本周，我们来看看医学的未来，表型组学!包括那个能分析你放进去的东西的马桶!还有新闻，把酒送上太空，对生命起源的新认识，以及为什么睡眠不足会让你想吃东西!
在这一集里
高频是理解语音的关键
莉娜·莫特拉·扎德和大卫·摩尔，俄亥俄州辛辛那提儿童医院
你在嘈杂的地方听不懂别人在说什么吗?如果是这样的话，本周的一项新研究或许可以解释其中的原因。美国研究人员发现，高频声音在语音的可理解性中起着关键作用。如果你听不清楚，你在嘈杂的地方就会很困难。但这些关键的频率通常不会在听力测试中进行常规检查，也许他们应该这样做，正如亚当·墨菲从俄亥俄州辛辛那提儿童医院的莉娜·莫特拉格·扎德和大卫·摩尔那里听到的那样……
大卫:在普通的听力学检查中，他们通常会检查250赫兹到4000或8000赫兹之间的频率，其中250赫兹是低音，4-8000是高音。但实际上，健康的年轻人可以听到高达20,000赫兹(20千赫兹)的声音，但听力学家往往不注意8到20千赫兹之间的高频，部分原因是声音的大部分能量都在较低的频率上。我们从日常使用电话等的经验中知道，我们实际上不需要使用那些扩展的高频，至少在正常的听力条件下。
亚当-莉娜现在我们已经和大卫做好了基础工作，你能跟我解释一下你做的实验吗?
莉娜:我们招募了年轻人，其中超过60%的人不到30岁，我们惊讶地发现，超过一半的人有延长的高频听力损失，这与自我报告的在嘈杂环境中听语言困难有关。所以我们首先从常规的意识形态测试开始，包括听力测试。当你去看听力学家的时候，你给他们发一些不同音高和强度的纯音，让他们对这个声音做出反应，即使这个声音很软，以获得他们能听到的最小数量的东西。在那之后，我们使用了“噪音中的语音测试”，我们想看看如果我们让参与者参加高频的听证会，非常高频的听证会，他们的语音理解能力会如何。所以，令人惊讶的是，当我们把滤波器的截止频率设置为8千赫兹以上时，它们的分数显著提高。因此，这表明听众可以使用这些频率来理解噪音中的语音。
亚当——为什么没有这些高频信号就意味着你不能很好地从人群中分辨噪音呢?
莉娜-理解语音主要依赖于高频，因为高频可以提供可理解性或清晰度，我们需要听到语音的高频部分，以便在嘈杂的环境中跟上对话。然后你就会有高频听力损失，这是由于年龄、噪音或大量有毒药物造成的，这主要影响高频范围的听力——在这些频率上，你不能像听力正常的人那样轻易地听懂别人说的话。
亚当:你想让人们从这项研究中得到什么?
大卫:我认为这给我们提供了一个个性化医疗的机会，因为重要的是要意识到有些人有这个问题，而有些人没有。然后我们可以调整我们的干预措施，无论是保护听力，甚至是一些即将上线的新药，以防止真正需要它们的人的听力损失。
第一批细胞是如何在深海喷口形成的
肖恩·乔丹，伦敦大学学院
这是一个没有人会厌倦问的问题——我们从哪里来，生命是如何开始的?一种理论认为，深海喷口——富含矿物质的温水从地球内部流出的地方——发挥了关键作用;在这里，条件可能正好可以让更简单的分子连接起来，形成包裹细胞的关键的油基膜。虽然这个理论很好，但没有人能证明它是可能的。到目前为止，的确如此。因为，通过在他的实验室中重现类似海底通风口的条件，伦敦大学学院的肖恩·乔丹已经让它发挥了作用。他告诉凯蒂·海勒，这些通风口是如何以及为什么对这个过程如此重要……
肖恩:所以，它们的独特之处在于它们是由碱性液体形成的，45亿年前，当我们认为第一个生命出现的时候，酸性海洋和碱性液体在一个喷口里，它几乎就像一个电池，所以一边是正电荷，另一边是负电荷。这提供了能量，可以让你创造第一个有机分子，然后你可以经历更复杂的化学阶段。由于它们的内部结构，我们可以把分子集中在通风口里，你可以形成这些非活细胞，最终变成活细胞。
凯蒂:我们已经考虑了热液喷口和生命起源的问题。那么，你想通过这项研究解决的具体问题是什么?
肖恩:关于生命的起源有很多理论，碱性热液喷口有很多理论。在以前的研究中，没有人能够在碱性、咸味的条件下形成这些细胞。所以这对这个理论来说是一个巨大的打击，因为如果所有的生命都是细胞，我们第一次能够形成它们，我们认为这是对这个理论的一种推动。
凯蒂-你到底是怎么制造出细胞之前的东西的。那是什么?
现代细胞是由磷脂形成的。这些都是相当大的分子，它们的尾部是疏水的，也就是说它们不喜欢水而它们的头部是亲水的，也就是喜欢水。当你把它们放在溶液中疏水的尾部连接起来，亲水的头基团指向外面然后它们形成了这个球体，看起来像一个肥皂泡。我们可以在显微镜下看到它们，它们看起来像一个脂肪球!
凯蒂-这些是非常非常简单的细胞吗?这些细胞与我们今天可能看到的正常动物或植物细胞相比如何?
肖恩-是的。所以它们非常简单。我们用了14种脂类，脂肪酸，醇类和类异戊二烯。现代细胞由许多不同类型的磷脂组成，所以分子更大，但也有蛋白质。所以，这些都是组成细胞膜的不同分子现代细胞的细胞膜在新陈代谢中是完全活跃的允许物质进出。这些简单的细胞是什么样的，它们实际上是很容易渗漏的，所以这很好，因为当你没有一个主动的方式通过细胞膜。如果细胞本身是漏的，物质就可以通过而不需要做任何功。但如果我们能让简单的酶，比如蛋白质，进入这层膜，它就能开始在新陈代谢中发挥作用。
凯蒂-好的。这可能会让我们更接近我们今天所熟悉和喜爱的细胞。
肖恩-没错。
凯蒂:你是如何在你所拥有的条件下制造出这些细胞前体的，这是以前人们无法做到的。
肖恩:我们认为人们以前做不到的原因是，人们采用的方法是一种标准的化学方法，所有的东西都保持干净。他们使用1、2、3个分子来制造细胞，并将它们置于非常恶劣的环境条件下，比如高温、不同的ph值和不同的盐。这些简单的细胞不喜欢这样，但好在在生命起源的时候你会有将近一百个这样的分子。所以，我们想让事情变得更混乱一点，更现实一点!所以我们用了14种不同的脂质把它们混合在一起它们在这些条件下是稳定的。
凯蒂-好的，所以你有了更多种类的开始组件。实际情况如何?因为这些喷口又热又碱又咸，对吧?
很多人把它们和黑烟通风口搞混了，黑烟会冒出来。它们的温度在350度左右，在这种情况下形成任何生命都要困难得多但是碱性喷口的温度在50到100度之间，我们用的是70度。海水中盐的浓度因为这是我们所能得到的最好的近似他们所看到的当时海洋的样子然后在P.H. 11左右的碱度12页，我们用它代表了里面的液体。
凯蒂:现在不要太哲学化了，这些前体实际上并不是活的，对吧?
肖恩，他们绝对不是活着的。
凯蒂:能够完成这个过程告诉我们生命最初是如何开始的?
我们所能做的就是思考生活需要什么，即使这本身就是一个有争议的话题!所以，大多数人对什么是活的，什么不是活的意见不一，但我们可以用简单的东西，比如DNA，细胞膜，新陈代谢我们可以试着在实验室里复制它们每一个然后我们可以开始考虑把它们组合在一起。如果你能让所有这些组成部分在符合你理论的条件下工作，那么这就给生命可能出现的地方提供了更多的支持。
睡眠不足会导致食欲不振
Surabhi Bhutani，圣地亚哥州立大学
这听起来似乎有悖常理，但在床上多睡一两个小时有助于降低肥胖的风险。另一方面，睡眠不足似乎是暴饮暴食的有力诱因，尤其是高热量、高脂肪和高糖食物。但这是为什么呢?圣地亚哥州立大学的Surabhi Bhutani的一项新研究表明，睡眠不足会导致人体自身类似大麻的化学物质激增。她发现，这些会导致大脑中控制食物摄入的脑岛区域放松对大脑嗅觉区域的抑制控制，使美味佳肴的香气太诱人了，无法抗拒，正如克里斯·史密斯发现的那样……
大量研究表明，长期睡眠不足与整体健康状况不佳有关，还有大量数据表明，当你睡眠不足时，你会增加食物摄入量，人们对不健康食品的反应更强烈，尤其是高糖和高脂肪的食品，我们称之为垃圾食品。我们真正想了解的是，为什么人们在一个不眠之夜后会渴望这些高脂肪的食物。
过去，当人们第一次开始排除睡眠不足和暴饮暴食之间的联系时，一种猜测是饥饿激素“胃促生长素”——由胃产生并被睡眠抑制——上升。所以这只是暴饮暴食的反弹来弥补。事情就这么简单吗?
Surabhi——这比仅仅是饥饿激素增加要复杂得多，因为有很多研究表明，人们可能并不真的感到饥饿，但他们仍然会吃那些高热量的食物。所以一定有一个不同的机制，基本上，它将睡眠不足与摄入高热量食物联系起来;所以你的大脑，或者你的身体，说我真的想要一个甜甜圈，或者我真的想要薯片!
Chris -所以你是说在食物选择方面发生了变化但这并不一定是由饥饿的总体增加引起的?
Surabhi -没错。
克里斯:那么你认为是什么支撑了这一点呢?
Surabhi -我们肯定认为有一些大脑信号可能在过度食用不健康的食物中起作用，过去的研究主要表明睡眠剥夺会增加某些内源性大麻素。所以这些内源性大麻素基本上是这些自然产生的神经递质，它们与大脑中的一些受体结合，影响进食行为。所以它们与大麻类化合物非常相似，会导致大麻相关的食欲。另一方面，我们也知道嗅觉与我们选择食物的方式密切相关，特别是动物研究表明，这些内源性大麻素通过增加处理气味的大脑区域的活动来增加食物摄入量。所以我们的想法是，也许我们可以把所有这些放在一起，问问人们在睡眠不足时选择吃什么，是否与大脑对食物气味的反应有关。
但是我们在研究中发现，当人们被剥夺睡眠时，他们只睡了四个小时，第二天，当我们扫描他们的大脑，让他们闻这些美味食物的气味和一些非食物的气味时，梨状皮质——大脑中处理气味的区域——在那个特定区域，食物和非食物气味的模式明显不同。所以简单来说，这意味着大脑中的气味处理区域进入了这种“超驱动”状态——它使大脑的食物气味变得更敏锐，这样它就能更好地区分食物和非食物的气味。
你是如何将其与内源性大麻素系统的变化联系起来的呢?内源性大麻素是一种类似大麻的天然大脑化学物质。
梨状皮质也向大脑的其他区域，特别是脑岛皮质发送信号或信息。所以脑岛接收对食物摄入很重要的信号，当一个人睡眠不足时，梨状皮质(嗅觉处理区域)和脑岛之间的信号就不那么强了。所以信号实际上减少了。我们还发现，由于交流的减少，人们最终会吃更多的高能量食物。那么，它是如何与内源性大麻素或神经递质联系在一起的呢?当我们做血液分析时，我们发现人们血液中有内源性大麻素系统的某些成分非常高。这些人也食用高能量密度的食物。综上所述，我们的研究结果表明，睡眠剥夺确实影响了内源性大麻素系统，而内源性大麻素系统反过来又改变了梨状皮质和脑岛皮质之间的联系，最终导致人们转向高热量的食物。
一瓶瓶的波尔多葡萄酒被送往太空
克莱尔·布莱恩特，剑桥大学
从晚餐到饮料，现在有消息称，葡萄酒爱好者们将向太空发射12瓶波尔多葡萄酒——不是“雷-斯林热”，甚至不是“星-敦埃”!遗憾的是，宇航员将不被允许喝它!为了找出为什么在地球上，或者更准确地说，不是在地球上，你会想这样做，克里斯·史密斯采访了科学家和葡萄酒专家克莱尔·布莱恩特。
克莱尔:所以，美国国家航空航天局真的要把葡萄酒送入太空了!有个来自波尔多地区的家伙和他们关系密切所以他们决定把一箱波尔多葡萄酒送上太空。
克里斯:为什么?
克莱尔:这是一个非常好的问题，我不确定我有答案。他们给我们的说辞是，这是一个实验，他们在波尔多保存一箱波尔多葡萄酒，在一个温度控制完美的酒窖里，他们把另一箱送到太空，在空间站上保存一年。
克里斯-作为病例对照研究?
克莱尔:一个病例对照研究，我们把它储存在18度的空间里，然后他们会把它带回来，大概会分析它。
克里斯:会发生什么?
克莱尔:这一切都是基于葡萄酒的陈年能力。所以葡萄酒陈酿是一个非常有趣的概念。优质的葡萄酒只有真正优质的葡萄酒才能很好地陈酿，它们的质地，味道，香气都会随着时间的推移而改变。因此，葡萄酒经过长时间的熟化，最终会产生一种复杂而有趣的产品。所以进入太空，因为你在改变环境，我猜，可能会让葡萄酒更快地陈酿因为每个人都想知道加速葡萄酒陈酿过程的方法。你可以更快地销售成熟的葡萄酒，因为这种陈年葡萄酒的成本之一实际上是必须将其储存到可以饮用的时候。
克里斯:其中一个方面是，葡萄酒最终会被放在货架上，它会被放置在瓶中。因此，如果最终没有得到它，会有什么影响吗?葡萄酒中一定有一个梯度，一些较重的分子会落在底部，一些沉淀物会落在底部，人们说如果有沉淀物落在葡萄酒底部，这是好葡萄酒的标志。这听起来像是无端营销，不是吗?但你认为这其中是否存在一些合理的方面?他们可能会看到一些有趣的化学反应?
克莱尔:是的，我的意思是你得到的沉淀物是由于单宁。因此，单宁的老化过程的一部分是最终它们从长链变成短链的集合体，然后形成某种沉淀物，然后沉淀在葡萄酒中。但我认为，如果我们把一个箱子送到太空一年，其他因素会改变葡萄酒的陈年方式和温度，比如振动，很明显，把箱子送到太空会有一个振动过程，还有辐射。所以，当你储存葡萄酒时，你要做的一件事是，你要在黑暗中储存，因为紫外线会产生自由基，这会导致问题。所以我猜你在想重力或微重力的潜在影响，不同的太空辐射，以及它们对葡萄酒陈年的影响。
克里斯:以前有过豪饮游轮进入太空的，不是吗?这不是第一次吗?
克莱尔-不，不是的。俄罗斯人去和平号空间站的时候，我记得是这样叫的，他们会随身携带伏特加他们会减肥，把伏特加塞进衣服里，然后带着去太空。
克里斯:那登月呢?他们还喝了烈酒?
克莱尔-登月的人把圣餐酒带到了月球上，他们把它倒进杯子里，然后它就爬出了杯子!
克里斯-那你会放纵一下吗?你会担心受辐射的酒吗?
克莱尔:有趣的是有一个非常有趣的报告是由英国皇家学会化学系的某个人做的。他们实际上讨论了辐射的影响，以及它对葡萄酒老化的影响。问题是，事实上，它不仅不能改善葡萄酒的品质，反而会让葡萄酒变得更糟，因为它会产生一堆挥发性硫磺，让葡萄酒散发出难闻的气味。所以我不确定这是不是一个好主意!
3000年前的小麦基因测序
Laura botigu，巴塞罗那农业基因组学研究中心
如果你曾经把一盒麦片放在橱柜里几个月，你就会知道它需要很长时间才能变质。但它会持续3000年吗?事实证明，答案是肯定的……或者至少可以很好地读取其基因，正如科学家刚刚发现的那样，使用3000多年前收获的谷物。菲尔·桑塞姆……
这一切都始于20世纪20年代对埃及的一次探险。在那里，英国考古学家发现了一些保存完好的小粒二粒小麦。
劳拉——这是最早在近东被驯化的小麦之一——大约在10000年前。
菲尔-这些谷物随后被转移到伦敦的皮特里埃及考古博物馆。它们在那里呆了100年，直到一位伦敦大学学院的科学家在BBC的一部纪录片中看到它们。他和他的同事们得到了博物馆的许可，开始尝试新的东西。用碳测定小麦的年代，然后分析它的DNA。
劳拉:我们对这些来自埃及的3000年前的样本进行了基因组测序。所以使用博物馆里的样本来发现指甲的结果是非常令人兴奋的。
菲尔-这是劳拉·博蒂格尔，一位遗传学家，她是小麦样本测序团队的一员。
劳拉:我们对稻壳进行了测序，稻壳是一种通常包裹着种子的叶子。所以如果你想象一粒谷物，一粒麦粒，它的形状周围有这种美丽的金色。
每对叶子都缠绕在种子周围，而种子早已被虫子吃掉了。
劳拉:第一步是去除所有的蛋白质，释放DNA。当你这样做的时候，你是在盲目的，因为你遵循的协议很像一个食谱，但你不知道结果，直到你排序它。这有点挑战性。
菲尔-这是有效的，他们产生了古代小麦的完整基因组。他们发现，它的每一个基因都具有今天农作物所具有的许多有益特征，比如在合适的时候，大种子会留在植物上。但科学家们的主要目标是调查驯化小麦是如何在世界范围内传播的。为了做到这一点，他们将现代类型的小麦，即所谓的“陆地种族”与古代基因组进行了比对，以确定哪种类型的小麦最接近。
劳拉:至少中间是令人惊讶的，我们发现最近的亲戚是在阿拉伯半岛和印度种植的陆地种族，而不是过去在地中海种植的样本。
菲尔-这有什么好惊讶的。这都是关于早期作物技术如何在世界范围内传播。
劳拉-这是人类历史上的一次重大输血。它引发了人们生活方式和社会间互动的许多变化。这有时被称为新石器时代革命，狩猎采集者被农业人口所取代。
菲尔-科学家们以前认为，当植物最初在中东等地被驯化时，这种技术立即向四面八方传播到欧洲、非洲和亚洲。但是这个来自埃及的二代小麦基因组更接近于亚洲的陆地种族，而不是欧洲的。也许这意味着该技术在某些领域比其他领域来得更早。
劳拉:第一波可能是向北部和欧洲扩张，第二波是向地中海南部和亚洲扩张。
问题是为什么科技会这样发展。这里可能有欧洲人的偏见，但也可能有更多的东西。
劳拉:一个常见的问题是，欧洲通常比其他地方得到了更好的研究。如果你看一下考古遗址，我认为这种后来被取代的理论与你会发现的考古遗址的时间相吻合。但因为与欧洲相比，非洲国家是一个研究不足的地区。我想说的是，至少在后来的阶段知道为什么会发生这种情况是很有趣的。
菲尔:这项研究的另一个重要结论是，博物馆里的许多样本实际上可能是DNA的宝库——即使它们不能做一顿健康营养的早餐。
邮箱:盲视
托尼是我们的听众之一，他在我们最近的问答中问了一个问题。我们的一位专家Keziah Latham谈到了盲人实际看到的东西，特别是考虑到95%的法定盲人仍然有一些视觉感知。但托尼想知道更多。假设他们生来就失明，但大脑中有一个工作的视觉皮层。我们又去找Keziah，他说…
Chris:提问者认为眼睛和大脑处理视觉的过程并不总是完全相同，这是对的。其中一个例子是，对于获得性视力丧失的人(由于眼部问题，但视觉皮层仍在工作)来说，在他们看不见的视觉区域出现视觉幻觉是相对常见的。这被称为查尔斯·邦纳综合症。这被认为是由于视觉皮层不再接受来自眼睛的输入而感到“无聊”，神经兴奋产生了人们可以看到的图像。这些幻觉可能会让人感到不安，任何经历与视力丧失有关的视觉幻觉的人都被鼓励联系Esme 's Umbrella (https://www.charlesbonnetsyndrome.uk/)寻求建议和支持。
Adam:另一方面，有些人由于大脑皮层问题而失明，但眼睛本身没有问题，他们似乎能够对他们没有意识到的视觉刺激做出反应，这被称为“盲视”。这可能发生在中风后，中风通常会影响一侧大脑，从而影响一侧视力。盲视的人可以对出现在他们的盲区的刺激做出比偶然更准确的反应，尽管他们没有意识到看到任何视觉刺激。这表明一些视觉处理绕过了通常到达枕叶皮层的视觉通路。
然而，如果一个人出生时没有视力，他们的枕叶皮层就不会发展出“看”的能力——在生命的最初几年，需要从眼睛到大脑的输入，通过经验来微调视觉处理能力。如果缺乏这种功能，那么眼睛/通道就会变得弱视或“懒惰”。
然而，约克大学的托尼·莫兰已经证明，视觉皮层有一定的可塑性，因为出生时眼睛只有一种感光器的人可以显示出视觉皮层在补偿中重新映射的迹象。如果这种丧失发生在生命的后期，这种可塑性似乎不会发生。
表型组学的力量
Sam Virtue，剑桥大学，Jeremy Nicholson，澳大利亚国家表型中心，莫道克大学
上个月，一个耗资数百万美元的特殊设施在西澳大利亚州珀斯的默多克大学启用。它是澳大利亚国家现象中心。它由一个国际团队组成，其中许多人是从英国招募的，他们的目标是在生物化学和人类健康方面做出大型强子对撞机为物理学所做的贡献，并有可能彻底改变我们从事医学的方式。基本想法是使用非常高端的分析技术筛选人体中数千种不同的分子，以发现这些不同化学物质水平的模式或指纹变化，这些化学物质可以预测一个人尚未患但将在未来几年发展的疾病，正如亚当·墨菲和克里斯·史密斯从萨姆·维德瑞德和杰里米·尼科尔森那里听到的那样……
Sam:认识到我们现在看到的几乎每一种疾病都与新陈代谢有关，这一点很重要。新陈代谢基本上是我们体内所有的生化过程，它使我们能够生存和成长。所以我们可以这样想，基本上，当我们吃饭的时候会有一系列的生化过程在进行。我们进入身体的食物会被分解，然后重建成我们身体需要的分子。所以几乎所有的疾病都会导致身体处理营养物质和储存营养物质的方式发生改变;因此，根据这些营养物质的变化，我们将能够检测到不同的代谢物。代谢物是营养物质的分解产物。所以我们可以说，葡萄糖的代谢物，我们可以说。最后一种可能是二氧化碳和水，如果我们氧化它。但是从葡萄糖分子到我们呼出的二氧化碳和水之间还有很多东西。 And if we have diseases that impact on metabolism, we'll be able to detect different molecules. And those can be detected in blood, some can be detected in sweat, in urine, and also in breath.
亚当-那为什么这个领域现在摆在我们面前?为什么我们现在谈论智能马桶?澳大利亚国家表型中心最近成立，计划分析数百万澳大利亚人体内的化学物质。克里斯乘飞机去了那里，参观了工厂，并与整件事的幕后黑手之一杰里米·尼科尔森进行了交谈。
Jeremy:我们要做的工作是测量人类的基本代谢特性，包括普通人群和病人。其目的是了解基因和环境是如何共同产生疾病的，以及这在新陈代谢中是如何表达的，这样我们就可以利用这些信息来预测疾病的风险。此外，当你有这种分析能力来测量细节时，你也可以用它来监测临床情况下的治疗干预，看看一个人的新陈代谢是否正常，或者变得更糟，或者在我们所说的病人过程中什么都没有发生。我们可以用这种监测方法来优化治疗方法，看看什么对什么人有效。所以这是一种个性化的医疗方法。
克里斯-为什么这比读我的基因组更好?
Jeremy -这和读基因组是不一样的。基因组告诉我们很多关于……潜在的未来疾病风险，但它也告诉你与不同亚型疾病相关的特定缺陷。但大多数疾病都有巨大的环境影响。你是否患病部分取决于你的基因，部分取决于你的生活方式:你锻炼得怎么样，你吃什么。绝大多数常见病都与基因-环境相互作用有关。所以基因本身不足以对病人进行分类。同时，当你研究基因组学时，这对于在你开始住院治疗之前对特定类型的病人进行分类是非常好的，但是你的基因组在住院治疗过程中不会改变;而你的生理现象，你的新陈代谢;因此，你可以使用输出作为治疗成功与否的代表。
克里斯-你在这里使用什么策略来实际建立西澳大利亚州普通人的表型?
Jeremy:通过研究，我们可以试着找出什么是正常。我是说，什么是正常，什么是健康?健康的侧写是任何治疗的目标。所以我们要做的就是对生病的病人进行治疗，看看它们是否能让你朝着健康的方向发展，你可以把它归因于特定的生化途径。因此你可以用它来衡量有反应者和无反应者，以及治疗对那个人的效果。
克里斯:如果用视觉上的类比，如果我画一幅风景，风景上的高点和低点对应着我体内不同分子的不同水平之间的关系，你就会知道一个健康人的正常景观模式是什么。如果有人把珠穆朗玛峰放在他们的风景中间，你就会知道一组特定的分子出了问题。因此，你能不能问，“我要怎样改变那个人的环境、生活方式、饮食——或者我要给他们一颗药——才能把珠穆朗玛峰夷为平地，让他们的风景看起来更健康?”
杰里米-是的。所以问题是，在你的身体里，希望你生下来是健康的，如果你有一种不好的生活方式——你喝得太多，吃得太多，不管是什么，没有足够的运动——你会进入一种不同的生理状态。这就是我们所说的病理生理状态。它不完全是一种疾病，但它处于一种不同的状态，这种状态是通往疾病的途径。当你达到一定程度的病理生理，实际上是异常生理，就很难再回去了;然后你就得病了。然后你所做的是治疗一种疾病，试图消除这种特殊的问题。第一部分是试图建立一个人类生理学的地图，这有助于你了解你需要达到的目标。我们的梦想是让人们从出生开始，经过几年，为他们的生物化学建立一幅生命地图。你知道他们的基因组背景。 So that when somebody becomes poorly, you already know a hell of a lot about them and you would know what needs to be fixed. But furthermore, if you know those people in that detail, then you would also be able to prevent disease.
克里斯，那么，最终的愿望是，使用你们这里这些非常强大的分析工具，去发现这些关系是什么;然后你造一个非常小，非常快的分析设备，比如可以放在药店，医生的办公室，甚至是一个人自己的浴室里?
杰里米-确实如此。所以关键是要知道在设备里放的是什么。因此，最终我们在大型表型中心的发现将被转化为初级医疗保健，并有可能进入家庭，用更小的设备以低成本测量正确的东西。所以我们确实对iToilet有一个长期的想法，那就是你的马桶变得智能，可以测量你的健康状况，并可能告诉你，你知道，你需要去医生那里做检查。这将是未来。这将导致人口发生巨大变化……不仅是在人群中检测疾病的潜力，还有人们行为方式的潜力。因为人们经常得到流行病学家或其他什么人的建议;他们说，你知道，“不要吃红肉，多吃水果，”诸如此类的话。这很好。 People are really very noncompliant about that. But if you have a machine in your toilet saying, “you're really not very well today, and for the following reasons,” you're much more likely to... or your children look as though they might have something, you are very much more likely to action that, and therefore that becomes a really major contribution to preventive medicine.
什么是表型组学?
剑桥大学的Sam Virtue
什么是表型组学?什么是表现型?为了让我们了解生物学的基础知识，亚当·墨菲采访了剑桥大学的萨姆·维德瑞德……
表型组学是对表型的研究。所以你可以有各种不同的表现型。因为我们研究肥胖和糖尿病，所以从表型组学和表型学的角度来看，我们考虑的是实际的身体表现。所以肥胖表型就是你的体重，或者你的身体质量指数。糖尿病的表型是，你是否有高血糖。
亚当:如果我们已经在基本层面上理解了表型组学，某些表型，已经有一段时间了;为什么西澳大利亚的这个中心这么重要?
山姆:因为随着科技的进步，我们开始能够看到更复杂的表型和更多的细节，并开始研究生物学的很多很多不同的方面。如果我们以糖尿病为例，这也是我研究的课题，糖尿病最早的表型可以追溯到埃及人，那就是人们会有甜味的尿液。但糖尿病是一种复杂的疾病，有许多不同的成分相互作用，导致这种最终的、临床可观察到的高血糖症状。因此，根据西澳大利亚州和表型学中心的提议，他们将不仅能够测量葡萄糖——这只是告诉你某人已经患有糖尿病，而且他们可能已经多年未被发现——而且还可以观察体内数百种甚至数千种不同的分子，它们都是新陈代谢的一部分，相互作用;看看蛋白质，看看脂肪，看看这些东西是否能预测人们是否会患上糖尿病?他们也可以开始将糖尿病的整体分类——即，你有高葡萄糖——分成不同的类型。这让我们可以从医学上考虑，针对不同的人，不同的表现型导致不同的糖尿病，用不同的药物，我们可能会得到更好的临床结果。
如何研究一个现象
伊莱恩·霍姆斯，山姆·洛奇，澳大利亚国家表型中心
表型组学包括跟踪体内数千种化学物质的水平，以发现可以预测一个人可能患的疾病的模式。那么如何进行这些测量呢?伊莱恩·霍姆斯是一名分析化学家，在新的澳大利亚国家表型中心帮助领导这项倡议。她向克里斯·史密斯介绍了样品将如何在实验室处理，包括拜访研究人员萨姆·洛奇。
伊莱恩:我们来到了样品旅程的第一站。你看到的是一个房间，和客厅差不多大，里面装满了大磁铁。这些磁铁看起来…如果你能想象一个巨大的茶缸。所以每个大茶缸里的能量比整个地球磁场还要大。如果你想一下那些能把你的车拉上垃圾堆的大磁铁，这个比那些要强大得多。
Chris -这对样品有什么影响当它进入罐子里的时候?
伊莱恩:磁场很强，有一些化学物质，一些原子，有一种我们称之为自旋的特性。所以它们就像小条形磁铁，它们在旋转。当你把它们放入磁场时，它们开始与磁场对齐。如果你发射一些能量，一个射频脉冲，它会使这些小条形磁铁翻转;然后当它们再次放松回到它们放松的位置时，如果你喜欢的话，它们会释放能量，你就能捕捉到这个。因为每种化学物质都有不同的原子，它们与磁场的相互作用方式也略有不同。我们可以把这些微小的差异分开，最终得到一系列的峰值，我们称之为分子指纹。这实际上是一个非常快速的技巧。如果你把你的样本放进去，你可以得到光谱，你可以得到你的指纹，如果你愿意的话，在五分钟内。
亚当:所以核磁共振，核磁共振，是一种非常快速的方法，可以识别单个样本中的许多分子，而且成本很低。但是这个团队可以寻找什么样的东西呢?机器的输出是什么样子的呢?山姆小屋。
Sam -所以它是通过转换成一种叫做光谱的东西得到的，它有两个轴。纵轴是强度，如果某物非常集中，强度就很高。最下面的轴是ppm;这是百万分之一。这是它产生共鸣的点。
克里斯:看着这个电脑屏幕，这是机器能产生的东西的一个例子。这看起来就像锯齿一样。所以每个峰的高度对应于你放入机器的样品中物质的含量，沿着x轴，这些是它收集到的所有不同类型的化学物质。
山姆:是啊，所以实际情况比这要复杂一点。所以每个峰本质上都来自于一个质子在特定的化学环境中。所以一个代谢物可能有几个不同的峰，因为你可能得到不同的化合物在不同的质子环境下。
克里斯:那你是怎么把它们一一分类的呢?因为这看起来就像一个非常复杂的锯齿。你怎么找出对应的化学物质?
萨姆:我们运行标准，这些标准是一种特定的化学物质，所以我们可以得到化学特征。
克里斯-我明白了。所以你把一堆已知的化学物质放进去，你知道它们会产生什么模式，然后你就把你的样本和你知道的应该是什么样子，然后你可以说，“哦，这个在那里，那个在那里，那个在那里……”举个实际的例子，比如说医生给我开了抗生素。目前，我们给病人开的剂量只是任何成年人的标准剂量。但是我的新陈代谢可能和你的不一样，所以我服用的量可能和你实际需要服用的量不一样。你能不能用这个计算出我的血液中有多少抗生素和你的血液相比，从而计算出我的代谢速度是否比你的快，从而更好地调整我的剂量?
山姆:是的，你完全可以这么做，因为核磁共振实际上是定量的。我们可以监测样本中的任何药物化合物，测量浓度，因此我们可以根据特定的个体量身定制合适的剂量。
克里斯-所以不仅仅是你自己身体的分子，你还可以从外部观察我们放入体内的东西?
山姆:是的。而且不仅仅是毒品。所以我们可以观察不同的食物化合物，例如，一个吃很多肉的人在他们的血液和尿液中会有大量的肉碱。吃了很多鱼的人体内会有一种叫做氧化三甲胺的化合物，这种化合物的变化取决于食用鱼的时间。
Chris -所以这就像是饮食法医。当某人说他们吃了某些东西时，你可以知道他是否在对你撒谎，你可以知道他真正吃了什么，什么时候吃的。
山姆:是的。是的，我们可以吸收酒精、咖啡因之类的东西;每种食物都有不同的标记，我们可以识别，所以我们确切地知道某人吃了什么。
Chris -如果你并没有积极地去寻找这些东西，那么它们会出现在这些读数中吗?这样你以后就可以回去找它们了?如果一个研究人员来找你说，“山姆，我正在研究血液中的这种物质，”而你恰好已经筛选了一百万人，你能打开你的电脑，从一百万人的这些痕迹中找出那个研究人员感兴趣的特定分子吗?
山姆:是的，你可以。所以核磁共振数据的存储方式实际上是非常强大的，因为我们可以在现在或五年内运行一些东西，我们可以覆盖它们并比较它们。
亚当-山姆·洛奇。但是核磁共振不能告诉你的是什么呢?就像存在于极少量的物质一样?又是伊莱恩·霍姆斯。
伊莱恩:现在我们想更深入地了解你的样本，更多地了解你的样本中有什么，所以我们来到了第二阶段，也就是我们的质谱分析实验室。
伊莱恩:你可以看到，这个房间稍微大一点。里面有16台不同的机器。看起来像一个大盒子，从盒子里伸出一根大棍子。这些都是我们用来做筛选的质谱仪。所以我们正在尽我们所能检查你的样品。我们不会告诉机器，“我想看看脂肪，我想看看糖。”我们只是把它放进去，我们想要捕捉到关于样本的所有信息。
Chris -为什么要用这个，为什么不同，或者它能为你做什么，我们不能从隔壁的核磁共振机器中得到什么?
伊莱恩-核磁共振仪器非常可靠。所以你可以非常精确地测量。但是它没有能力达到非常非常低的浓度。也许对于其他疾病，你想看看你的激素，或者一些浓度非常低的东西。这就是质谱法发挥作用的地方。
克里斯-这些机器和核磁共振机器相比是如何工作的?
伊莱恩:这些机器仍然分离分子，但它们的方式略有不同。所以它们以两种方式分开。第一种叫做色谱法，就是你把血液样本或尿液样本放到一个柱上，不同的化学物质粘在一起，不同的化学物质直接通过。然后你可以让一些液体穿过这个，它们会开始从柱子中流出，但速度略有不同。我们可以在它们脱落的时候抓住它们。然后你可以把它们放到质谱仪里进一步分离，这实际上就是一个称重机。你在这里看到的只是分子的质量和它的电荷。
克里斯:你怎么算出实际的分子是什么?因为如果你只得到一个质量和一个电荷，那么有很多不同的原子排列方式，可以是这个质量和这个电荷。那么，如何对它们进行分类呢?
伊莱恩:嗯，我们有数据库，我们研究了分子，标准分子，你可以买到的化学物质，所以我们知道其中一些是什么。但你并不总是知道它们是什么。在这种情况下，你需要做的是进一步分离它们，这样你就得到了一种化学物质。然后你把化学物质炸开，你把它分开，打碎它;然后观察这些碎片，分子中每一小部分的重量。就像拼图游戏一样，你把它们重新拼在一起，把所有的权重加起来，就能理解整个画面了。
亚当-伊莱恩·霍姆斯。
表型组学意味着什么?
Nicola Grey, Luke Wiley, Ruey Leng Loo，莫道克大学澳大利亚国家表型中心
表型组学可以回答哪些问题?从我们的身体内部到我们吃的食物，表型组学有可能改变很多事情。克里斯参观了澳大利亚国家表型中心，并与研究人员Nicola Grey、Luke Wiley和Ruey Leng Loo进行了交谈。最后，杰里米·尼科尔森说几句结束语。
尼古拉:所以在使用这些最先进的平台方面，我们将首先寻找开发方法，确保这些方法非常可靠，这样我们不仅现在可以使用它们，而且在未来的几年里，它们将能够运行成千上万的样本，并始终为我们提供我们需要的相同可靠的数据。我们依靠这些信息来推断疾病是如何在特定人群中发展的。我们也在研究特定疾病发生背后的机制，为什么特定人群更容易患上某种疾病，我们还会研究环境，我们的生活方式，我们吃的东西，是如何影响疾病风险的。通过这样做，我们有望防止许多这些疾病的发生。我们正在研究痴呆症、肥胖症、2型糖尿病等疾病;我们知道，重大的全球健康问题在很大程度上受到环境的影响。因此，它确实试图准确地指出环境是如何增加这些风险的，使我们能够减少这些风险，并开发更好的疗法来降低这些疾病的风险。
亚当-卢克?
Luke:我的研究将着眼于人们衰老的方式以及人们随着年龄增长而患病的方式，特别是研究它是如何影响我们的认知健康和大脑健康的。所以我们能做的就是观察人们的生理特征，看看人们的衰老是否有趋势，如果我们能发现趋势，也许我们就能给出政策建议，帮助人们健康地老龄化。也许我们可以找出随着人们年龄增长导致神经退化或认知问题的原因。所以我对观察各种各样的组织样本很感兴趣，比如尿液和血液样本，我只是想了解人们是如何变老的以及他们的新陈代谢是如何随着年龄的增长而变化的。
克里斯:因为其中一个目标是我们所说的健康或更长的健康寿命，而不仅仅是寿命，因为它更注重质量而不是数量，不是吗?在现代，我们已经非常擅长让人们活得永远，但不幸的是，他们大部分时间都处于不健康状态，我们希望尽量减少这种情况。
卢克-没错。因此，如果我们能够提高生活质量——以阿尔茨海默氏症为例——如果我们能够更多地了解这种疾病并减缓疾病的发展，人们将拥有更高的生活质量，寿命更长，我们可以真正在人们年老时享受生活方面取得真正的进展。
Chris -你是如何从图上的一堆分子，也就是你将从这里的这些机器中看到的，到给别人的实用建议?“你需要多吃香蕉，你体内的钾含量有点低。”你是如何从这些机器产生的化学混合物中得出这些结论的呢?
Nicola:这非常复杂，也是我们将面临的最大挑战之一。所以一旦我们确定了这些分子，我们就必须验证它。我们可能要做的是在一个更可控的环境中进行研究。这可能是一项干预研究，参与者将处于一个非常受控的环境中，我们会给他们一种非常特定的饮食，我们会观察这将如何影响他们的代谢物和潜在的疾病风险指标。
Chris -所以你是在找干草堆，干草堆里的生化针，这可能预示着某些疾病，某些疾病的风险。一旦你认为你找到了它们，你就会对人们进行干预，做一个适当的对照实验。所以，“如果我们改变这些事情，我们会改变结果吗?”
卢克-没错。我们完成的最初工作当然是在发现生命周期结束时，随着我们的进步，随着我们开始更多地了解新陈代谢以及代谢系统在健康和疾病中的行为，然后我们可以进一步验证并进行真正的干预，并产生影响。所以，我们的长期计划是参与这个过程的所有阶段。
亚当-卢克·威利，在他之前是尼古拉·格雷。但这不仅仅是关于我们体内发生的事情。你也可以将表型学的强大手指指向我们所吃的食物，并探索不同的烹饪技术如何影响一顿饭的营养质量。
Ruey -我的名字是Ruey Leng Loo。我是职业生涯早期到中期的首席研究员。目前，我们对这种食品的化学成分所知不多。但是当你烹饪它们的时候，烹饪的方式，会再次改变它们的化学成分。通过做所有这些不同的实验，我们可以在把它放入仪器之前用不同的方式烹饪，然后它就可以给我们一个完整的画面，告诉我们失去的是哪种维生素。如果我们知道对我们健康有益的化学成分，我们如何维持这些分子，这就是我们真正想要做的。
克里斯:所以当我烤鸡腿的时候，我们知道它有患结肠癌的风险，但从化学角度来说我们不知道原因，你是说如果我们把它放进这样的机器里，我们就能找出可能与这些疾病状态有关的分子是什么?
鲁伊:是的，这样我们就可以看到新鲜时分子上的变化，当我们没有做任何处理的时候，和我们烧烤的时候相比，这些变化是什么。
再进一步，你是否还会问这个问题:如果我把它煮了吃，这些不同的烹饪方法对我的生物化学有什么影响?
鲁伊-没错。因为我们每个人都有一组非常独特的肠道微生物，它们都有特定的功能。如果我吃这块煮熟的鸡肉可能对我更好因为我的肠道细菌比别人好。这就是我们想要区分的，这样我们就能准确地告诉你，你是吃一块煮熟的鸡肉更好，还是吃一块水果更好，因为那对他们更好。
克里斯-所以你可以揭穿一些关于食物对你特别好，蓝莓是超级食物之类的说法，并说“是的，看，我有可信的科学证据”或“实际上，这是胡说八道，不要浪费你的钱”。
鲁伊:希望这是我们的目标。我们希望能够揭穿其中的一些说法，真的。
克里斯:那么，这是否能让你在某一天开出健康饮食的处方呢?
鲁伊:如果我能做到，那就太好了。这就是我的目标。
亚当:这是一个值得称赞的，非常现实的故事。所以，很明显，我们正在进入一个非常激动人心的医学时代。这将使我们能够让更多的人活得更长久。但同样清楚的是，艰苦的工作才刚刚开始。下面是杰里米·尼科尔森的演讲。
杰里米:基因和环境共同创造了你的疾病风险。他们创造了你。我们想做的是通过研究身体的生物化学来了解这些因素是如何结合在一起的，这样我们就能了解疾病的起源，从而为未来的医疗政策提供信息。当有人生病时，我们用同样的技术把一个人从一个不健康的空间转移到一个健康的空间，我们已经根据整个人群的生物化学定义了这个空间。
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