本周，我们将深入研究DNA，以及它能告诉我们的关于我们的过去、现在和未来的信息。当我们决定读取当地香肠的DNA序列时，会发生什么呢?此外，在新闻中，诺贝尔奖的公告，世界上最大的艾滋病毒调查，为什么做你不喜欢的运动让你更有可能狂吃垃圾食品!
在这一集里
基因疗法可以让失明的老鼠看到东西
萨曼莎·德·席尔瓦，牛津大学
牛津大学开创了一项基因治疗技术，可以帮助修复视网膜和恢复视力。视网膜是位于眼睛后部的光敏组织，视杆细胞和视锥细胞在这里将光波转换成大脑可以理解的电信号。但在色素性视网膜炎等疾病中，这些细胞会死亡，导致患者失明。现在萨曼莎·德·席尔瓦和她的同事们已经开发出一种方法，使用一种无害的病毒来传递基因指令，这种指令可以使视网膜上存活的其他健康细胞变得对光敏感，并使失明的老鼠看到……
萨曼莎:在这种情况下，眼睛后部的感光细胞会逐渐丧失，也就是视杆细胞和视锥细胞，随着时间的推移，视杆细胞和视锥细胞最终会死亡，导致失明。尽管失去了视杆细胞和视锥细胞，视网膜上其余的细胞实际上在结构上基本保持完整，这些细胞之间的连接以及与大脑的连接也保持完整。所以我们的目标是看看是否有办法刺激这些残留的视网膜细胞，试图恢复光敏甚至视力。
克里斯:所以从本质上讲，你是在把眼睛后部那些正常情况下不起作用的细胞，比如视杆细胞和视锥细胞，转变成可以承担视杆细胞和视锥细胞的一些感光功能的细胞，这样你就可以再次把信号传递到大脑了?
萨曼莎-没错。马克·汉金斯教授是这篇论文的资深作者之一，他在2005年所做的初步研究表明，如果你取出一种感光蛋白，其中一种叫做黑视素，它已经存在于人眼中，然后把它放入一个不感光的细胞中，这个细胞就会变成感光细胞。在这项工作的基础上，我们试着看看我们是否能在这些剩余的视网膜细胞中表达黑视素，一种人类蛋白质，让它们在没有视杆细胞和视锥细胞的情况下对光敏感。
克里斯-你是如何得到指令，使感光化学物质黑视素进入现在需要它的细胞的?
萨曼莎-这就是基因疗法的用武之地。从本质上讲，我们所做的就是取一种对人类无害的腺相关病毒，我们对这种病毒进行基因工程改造，去除它通常表达的所有基因和蛋白质，让它表达我们想让它表达的蛋白质，这就是基因治疗的终极概念。我们所做的是，我们设计这些病毒来表达黑视素，然后将它们注射到患有视网膜色素变性的老鼠的视网膜下，看看病毒是否被吸收，以及它是否有效。
克里斯-病毒会进入这些存活的细胞并将基因加入其中吗?
萨曼莎-是的。我们论文的第一个发现是这种病毒是有效的。它能够让黑视素进入剩余的细胞，这种表达最初在几周后就能看到，但在单次注射后15个月后仍然存在。所以它会持续整个老鼠的一生。
克里斯:有炎症吗?因为，很明显，你把很多外来的东西放进了身体的某个部位，而这些地方通常是看不见的。免疫系统会有反应吗?
萨曼莎:这就是视网膜下疗法的部分好处，因为视网膜下的空间是我们所说的免疫特权区，所以通常不会对该区域的任何东西产生免疫反应。由于这个原因，眼睛非常适合基因治疗，所以我们没有在任何注射或治疗的老鼠身上看到任何免疫反应。
克里斯:你怎么知道你改变了这些老鼠的视力?
萨曼莎:一旦我们确定病毒起作用了，细胞中也有黑视素，我们就用电极记录处理过的视网膜，结果表明，当我们用光照射视网膜时，它们会产生电信号，可以传输到大脑。
克里斯:那么，你是如何证明大脑实际上是在解读这些信息的呢?因为视网膜的电活动稍微活跃一点是一回事，但这并不意味着信号就会进入大脑?
萨曼莎-没错。所以下一步，我们研究了很多不同的东西——一个是瞳孔对光的反应。正常情况下，当你把光线照进某人的眼睛时，他们的瞳孔会收缩，这是大脑中相应回路被激活的标志。在失明的老鼠中，瞳孔的反应严重减弱，因为缺乏对光的检测。而在接受治疗的小鼠中，瞳孔光反射在2个月大的时候恢复了然后在13个月大的时候继续观察小鼠。
就我们发现的光反应和视觉反应而言，我们发现我们研究中的老鼠能够察觉到视觉环境的变化，这可能等同于一个完全失明的人能够识别他们的环境，所以可能门在哪里，窗户在哪里，路上的障碍物在哪里等等。所以我们并不是在谈论快速动态视觉因为我不认为黑视素能够恢复它，但是，很明显，如果你一开始什么都没有，那么这是一个显著的进步。
克里斯:下一步是要进行临床试验吗?你是否处于可以安全地这样做的阶段?
萨曼莎:基本上，所有的基础工作都已经完成，要进入临床试验，还需要进一步的步骤，比如制造一种适合人类使用的病毒，而不仅仅是在实验室里。所有这些，监管工作需要几年的时间，所以我们希望在未来几年内把它带给病人。
诺贝尔奖:滴答，生物钟
与分子生物学实验室的内德·霍伊尔合作
2017年诺贝尔奖揭晓。第一个公开的奖项是生理学或医学奖，授予了杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·杨，他们发现了“生物钟”的工作原理。“时钟博士”内德·霍伊尔在剑桥分子生物学实验室亲自研究这一课题，他花时间为我们介绍了这一课题……
动物，植物，一些真菌，甚至细菌都有一个24小时的计时器，这是他们生物学中固有的。这使他们能够追求一种反映地球昼夜循环的生活方式。今年的诺贝尔生理学或医学奖是为了表彰在果蝇方面的开创性工作。科学家们确定了生物体如何保持日常节奏的基因。霍尔、罗斯巴什和杨不仅确定了与之相关的基因，这在当时是一项耗时数年的艰巨任务，而且他们还弄清楚了这些基因是如何测量时间的。
参与生物钟的基因可以在一个被称为负反馈的过程中开启和关闭自己。他们发现的第一个基因——经期基因的活动在夜间上升，直到黎明时分才自行关闭。在白天，周期的水平下降，直到它再次开启，再次开始循环。这种开关每天都在重复，这是日常生物钟的基本基础。
这种优雅的机制不仅适用于苍蝇，也适用于哺乳动物、植物，甚至真菌。后来的研究表明，人类生理的很大一部分受到日常生物计时的影响，包括激素、睡眠、体温和新陈代谢。对生物计时的理解对人类健康有影响，例如，倒班工作，我们的内部时钟与昼夜周期不一致，是许多疾病的风险因素，包括2型糖尿病和癌症。随着我们对生物钟的更多了解，我们可能有一天会减轻这些有害影响，或者至少对我们的生活方式做出更明智的选择。
世界上最大的艾滋病毒调查将于2018年开始
尼日利亚国家艾滋病控制机构的Sani Aliyu
尼日利亚是非洲人口最多的国家:大约有1.9亿人居住在那里，而且人口还在迅速增长。但那里也有数百万人感染了艾滋病毒，尼日利亚已经收到了数十亿美元的国际援助，以帮助他们控制这种疾病的传播。
然而，没有人知道到底有多少人被感染，或者在哪里被感染，因此很难确保这些资源得到适当的利用。去年，剑桥阿登布鲁克医院的传染病顾问萨尼·阿利尤(Sani Aliyu)被借调到尼日利亚提供帮助，他现在正在建立世界上最大的艾滋病毒调查。他告诉克里斯·史密斯他们打算怎么做……
Sani -尼日利亚是少数几个面临三重威胁的国家之一:高艾滋病毒负担，治疗方案并没有真正覆盖大多数艾滋病毒患者，以及新感染人数的缓慢下降。所以当我开始的时候，我们遇到的一个关键问题是如何评估项目的影响。我们的目标显然是无法实现的。我们在预防母婴传播方面存在问题，平均而言，世界上每三个携带艾滋病毒出生的婴儿中就有一个是尼日利亚儿童。但是，为执行伙伴制定的目标确实无法实现。
所以我们决定处理这个问题的最好方法是确定这个国家艾滋病病毒的真实流行情况，找出有多少人感染了艾滋病毒，我们计划做的是对家庭进行两阶段的集群调查。这将是世界上规模最大的艾滋病毒调查。我们的样本框架包含了大约3000万个家庭。
克里斯:那在地理上遍布尼日利亚?那么你在做什么，把国家划分成不同的区域，这样你就可以在每个地区都有代表性的横截面吗?
萨尼:没错。我们有所谓的枚举区域，首先我们要在每个采样帧中选取枚举区域。在每个统计区域内有25户家庭。我们在全国有60个地缘政治区域，这使它变得更容易，我们将一次考虑一个州，一次考虑一个国家实体。在这个过程中，我们不仅会提供艾滋病毒咨询和检测，我们还会关注艾滋病毒的发病率，对于那些已经感染艾滋病毒的人，他们的病毒学是否受到抑制，他们是否有耐药性问题，服务质量是否有问题?这是一系列的事情，但这将是一个巨大的练习。美国政府通过总统艾滋病紧急救援基金为该项目提供了约8500万美元的资金。这是迄今为止对艾滋病毒调查的最大投资。
Chris -但是为什么这能帮助我们了解这个国家的情况，并实现尼日利亚艾滋病传播的下降呢?
Sani -尼日利亚的艾滋病国家项目投入了大量资金。我们确实需要明确该计划的影响。我们一开始做得好吗，如果我们做得不好，为什么我们做得不好?我的感觉是，很多问题都是由于很难真正瞄准高流行地区，无法确定艾滋病毒高发人群的一部分。这项调查将给我们一个答案，因为我们将能够有效地引导这些资源。
仅在尼日利亚开展艾滋病项目以来，美国政府就花费了大约43亿美元。全球基金已经花费了大约13亿美元。就在我发言的时候，美国政府每年花费3.5亿到4亿美元，为100多万人提供治疗。但是，随着越来越多的人接受治疗，找到那些阳性的人将变得越来越困难。
克里斯-回归消失的法则?
莎妮:没错。在如何利用他们的资源来发现这些积极因素方面，我们需要提高成本效益。
有些人可能会说，为什么我们要在一个国家花这么多钱，而那里有很多需要的情况，很多值得的案例和事业——在一个国家投入如此巨额的资金有什么价值?不可否认，那里有很多人，我们为什么要在尼日利亚花这笔钱?
Sani:我们谈论的是长期消灭艾滋病毒;在全球范围内控制疫情。如果没有尼日利亚的疫情控制，世界上就不可能控制艾滋病毒的流行。这不会发生，因为我们估计大约有300万人感染了艾滋病毒。我们有世界上第二大的艾滋病毒负担。我们需要能够控制尼日利亚的艾滋病毒情况，否则就像是把钱花在了浪费的钱上。根据类似的调查，很多东非国家都做得很好，但是因为他们是小国，所以做这些调查的成本更低，而在尼日利亚，这是完全不同的问题。我们将从尼日利亚得到的答案将使我们能够确定资源需要用于何处，我们将能够知道在联合国设定的1990年目标之外，我们还需要哪些额外的资源。
诺贝尔奖:绘制移动的生物分子
托尼·克劳瑟，分子生物学实验室
诺贝尔奖名单上的下一个奖项是化学奖，雅克·杜波切特、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森因其在冷冻电子显微镜成像技术上的贡献而获得化学奖。托尼·克劳瑟在他的研究中使用电子显微镜，作为剑桥分子生物学实验室的同事，他与理查德相识多年。非常感谢MRC为我们提供了获胜者本人理查德·亨德森的音频…
我很高兴能分享诺贝尔奖。我认为……
托尼:要了解生命在健康和疾病中的运作方式，有必要了解所涉及的复杂分子的详细结构。所有生物细胞中的许多过程都依赖于巨大的、动态的分子机器。以前，这需要通过X射线晶体学来制造分子晶体并解决原子结构。这可能会很困难，因为重要的分子或复合物可能不会结晶，而分子中对其功能至关重要的运动将无法实现。
随着低温电子显微镜，特别是电子显微镜、电子探测器和计算机软件的发展，这一切都发生了变化。感兴趣的分子可以被困在冻结状态，其原子结构可以通过计算机平均不同方向的多个视图图像来确定。这也可能阐明不同的构象对理解分子的功能很重要。
这项新开发的技术仍有待改进，对所有对分子结构感兴趣的生物学家和参与药物开发的制药公司都很有用。例如，在LMB中，最近已经解决了在阿尔茨海默病中重要的tau蛋白丝的结构。
理查德:所以我们认为在几年或五年内，我们可能会知道人类生物种群中的大部分结构，然后是致病菌。所以这真的是一个非常激动人心的时刻。
健身还是垃圾食品:你会选什么?
与西澳大利亚大学的Natalya Beer合作
迈克尔·维勒最近在健身房锻炼出了一身汗;但是他决定了锻炼计划，还是别人决定的?这是一个重要的区别，因为它可以决定他之后对自动售货机里的垃圾食品的诱惑程度……
迈克尔-我们很多人都有过这样的经历:我们努力进行了一次艰苦的锻炼，但之后我们只想吃垃圾食品。但是，在其他时候，完成和锻炼会激励我们吃得健康……我们的身体似乎以神秘的方式工作。但现在，西澳大利亚大学的研究人员已经揭示了运动与随后的饮食行为之间的联系……
Natalya——我们都知道锻炼的好处，但同样重要的是要注意，有时我们在锻炼后的行为实际上会抵消这些好处。
Michael -那是Natalya Beer;她是西澳大利亚大学的运动研究员……
Natalya:我们想看看操纵人们对运动的心理态度会如何影响他们在运动后对食物的看法。具体来说，我们操纵了人们在锻炼时的选择感，然后看看他们之后会吃多少食物，以及他们会吃的食物类型。
Michael - Natalya和她的同事所做的实验是在完成锻炼之前将人们随机分成两组。一组有很多选择，比如他们做的运动类型、运动强度、运动持续时间，以及听什么音乐。现在，对于这个选择组中的每一个人，都有一对配对的人做了类似的练习，但没有选择。
配对组几乎在各个方面都很相似，除了一个有很多选择，另一个没有选择。他们性别相同，身高、年龄、体重、健康状况相似，在锻炼过程中消耗的能量也相似。然后，研究人员秘密测量了参与者在运动后吃的食物的数量和种类……
Natalya -他们没有被告知我们将测量他们的能量摄入或食欲。当我们向他们提供自助餐时，我们实际上是说这是一种感谢的姿态。
迈克尔-研究人员用问卷来确认参与者没有意识到这项研究的真正本质，即测量他们从一堆健康食品和一堆不健康食品中吃了什么……
Natalya——我们提供了一些显而易见的选择，比如低脂牛奶、全谷物面包、全谷物早餐麦片、水果，这些都是我们非常熟悉的健康食品。至于不健康食品，我们又有了明显的选择，我们有松饼、棒棒糖和巧克力饼干。
迈克尔:我当然知道我应该吃什么，但研究人员发现了一些非常有趣的事情。尽管两组报告的食欲评分相似，但在锻炼过程中没有任何选择的那一组比有很多选择的那一组吃了更多的不健康食品，能量摄入量也比有很多选择的那一组高30%左右。那么这是怎么回事呢?
Natalya -在这个实验的例子中，也许通过继续一项他们并不特别喜欢的运动来进行自我控制，可能会降低他们在接触到他们可能想要的食物后能够进行自我控制的能力。我们观察了他们的血糖水平，因为有很多理论表明，随着自我控制能力的降低，他们可能也会经历低血糖水平，但我们发现两种情况下的血糖水平非常相似。
迈克尔:这是一个聪明的实验，研究人员认为我们可以从中吸取教训……
Natalya:嗯，从我们的研究来看，在锻炼过程中提供选择的简单行为，如果它们能影响我们在锻炼过程中以积极的方式行事，那么为什么不把这些方面结合起来呢?对于任何参与锻炼并希望从锻炼中获得最大收益的人来说，这是一个重要的考虑因素。但是对于那些鼓励别人去锻炼的人来说确保他们给了那些人一些选择他们在做什么确保他们喜欢做，因为他们想做而不是被强迫做。
谢谢DjDust为了苹果嘎吱声的效果
诺贝尔奖:引力波
与格拉斯哥大学的马丁·亨德利合作
2017年诺贝尔物理学奖被授予雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他们在2015年首次探测到引力波的工作。格拉斯哥的天体物理学家马丁·亨德利解释道:
马丁-引力波是一个世纪前阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论预言的时空涟漪，由宇宙中一些最剧烈的事件产生。然而，当它们到达地球时，引力波对我们这片时空的干扰小得令人难以置信——只有人类头发宽度的十亿分之一。
2017年诺贝尔物理学奖授予了LIGO故事中的三位关键人物，他们帮助开发了测量这些微小涟漪所需的令人难以置信的技术，并将它们与所有可能完全淹没它们的局部干扰隔离开来。这两个LIGO设施是有史以来最灵敏的科学仪器，于2015年首次探测到10亿光年以外的两个黑洞合并产生的引力波。
凯蒂- LIGO是用来探测引力波的仪器。利用激光的干涉来探测引力波经过时时空的挤压和拉伸。
马丁- LIGO的发现是一个巨大的团队的努力，涉及世界各地数千名科学家，几十年来共同努力，将许多人认为不可能实现的梦想变成了天文学中最热门的话题。但ligo首次探测到引力波仅仅是个开始。自从去年2月宣布这一发现以来，又有三次黑洞合并的发现得到了证实，我们看到了这一黑洞群体如何融入宇宙演化的大图景的第一个线索。
DIY:提取草莓DNA
乔纳森·劳森，剑桥大学
DNA到底是什么?它长什么样?来自剑桥附近巴伯拉罕研究所的乔纳森·劳森有一个你可以在家里尝试的实验……
乔纳森:DNA是所有生物的指导手册。在每个人类细胞中，大约有两米长的DNA;它是一系列被称为碱基的化学单位它们连接在一起形成一条长链这就是螺旋结构。有四种不同的化学单位A、C、G和T，它们的顺序决定了信息的存储方式。
现在我们要从草莓中提取一些DNA我们来到剑桥的老卡文迪什实验室，这是沃森和克里克1953年首次发现DNA的地方。
我们要拿一些草莓，把草莓放在一个塑料三明治袋里，然后你要加一点盐，一些水，最后，一些洗洁精。然后用你的手尽可能地把草莓压扁，这样所有的DNA就能从细胞中释放出来，这样你就有了一种漂亮的，相当清澈的红色液体，但你看不到这种形式的DNA。
你想象它的方式，你看到它的方式，是让很多很多的DNA粘在一起，这样它们就足够厚了，成簇，可以看到它们。方法就是加入一些酒精。现在，当你仔细观察时，你会看到非常细的，毛茸茸的白色线，那是DNA都聚集在一起。制造草莓所需的所有遗传信息都在这些白色DNA块中。
虽然我们在这里做的是一个非常简单的实验，你可以很容易地在厨房里做，完全相同的程序——用洗涤剂打开细胞，用盐保护DNA，用酒精把DNA从细胞的其他部分分离出来——这和现在世界各地的实验室里正在进行的DNA测序和试图理解基因和基因组的实验是完全一样的
实验:香肠里有什么?
与剑桥大学的Ed Farnell合作
所以我们可以在一分钟内从草莓中提取DNA。但为什么要在草莓上停下来呢?我们想知道我们是否能从香肠中提取DNA，以及我们是否能读取DNA中的遗传字母或碱基序列，从而找出里面有什么肉。我们让遗传学家史蒂夫·贝恩负责这个案子
史蒂夫-我想买些香肠。我要两份猪肉的。
肉贩声称这些香肠100%是猪肉，但我们可以用DNA来验证吗?我去了剑桥大学的病理学实验室在那里，Ed Farnell博士会帮我弄清楚这些香肠里到底有什么。我们要做的第一件事是从香肠中提取DNA，要做到这一点，我们基本上使用了与草莓实验相同的技术，尽管使用了更昂贵的化学品和更高档的设备……
艾德:我们已经提取了DNA，现在我们要开始准备DNA测序了。但是，我们不会对猪的整个基因组和香肠中的其他任何东西进行测序，而是将重点放在一个小区域上，它作为每只动物的条形码。现在我们要瞄准那个区域的方法是使用引物这些引物是DNA的一小段，它们瞄准我们的酶，然后酶会制造很多很多的拷贝。这样我们就可以建立一个库我们可以把它放在测序仪上得到这些区域的序列。
史蒂夫-以这种方式产生许多DNA片段的副本，我们需要一种叫做聚合酶链反应或PCR的技术，它使用一种叫做DNA聚合酶的酶…
要用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA，你需要将两条DNA链分开。你要把它们加热到98摄氏度，然后把它们一分为二。然后我们把它冷却到我们所说的退火温度，这里是63摄氏度;这使得引物能够特别地附着在链的一小部分上。一旦粘住，我们把它加热到72度;这样聚合酶就可以进来复制我们感兴趣的小区域。
聚合酶链反应过程大约需要一个小时来产生数百万份我们的DNA片段。一旦完成，一种含有特殊标签的液体就会被添加到DNA中。这些标签很重要，因为它们用不同的颜色标记每个DNA碱基A, T, C和G，这使得它们可以被称为DNA测序仪的机器读取。
我现在就站在机器前面，它的前面有一个屏幕，那是我们进行互动的地方。它是触摸屏，所以它非常非常简单，所以我要按下那个友好的大按钮，上面写着"序列"在这一点上，它会抓住我们制作的文库基本上是我们复制的一小段带有这些标签的复制DNA。然后你有一台电脑和后面的一个软件，每个周期拍摄一张照片，然后重新组装成一串DNA字母。我们走吧……
我们能读取的最古老的DNA序列是什么?
与剑桥大学的Eske Willerslev合作
现在我们的香肠DNA是“新鲜的”，但我们也可以使用类似的技术提取和读取更古老的DNA样本的基因序列。剑桥大学的Eske Willerslev是这一领域的先驱，他向Chris Smith解释了DNA技术可以带我们回到多远的时间……
埃斯克:我认为我的团队仍然保持着最古老基因组的记录，那将来自一匹70万年前的马。但我的预测是，我们甚至可以活得更久，在某些情况下超过100万年。
克里斯-那么那些超过50万到100万年前的东西的DNA是什么样的呢?
埃斯克:它非常碎片化，所以当你从这些古老的样本中提取DNA时，它通常不超过100个碱基对。相比之下，如果你从你和我身上提取DNA，我们会看到长达数百万个碱基对的片段。所以它变得高度碎片化DNA也会有其他的修饰在你刚刚描述的扩增过程中会导致错误碱基的结合。
克里斯:你能把它想象成拼图吗?在我身上，这个拼图是完整的，你可以看到整个画面，但在一个70万年前的骨头残骸或其他东西上，这有点像有人摇动了拼图盒，把拼图分成了所有的小块，所以在把基因组重新组装起来的时候，你必须试着找出每一个单独的碎片去了哪里，才能形成这幅图?
埃斯克:没错。这就像一个大谜题，对吧?所以你有这些非常短的DNA片段然后你必须将它们组装成基因组要做到这一点，你通常使用参考基因组。举个例子，如果你在对一个古人类的DNA进行测序，使用一个人类参考基因组，然后把这些你已经测序好的小片段一块一块地放进去。
克里斯:你是在用电脑计算出每一个碎片的位置吗?因为它可以一次看到数百万种可能的排列和组合，完成我们需要数百万年才能完成的事情。
埃斯克:没错，是通过电脑编程。但令人惊讶的是，只有35个碱基对的片段，我认为在人类基因组的60%的范围内，你可以用这些小片段来绘制独特的图谱。
克里斯:你是如何从这些古老的标本中提取DNA的?为什么我们只能追溯到100万年前?我们在博物馆里有很多比它更古老的东西，不是吗?
埃斯克-是的。我们最近发现的一件事是，如果你看到的是一具骨架，那么在骨架的某些部分，DNA保存得更好。例如，内耳的石质骨是人体中密度最大的骨头，与其他地方相比，那里的DNA保存似乎非常好。同样在牙齿中，你也会发现与其他地方相比，DNA保存得更好。但是，当然，随着时间的推移，也取决于你所处的环境类型，DNA最终会变得如此碎片化，以至于实际上不可能从中提取任何信息。
克里斯:我们现在是否处于这样一个阶段，像你这样的人能够从越来越小的、越来越古老的标本中获得DNA，有时我们会发现化石的基因图像，在我们真正找到它之前，它就存在于历史上了?所以我们知道我们已经找到了它的基因特征但现在我们必须去寻找我们已经找到的基因特征?
埃斯克:没错，这并不罕见。你可以说，我们发现的基因序列与任何现有的序列都不匹配，因此，它很可能来自某种灭绝的物种，可能还没有被描述过，或者至少还没有被排序过。但在某些情况下，你也有一些物质在形态上已经被描述了，但还没有被排序，因此，你得到的序列与任何东西都不匹配。很难说是一种还是另一种。
关于人类和我们的起源，我们能学到什么?通过使用你正在开发的各种技术并将它们应用于人类进化，我们现在可以学到什么?
埃斯克:你可以学习。你可以说是人类的生物史。在过去的几年里出现了很多事情，但有一件事已经越来越清楚，那就是现代人类已经迁移了很长的距离，甚至从很早的时候就开始了。散布在整个景观中，彼此相遇，在不同的时间点相互混合。这也使得，例如，种族的整个想法有点荒谬，因为从我们可以测量的时间开始，群体就一直在聚会，分离，再聚会。
克里斯:你能推断出人类的社会结构吗?因为我们是社会性很强的物种，不是吗?在某些种群中，某些基因簇或基因序列的关联，能否告诉我们在进化时期谁与谁交配?
埃斯克:没错。实际上我们有一篇论文科学这周我们要讨论的问题是早期现代人是否真的理解近亲繁殖和远亲繁殖的概念?当然，如果你是近亲繁殖，你就会患上各种疾病，这对人类是非常不利的。为了做到这一点，我们对34000年前同一地区的一些个体进行了测序，令我们惊讶的是，这些个体来自一个非常小的群体，似乎不是近亲繁殖的。它们似乎并不像大多数人认为的那样密切相关。这确实说明，至少在旧石器时代晚期，也就是34000年前，人们就知道需要从群体之外获得配偶，从这个意义上说，就是避免近亲繁殖……
来自病毒的基因指纹
Andrea McCollum，美国疾病控制和预防中心
我们屈服于由病毒等病原体引起的感染，会在受害者身上留下基因指纹。即使病毒本身可能已经死亡，其遗传物质的序列仍然可以从各种组织和标本中获得，并可以揭示这些感染的来源以及它们如何进化的关键见解。这反过来又告诉我们，我们未来可能遇到的感染会有怎样的表现。Andrea McCollum就职于美国疾病控制中心，Izzie Clarke采访了他的工作。
Andrea:我们有几个兴趣点:一个是天花病毒本身以及它是如何随着时间演变的。然后我们也对用来给人们接种天花疫苗的病毒很感兴趣。
如果我们可以开始收集这些古老的标本，然后填补我们知识上的空白，我们可能会更好地了解使用的是什么，例如，在19世纪的美国。对于现代来说，如果我们能确定这些病毒是如何变化的，那就太好了。它们是否发生了某种改变，从而影响了它们感染人类细胞并导致人类疾病的能力?随着时间的推移，它们的传染性是否真的变得不那么强了?
所以我们有很多非常有趣的问题，这些类型的标本帮助我们开始填补这些漏洞并回答这些问题。
伊兹:天花已经被根除了，那你怎么调查这个呢?
安德里亚:我们非常依赖于观察更古老的标本。这些古老的标本让我们可以研究痘病毒，包括天花，它们出现在19世纪，18世纪，甚至更早的时候。例如，我最初是在2011年参与的，我们接到了一个电话，有人参观了一家博物馆，看到了一个被标记为天花痂的东西。这实际上是一个痂，装在信封里，装在一封信里，从一个父亲寄给另一个儿子，在维吉尼亚州，这是在内战之后，大约在19世纪70年代。从信中可以看出，这是一个疫苗结痂。我们的想法是，从某人身上收集的含有活病毒的痂被送到这个家庭成员那里，然后可以给其他人接种疫苗。
Izzie -你正在研究这些病毒的遗传信息，病毒是否必须是活的才能获取遗传信息并观察它?
安德里亚:不，不是的。这些病毒的好处是，它们是DNA病毒。即使病毒本身已经死亡，因为它不能引起人类或其他动物的感染，你仍然可以提取一些遗传物质，然后在实验室里观察它，获得DNA序列，然后找出它是什么病毒。这是我们对这些标本所能做的一件事，比如我在弗吉尼亚提到的痂。或者最近从西伯利亚永久冻土层中取出的尸体上获得了标本。你可以在病毒没有存活的情况下了解到很多关于你发现的病毒的信息。
伊兹-这些基因信息能告诉我们关于病毒的什么信息?
Andrea:如果我们发现了痘病毒，我们马上就会感兴趣的一件事是1)它是什么物种?还是多种病毒的结合?然后我们要逐个观察基因看看这些基因是否和我们现在知道的存在于病毒中的基因相同。然后在基因中，你可以查看特定的序列信息来确定随着时间的推移是否有很多进化?哪些特定的序列发生了变化?也许还会对这些变化发生的原因提出假设。
伊兹:这能帮助我们理解现代病毒吗?我们已经见过很多寨卡病毒和埃博拉病毒了。
安德里亚:当然。你肯定需要这样做，所以我认为它可以在很多方面帮助我们。它可以帮助我们了解病毒是如何随着时间的推移而变化的这可能会对病理学或这些病毒感染人类细胞的能力产生影响。我认为这些古老的文物真正好的地方在于如果你能把它和文献资料结合起来。例如，在弗吉尼亚州的痂，它是在一封信中发现的，所以我们记录了它是如何获得的，然后被用于疫苗接种的信息。如果样本来自一个真正的病人，你有一些关于病人的临床表现的信息，以及病人在感染后的经历，我认为它可以帮助我们了解这些病毒引起疾病的能力。今天这些病毒是如何与人类相互作用的。当然，还有很多非常有趣的历史信息。
伊兹:我们是否应该担心这些活病毒及其遗传信息进入现代社会?
安德里亚-我想首先我们必须确定我们什么时候找到这些遗物里面有没有活病毒?到目前为止，我们还没有找到活病毒。当然，这是一个令人担忧的问题，我认为我们希望非常迅速、非常有效地确定这一点。一是为了找到这些标本并与之合作的个体的安全。然后我们还要确保它不会进一步传播。
结果:香肠里有什么?
与剑桥大学的Ed Farnell合作
还记得我们之前做基因测序的香肠吗?让我们回到剑桥病理学实验室，在那里，制作香肠的屠夫、史蒂夫·贝恩和埃德·法内尔向我们展示了他们的发现……
艾德:我们看到的是一个饼状图，它以百分比的形式显示了从每种动物身上读取的数量。每个单独的读取都是该序列测序的保守区域的一部分。
Stevie -读取的百分比我们说好的，我们知道这个特定的序列在筛选中看起来像这样。现在有多少种?
艾德:没错。我想好消息是你的香肠含量是98.61%——根据这个——猪，这是相当不错的。基本上都是猪的，然后我们有少量的牛或牛肉。一点羊肉，一点鸡肉，还有微量的人肉。
史蒂夫-等一下!你找到人类DNA了?
艾德:是的。
在一些香肠里。
埃德:我们用手把它们混合在一起，这样就可以留下很少量的痕迹，同时还要处理它们。我们在实验室准备的方法也一样，灰尘里有DNa，工作台表面也有DNa。
回到我们在那里发现的其他一些东西。里面有一点牛的味道。我们有0.26%的羊，这是读取的百分比。绵羊的遗传密码在香肠中出现了多少次?
艾德:在我们的测序数据中，没错。
史蒂夫:但这并不一定意味着0.26%的香肠是羊做的?
艾德:没错。这可能有几个原因。一是我们确实放大了这个区域我们可能会有一些偏差一些序列比其他序列更被放大只是因为它们是序列的类型。另一个问题是线粒体，我们正在对其进行测序，它们存在于这些动物的肌肉中这就是我们制作香肠的原料。一个有趣的现象是在所有不同的物种中，猪，牛，羊，实际上都有很多不同数量的线粒体。比如说，在猪的一个细胞中，你可能有一百个线粒体。然而，在一个母牛细胞中，你可能有一千个线粒体，反之亦然。所以这也会影响我们分类的准确性。
史蒂夫-这就是为什么这种测试它告诉我们里面有什么DNA但是食品标准局会用更准确的测试来量化肉中每种动物的含量?
艾德:没错。
Stevie -所以当然是高质量的香肠，不需要担心那些人类的痕迹?
艾德:不，绝对不是。
Stevie -因为我想这就是DNA的神奇之处，我们留下了自己触摸样本或切香肠的痕迹它就会出现吗?
艾德-用来切它的刀，什么都行。因为我们有测序数据，我们可以看到我们得到的不同序列位的变化。我们确实发现了一些很有趣的东西我想问你的是这些香肠都是用一头猪做的吗?
屠夫-不，我想大概是两三个。
艾德:这真的很酷，因为当我们查看序列数据时，我们可以看到可能有三到四只不同的猪，仅仅从基因变异来看。这真的很酷，所以它和你们做香肠的方法很匹配。
史蒂夫:你觉得比赛结果怎么样?
屠夫-说实话，我松了一口气。是的，这么说吧，我老板会很高兴的。
Stevie -好了，现在问题解决了，剩下唯一要做的就是把它们煮熟，然后大吃一顿。
用10万个基因组改进医学
和Illumina的David Bentley一起
David Bentley是Illumina公司的首席科学家，他和Chris Smith一起来到了演播室。Illumina公司位于剑桥郡，他们开发了我们用来读取香肠DNA的系统，他们是英国国民保健服务10万人基因组计划的官方合作伙伴。这是一项雄心勃勃的研究，由时任首相戴维•卡梅伦(David Cameron)于2012年公布，旨在读取数千名国民健康服务(nhs)患者的基因序列。大卫向克里斯讲述了这个项目，以及Illumina是如何参与到这个项目中来的。
大卫:这个项目是同类项目中第一个真正检测大量患者的项目——大约7万名患者的10万个基因组。特别是如何在临床实践中最好地利用整个基因组序列;我们可以从中学到什么;我们面临什么样的挑战;如何处理这些信息，以及最终如何真正对所谓的精准医学或基因组医学产生影响。为了给每个病人一个更好的答案，因为我们通过他们的基因组了解病人，我们更了解他们可能患有的疾病。
克里斯-我们在几个小时内就做了一点香肠。对于那些可能不太熟悉你的技术和技术的人来说，用你提议的方式读取人类的整个遗传密码会有多大的问题?
大卫:一个人的整个人类基因组比你刚才说的一些样本要大得多。每个人体内大约有30亿个碱基或基因组。第一个人类基因组，之前提到的参考人类基因组花了7年的时间排序，由一个国际团队完成。
剑桥大学的技术革命让我们可以在两天内完成一个基因组。事实上，它允许我们在两三天内做几个基因组，因此，这真的使得在临床相关的时间框架内获取和提供这些信息对患者有益成为可能。医生可以真正地问问题，并利用这些信息，我们在真正需要的时候把它归还给医生。
这是一个持续的过程;随着我们的前进，它正在加速，重要的是要说，做10万个基因组是一项非常大的任务。这涉及到合作关系，不仅是与NHS，而且非常重要的是，与专门管理整个项目的英国基因组学公司，他们与我们合作。他们必须应对挑战，不仅仅是Illumina测序的速度有多快?还有他们如何招募病人，提供同意，收集样本，返回数据，分析，解释数据，并真正将数据反馈给医生?整个过程将在3-4年的项目期间以10万的水平直接解决。
克里斯:我们称这个项目为10万人基因组计划，但这其中有一个微妙之处，因为你当时说，它来自7万人。为什么会有这样的区别呢?为什么会有7万人和10万个基因组?
大卫:这个项目真正解决的是基因组真正希望产生重大影响的两个先行者挑战。一种是罕见的遗传病，经常发生在新生儿和儿童身上。在这种情况下，我们真的希望尝试对受影响的孩子和他们的父母进行测序-这是一种疾病的三个基因组。
当然，另一个重要的领域是癌症。癌症也是一种基因组疾病，但在这种情况下，癌症中的DNA在一段时间内发生了变化。要么是暴露在毒素或辐射中，要么是通过其他事件，这些事件确实引起了变化，因为这个人的基因组是由父母遗传给他们的。在这里，我们对肿瘤DNA进行测序，以观察自生殖系，自出生以来发生的变化。但我们也会对同一病人的正常细胞进行测序，这样我们就能区分出不同之处，并真正查明癌症中发生了什么，而身体其他部位的细胞中没有发生什么。这确实给我们提供了导致癌症的线索;这个人接触了什么，希望我们能如何控制病情或提供治疗。
克里斯:但是世界各地的科学家对基因、肿瘤和病人进行测序已经有很长一段时间了，那么，以你的方式进行大规模的测序，有什么是别人做不到的，而且很容易复制的呢?
大卫:认识到所有其他研究的重要性是很重要的，因为所有这些信息都包含在当前的研究中。但在两天内一次性完成整个基因组测序的关键在于有可能收集到所需的所有信息。答案就在某个地方，如果你有整个基因组，你只需要知道如何找到它。你可以在干草堆里找到针，但你至少有整个干草堆可以快速有效地查看。我们可以开发方法，我们正在开发更快更精确的分析方法，以一种非常自动化的方式在这些大草堆中搜索，为这些特定的个体寻找疾病的原因，并迅速提供答案。
克里斯:你过得怎么样?你准时了吗?
大卫:节目进行得很顺利。正如我所描述的，这是一个巨大的工程。从诊所的病人到Illumina的测序，再回到英国基因组，再回到医生那里，这条路需要一些时间。到目前为止，我们已经完成了35000个基因组。其中大多数是在过去的12到18个月里完成的，我们一直在加速这个项目，因为我们知道如何做得更好。从英国基因组学到基因组医学中心，再到研究中心，再到数据中心，全国各地的团队都在共同努力，决定如何最好地、快速有效地处理这些信息。
克里斯:简单地说，大卫，当我们谈到数据、个人数据和数据安全时，人们经常会担心，那么你如何保证一个人的基因指纹在你或项目手中的安全?
大卫:重要的是要意识到，在个人数据和DNA的安全方面已经付出了大量的努力。监管链从医生和同意参与治疗过程的病人开始，并得到医生的解释。甚至当DNA到达我们这里的时候，它已经被匿名化了，所以这个人的身份是受到保护的，离源头很近，英国基因组公司通过一个高度安全的数据设施来处理这个问题。他们还将临床信息存储在下游，使人们能够感到安全，因为他们可能会知道，英国基因组学公司确实拥有该项目的重要隐私和机密性。
拍苍蝇最好的方法是什么?
迈克尔·惠勒一直在讨论约翰的这个问题。所以，我们不亲自回答这个问题，我们把它交给我们的听众，来自澳大利亚墨尔本的伊恩发现，把苍蝇和拍手弄混会让工作更容易。但是我们的专家是怎么想的呢?这是来自剑桥大学的动物视觉专家凯特·费勒……
凯特-在芬兰举行的动物视觉会议上，我们和几位研究人员讨论了这个问题，就像在桑拿浴室里裸体的科学家一样，我们都同意这个问题。是的，这是可能的。
因为苍蝇的运动视觉处理得非常快，理论上你可以通过非常缓慢的移动来欺骗苍蝇。相对于苍蝇的视线，你的手的边缘扩张的速度有多快是触发苍蝇逃跑的因素，所以一只缓慢的手可能会迷惑苍蝇。然而，因为苍蝇的运动视觉非常敏感，你必须移动得很慢，要么你感到无聊而放弃，要么苍蝇就起飞了。因为，你知道，苍蝇不会在一个地方呆很长时间。
一些替代方法是完全静止，看着苍蝇，直到它开始自己洗澡，然后在它分心的时候迅速出击，就像在淋浴时跳到它身上一样。你也可以以正常的速度接近苍蝇，而不是拍打它，拍你的手正好在苍蝇起飞时拦截它。
迈克尔-老的“陷阱和拍手”方法。这个甚至可以“在飞行中完成”……
一个同事推荐的另一个解决方案，也是我个人尝试过的，就是把你的手指和苍蝇放在同一个表面上，把你的中指像弹弓一样向后拉，同时慢慢地把你的手伸向苍蝇，一旦虫子进入你的范围，就迅速松开翘起的手指。因为苍蝇是从多个方向接近的，所以它应该足够困惑，不会像往常一样起飞，所以当你松开中指时，你可以有效地压扁它。我一定会尝试这种方法。
Michael -所以，外面的苍蝇，小心那些裸体科学家。金宝搏app最新下载
下周，我们将公布杰森这个问题的答案:
杰森-我们的新家离手机信号塔140米远。作为一个家庭，我们三个人在睡眠、动力和焦虑方面都受到了不同程度的影响，这些都是暴露在微波辐射下的常见症状。这是一个有争议的话题，但住在电话塔附近有什么重大的健康风险吗?
谢谢Nebulousflynn对于苍蝇的声音效果。
- 以前的太空科学家探索ESTEC
- 下一个世界上大多数蜂蜜都含有新烟碱
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