们也一定只发生在双胞胎中的一个身上，对吧，这样你才能明白其中的区别?
是的，因为导致双胞胎中的一个的细胞可能不会导致另一个。在某些情况下，双胞胎都是由同一个细胞的后代发育而来;有时它们是不同细胞的后代。如果它们是由不同细胞的后代形成的，那么它们就会有不同的突变。
你选哪一个是完全随机的吗?
卡莉，我觉得这几乎是随机的。
菲尔:那么这些差异到底有多大呢?
卡莉:这些差别并不大。平均而言，你会发现在同卵双胞胎中有大约5个不同的短链突变，但可能不止于此。
菲尔:那么这对遗传学上的双胞胎研究意味着什么呢?你之前提到过这一点，因为遗传学家一直在使用双胞胎来尝试将基因从环境中分离出来，以获得特定的特征，或疾病，或其他东西。
Kari:我们绝对应该要求人们对这对双胞胎的整个基因组进行测序，然后再把他们之间的差异归因于环境，因为他们之间的这些不同的突变确实可能是他们不同的原因。
菲尔:它会影响过去人们做的双胞胎研究的结果吗?
Kari -它应该提醒人们，但它应该只影响罕见的差异。例如，当双胞胎中的一个患上了某种疾病，而另一个没有，如果这种疾病非常罕见，那么我们肯定应该重新研究这是否可以用突变来解释，而不仅仅是环境影响。
菲尔-最后，我想问:你知道双胞胎之间的这些差异是否会转化为一些可见的东西，比如你可能会遇到两个同卵双胞胎，他们之间有一些明显的不同?
卡莉，我绝对确定偶尔会有。因为偶尔你会看到同卵双胞胎之间的差异，这不能用环境来解释。
菲尔:我觉得这很不可思议，人们竟然会认为同卵双胞胎实际上并不完全相同!
卡莉-是的。同卵，但不完全相同。
这一信息是否对被称为“双胞胎研究”的实验类型构成了打击?遗传学家罗伯特·普洛明(Robert Plomin)说不会。他进行了一项规模最大的此类实验，名为“双胞胎早期发育研究”，他向菲尔解释了它们通常是如何工作的……
罗伯特:双胞胎研究是一种已经存在了一百多年的设计，它使用自然实验。大约1%的新生儿是双胞胎，其中三分之一是我们所说的同卵或同卵双胞胎。它们是彼此的克隆体，因为它们来自同一个受精卵;所以，当卵子和精子结合并产生受精卵时，受精卵有时会在生命的最初几天分裂。另一种类型的双胞胎——占所有双胞胎的三分之二——是异卵双胞胎或异卵双胞胎。就像任何兄弟姐妹一样，他们有50%的基因相似度。因此，双胞胎设计的本质是:如果一种特征——比如音乐能力——受到遗传DNA差异的影响，你必须预测同卵双胞胎比异卵双胞胎更相似。这种情况在多大程度上是我们所说的遗传性的一个指标——基因差异对你所研究的性状有多大影响。
Phil -所以你把基因和环境分开了。基本上是后天的。
罗伯特:是的，就是这样。我们一直都知道家族遗传，但问题是，家族遗传是由于自然的原因——遗传的DNA序列，基因——还是后天的原因——是家庭环境的系统影响?
菲尔:你能给我讲一个双胞胎研究的例子吗?这样我就能想象出其中的原理了。
罗伯特-是的。在生命科学领域有成千上万的双胞胎研究报告。如果你拿一个像音乐能力这样的特征——直到最近我们才有任何关于双胞胎的研究，因为很难衡量音乐能力——我们要做的是找一大群双胞胎。然后我们把同卵双胞胎联系起来，你会说，“他们有多相似?”它们的相关性可能是0.5;而非同卵双胞胎，如果他们在音乐能力上的相关系数是0.5，那就意味着没有遗传影响。如果同卵双胞胎的相关系数是0.5，异卵双胞胎的相关系数是0.25，这表明基因影响了我们在音乐能力上观察到的50%的差异。但一如既往，我们的研究仅限于我们描述的样本，所以我们只描述了特定时间的特定人群。
菲尔-
Kari Stefansson在他的论文中似乎在说同卵双胞胎实际上并不完全相同。这让你感到震惊吗?
罗伯特-不，我想我们早就知道了。他的研究非常棒，因为他有一个大样本，并且非常系统地研究这个，因为他实际上对所有30亿个碱基对的DNA进行了排序。但是双胞胎方法依赖于遗传的DNA差异。这就是我们所说的遗传。这是对遗传的一个非常狭隘的定义，因为有许多生物甚至DNA因素不包括在这个定义中;它们会被称为环境。特别是在卡莉的研究中，我担心人们会从中得出这样的想法，“双胞胎法不好，因为同卵双胞胎有差异。”但事实上，我们都知道，在我们的一生中，我们都会发生突变——癌症通常是由突变引起的——但这些不是遗传的DNA差异。我们从很多使用SNP芯片技术的研究中了解到，它们关注的是遗传的DNA差异。它们在同卵双胞胎之间没有任何差异。 So identical twins don't differ in terms of the DNA differences they inherit from their parents.
菲尔:你是说为了双胞胎研究的目的，这些基因不是从双胞胎的父母那里遗传来的;它们最终会被传递，但这仍然不会扰乱研究的工作方式。
罗伯特-是的。当像“遗传”或“遗传”这样的词以如此不同的方式使用时，这总是科学上的一个问题。但在遗传学中，我们谈论的是:我们谈论的是作为后代的双胞胎。也就是说，它们是遗传了这些DNA差异，还是自发突变。遗传DNA差异是一个非常狭窄的定义，但它是一个精确的定义，它有助于我们理解卡莉的发现。
那么双胞胎研究安全吗?
罗伯特-是的，我认为毫无疑问!
精子是如何成功的:广泛存在的自私基因
罗宾·弗里德曼，奥哈纳生物科学公司
每个人类精细胞都有一个非常随机的DNA组合，取自每个人携带的每条染色体的两个副本。遗传学的正统观点会说，因此，哪些基因进入婴儿是随机的，除了少数例外:那些使精子本身更快更好的基因。但美国奥哈纳生物科学公司的科学家最近发现，这种情况远不止少数例外，研究结果揭示了我们身体内部正在发生的深刻冲突。菲尔·桑索姆采访了作家罗宾·弗里德曼。
罗宾:基因有两个拷贝，一个来自你的母亲，一个来自你的父亲;我们称之为等位基因。每个精子都有这些基因的一个副本。这是随机的机会决定了这两个等位基因中的哪一个遗传给我的后代，对吧?所以我有50%的机会遗传到我父亲的基因，也有50%的机会遗传到我母亲的基因。但如果你想想精子，它要求这些精子在功能上是相同的，不管它们有什么基因;它们必须游泳，它们必须让卵子受精。我们在这项工作中发现的是一种机制，通过这种机制，精子并不都是平等的，通过这种机制，基因实际上可以对它们的功能产生影响，从而影响它们将这种基因传递给下一代的可能性。
Phil -这些基因实际上对一个精子比另一个精子更有利?
罗宾-没错。所以它会导致精子竞争，更适合的精子可能有更好的基因来支撑这种能力。
菲尔-这很奇怪吗?
罗宾:是的!很长一段时间以来，人们都知道孟德尔发现的这个规律很少有例外，你以50:50的比例将基因传给后代;但这些例外被认为是极其罕见的。在哺乳动物中只发现了一小部分。在这项研究中，我们使用单细胞RNA测序来观察各种哺乳动物的精子——睾丸中正在发育的精子——发现精子之间的差异比我们预期的要多得多，这些差异可能会导致精子竞争。
菲尔:还有多少?
有成千上万的基因属于这一类。大约有三分之一到一半的基因在睾丸中表达。我们称这些基因为“基因信息标记”，简称GIMs。
Phil -数千人比你说的少数例外要多得多。当你刚刚告诉我实际上精子在功能上是相同的——它们做同样的事情时，这些基因是如何侥幸地只偏爱一个精子的呢?
Robin:首先你要明白，虽然精子每个基因只有一个拷贝，但在发育过程中，它们实际上是通过桥梁连接在一起的，所以真正的细胞是在来回分享它们的内容。现在我们发现这类基因——我们称之为GIMs——实际上并不是完全共享的;他们不会完全通过这些桥。这就是这些精子开始在功能上产生差异的机制。
菲尔:这些基因基本上都在精子里，它们想，“我不想去别的精子那里。我不想把我的产品送到其他地方。我在这里很开心。别逼我分享了。”
罗宾:对，完全正确。
他们在生理上做了什么来让精子变得更好?
罗宾:所以我们实际上并没有观察单个精子并研究它们的功能。相反，我们一直在研究这些GIMs在长期中所做的进化痕迹。我们看到的是它引起了一种进化冲突，精子在优化它们的功能，而基因可能是自私的遗传元素，因为它们在你身体其他部分的功能可能和在精子中的功能不一样。
菲尔:对，他们是自私的，因为他们想要在他们现在的位置上领先——也就是精子——不管你长大后会对你造成什么不好的影响。
罗宾-没错。我们可以找到证据的一种方式是，进化会想要避免这些自私的元素与这些基因在人类中的功能相冲突。随着时间的推移，这些基因会趋向于进化，变得更具有精子特异性，你会得到像基因复制这样的东西，一个基因变得具有精子特异性，而它的另一个副本在生物体的其他部分得到表达。我们认为这是一个重要的原因，为什么有这么多的基因是针对睾丸的，而不是其他组织，这一直是一个谜。
COVID疫苗:功效解释
Zania Stamataki，伯明翰大学
在本文发表时，全球约有50个国家(尽管非洲、南亚或澳大拉西亚都没有)已经开始接种各种COVID-19疫苗。大家都说，这是惊人的进步。我们进入最后冲刺阶段了吗?一切都按计划进行吗?还是会出现严重的问题?病毒免疫学家Zania Stamataki在接受Phil Sansom的采访时帮助分析了这些问题背后的一些细节该节目首次在裸体科学家播客上播出金宝搏app最新下载…
扎尼亚:我们真幸运。我们有超过200种疫苗正在开发中，其中一些已经在世界不同地区获得批准。临床试验的数据源源不断，你猜怎么着?疫苗起作用了。我们现在需要做好后勤工作，保护我们的弱势群体，然后是我们其他人。当然，需要注意的是，虽然我们接种了疫苗，但我们仍然可能将病毒传播给他人。
菲尔-这个牛津疫苗-你能提醒我们，它到底是什么吗?
扎尼亚——牛津疫苗使用一种无害的黑猩猩病毒来感染我们的细胞，并传递信息，即遗传信息，这样我们就可以自己制造冠状病毒刺突蛋白。这会刺激我们的免疫系统，让我们准备好防御，这需要几周的时间。在那之后，我们的身体准备好了，如果感染了冠状病毒，我们的免疫系统可以在我们感染COVID之前阻止它。
菲尔-我们也有一个问题要问你，听众詹姆斯问:“你能解释一下英国监管机构MRHA批准牛津COVID疫苗的情况吗?自从他们12月初可怕的首次报告以来，现在有什么新数据?”在我看来，英国人似乎得到了62%的最低有效解决方案。”他在说什么，你的看法是什么?
Zania:首先，我们需要将疫苗的有效性与功效数据分开。功效是你的听众引用的62%的数字。他说的是临床试验的结果，这些试验时间很短，人数也很少。不要误解我的意思，在临床试验结束之前，已经有成千上万的人接种了疫苗，但这些人中只有一小部分被感染了。所以我们从一小部分人那里得到了数据。牛津疫苗分为两种不同的剂量;其中一些药物在那组试验中显示出62%的疗效;其他在试验开始时接受较低剂量的人显示出高达90%以上的疗效，这一切都很好。但是让我们提醒自己，FDA说过他们会批准任何效力超过50%的疫苗。对于流感疫苗，我们每年接受20%到60%效力的疫苗。 So the Oxford vaccine we expect to be highly effective, and the effectiveness data is going to change as the vaccine is rolled out and we get data from real life people.
如果有人说，“不，我想要辉瑞的疫苗，那个疫苗的比例更高。”我觉得这样更好。”
扎尼亚:我们不能根据现有的数据做出决定，因为我们没有将疫苗并排进行比较，作为科学家，我们就是这样进行比较的:我们找到相同的人群，用相同的准备物给他们接种疫苗，然后让他们接触这种疾病，然后得到数据。所以这并没有发生。对于那些担心哪种疫苗更有效的人，我能说的是，我个人会接受任何得到MHRA批准的疫苗，我也会感激它!我认为一种疫苗被批准并起作用，是一个巨大的消息。作为一个整体，我们将会做出不同的反应;但如果疫苗有效，就注射吧。
菲尔:我还想和你谈谈其他一些问题。人们有点担心英国推迟给接种了第一剂疫苗的人注射第二剂辉瑞疫苗;制造商说三周，而英国说可能更像是几个月。这背后是什么，这在科学上合理吗?
扎尼亚-作为在实验室工作的科学家，当我们偏离协议时，我们会非常紧张。就像你说的，辉瑞公司只在三周内用加强剂测试了他们的疫苗。牛津大学的疫苗也在后来的加强注射中进行了测试。然而，现在我们从经验中知道，疫苗增强剂在几周后仍能很好地发挥作用。在英国，我们有紧急的公共卫生需求，目前我们每50人中就有一人受到感染，我们每天约有900人死于COVID。这个决定是为了挽救更多的生命。但对我们来说，重要的是收集数据，为未来针对不同患者群体的疫苗接种方案提供信息。
Phil -听众Richard问的另一件事:“我想知道的是，如果你在接种第一剂疫苗的同一天感染了COVID，那么患上严重疾病的风险是什么?你患重病的风险降低了吗?”
扎尼亚-在你接种疫苗的当天，你没有足够的时间产生保护性免疫反应。根据经验，你可以计算一周后你的回复才会开始。在这之后的两周内，当你的记忆细胞生长良好时，它将保护你免受再次感染。所以在最初的几周内，我会说，要格外小心。你还没有受到保护——这在你接种疫苗时收到的小册子上也有——所以免疫系统需要一段时间才能产生免疫力。这就是疫苗接种背后的整个想法:通过注射疫苗，我们在早期给我们的免疫系统一种刺激，这样当我们接触到真正的东西时，我们就会很好地接受它。
Phil - Zania，如果我可以请你为我做一些预测，你认为这次大流行会持续多久?
扎尼亚:嗯，这取决于我们自己。这取决于我们的个人行为。你确实需要疫苗来为人群产生免疫力，这样我们才能在很长一段时间内相互保护。但如果你按照建议遵守规则:如果你没有症状，就戴上口罩，这样你就可以保护他人不受感染;保持距离，这样你就不会感染病毒;洗手;避免触摸你的脸，就像我一直在做的那样，却没有意识到——我现在已经习惯了我的洗手液，因为我就是不能停止触摸我的脸!如果你遵守规则，你就能保护自己。事实上，我们从世界各地非常严格地遵守规则的国家了解到，他们可以控制感染。这样，当你爆发小疫情时，他们可以非常非常快地扑灭它们。 So it is possible for us to have good news, even in the absence of vaccination; but for us to eradicate the virus as a problem, we do need to vaccinate ourselves.
《居家科学》最新消息:飞蛾肆虐
泽诺比亚·刘易斯，利物浦大学
这里有一个更新2020年4月的故事关于那些在封锁期间把他们的科学成果带回家的科学家。当我们上次与昆虫生态学家Zenobia Lewis交谈时，她已经收集了大约800个飞蛾，并将它们储存在楼下的浴室里，实际上是把她的整个实验室带回家了。你也许能猜到接下来发生了什么。菲尔·桑索姆采访了芝诺比亚…
泽诺比娅:菲尔，我不得不说这几个月很有意思。在最初的几周或几个月里，不用通勤上班感觉很棒;我的实验飞蛾离我通常坐的地方三米远。然后他们闯进了我的房子。这个物种，印度餐蛾，众所周知，对研究工作来说是一场灾难，因为它们非常耐寒，而且它们非常善于入侵;但说实话，那天我走进实验室，发现天花板上爬满了几百只飞蛾，我不得不关上门，坐下来，倒一杯酒，让自己平静下来，然后才能回去!
菲尔-最后有多糟糕?
季诺碧亚-
在相当长的一段时间里，情况相当糟糕;我想大概两个月吧。我每天都要进去打扫，房间里大概有50到200个月的时间。如果这还不够糟糕，他们还污染了自己的食物供应。
菲尔-就是说他们在里面拉屎?
芝诺比亚-不，他们在里面下蛋。
菲尔-哦!
泽诺比亚-所以这些流浪的飞蛾正在吃掉我用来维持鱼线存活的食物。几个星期以来，我们真的有飞蛾从木架上冒出来。我想我们现在基本上已经控制住了它，我们已经把它控制在每天晚上出现的几只成年飞蛾。
菲尔-还有一线希望吗?
我们的计划是检查他们的一些特征，比如体型，并与我们得到的一些历史数据进行比较，看看这段时间的压力对他们造成了什么影响。因为这是一种压力:它们一直处于波动的温度中;它们的密度没有得到控制，这是我们通常会做的;他们没有得到标准化数量的食物。我们想看看这对他们有什么影响。
菲尔-我不知道蛾子能活多久。它们与大流行开始时的飞蛾完全相同吗?或者这是新一代?
芝诺比亚——从它们第一次回家到现在已经有好几代了，但因为它们的温度较低，而且温度也在波动，这大大延长了它们的发育周期——嗯，实际上是它们整个生命周期。它们的生命周期从四到五周变成了两到三个月，这是一个巨大的变化。
菲尔-好吧。如果你不得不猜测或假设，你会说压力可能使它们变小了吗?
芝诺比亚:这也是一个有趣的问题。通常它们发育的时间越长，体型就越大，因为它们有更多的时间吃东西。因此，与你所期望的相反，考虑到它们一直处于非常奇怪的环境中，它们比通常要大得多，因为它们需要很长时间才能形成。
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