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社会基因组学引争议

Nov 12, 2019 No Comments

社会基因组学引争议1

在英国曾经的矿区内,基因变异与在校时间较短有关。

 

研究人员发现,人们的基因与诸如社会经济地位和在校时间等复杂属性之间存在联系。令人担心的是这些研究成果可能会被误解。

位于约克郡Kellingley村的深煤矿于2015年关闭,这是曾经推动英国工业发展的1000多个深煤矿中的最后一个。随着矿山的关闭,大量人口失业。面对经济和社会的衰退,许多人可能搬走。

遗传学家Abdel Abdellaoui从未去过Kellingley或英国境内其他曾经存在的煤矿区。但他发现了一些关于城镇和居民的令人惊讶的事情。他的研究表明,这些地区的DNA都有缺陷。

通过研究生活在前煤矿地区的人的基因组,他发现了与其他地区的人相比,这些地区的一些人携带一些与上学时间短相关的基因变异,以及一些与较低的社会经济地位相关的变异。在2016年英国脱欧公投中,一些基因变异甚至与政治信仰和社区是否投票脱欧有关。

就职于荷兰阿姆斯特丹大学(University of Amsterdam)的Abdellaoui承认,他正在涉足政治领域。他试图理解人类的基因变异,没想到发现了社会对基因变异的显著影响。

这项研究发表在《自然-人类行为》(Nature Human Behaviour)杂志上,是一个引人注目的新趋势的研究成果之一:利用大量的数据和计算能力来揭示基因对复杂社会特征的影响。过去10年发表的研究调查了与攻击性、同性性行为、幸福感和反社会行为以及饮酒和吸烟倾向相关的基因变异。在做这样的科学研究时,遗传学家正走向有争议的领域。根据科学历史学家Nathaniel Comfort于2018年发表在《麻省理工学院科技评论》(MIT Technology Review)上的一篇文章,这些科学家甚至被指责为“为优生学打开了一扇新的门”。

对于从事这项工作的遗传学家和社会科学家来说,研究结果为解读先天和后天对特定行为特征的相对贡献提供了有用和重要的指导——就像基因分析已经可以提示哪些人罹患癌症或心脏病的风险较高一样。例如,这种方法可以提高对环境如何影响复杂特性的理解,从而提供一种干预方法来改进公共教育等领域。

荷兰阿姆斯特丹自由大学(Vrije University Amsterdam)的基因经济学家Philipp Koellinger表示,这非常令人兴奋,它为科学家回答他们长期以来感兴趣的问题提供了更好、更精确的方式。

警告比比皆是。遗传对任何行为特征的贡献都相对较小,很容易被环境的影响所掩盖。这些研究只能提示一个人是否可能有某种特质,而不能预测任何一个人的特质。大多数科学家很快指出他们为什么要做这项工作——确定基因在行为中的作用——并指出它的局限性。

但并非所有人都接受这些理由:一些公司已经看到了解读DNA的市场,就像算命师算命一样。Koellinger指出,那些东西让他不寒而栗。但它正在发生。

批评者指责,根据这些信息采取行动的道德和社会风险太大。纽约市哥伦比亚大学(Columbia University)的生物伦理学家Maya Sabatello表示,主要问题之一不是基因组学的研究,而是我们将如何利用它。谁将从中受益?谁不会受益?我们生活在一个非常不平等的社会,这是一个重大挑战。

 

众志成城

几十年来,遗传学家一直认为,大多数性状是由少数基因决定的,无论是相对简单的身高,还是复杂的反社会行为。但随着样本量的增加,研究人员开始发现数百种变异,每种变异对一种性状的影响相对较小。这些项目——被称为全基因组关联研究(genome-wide association studies,GWAS)——目的在于建立一个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNP,指基因组水平上由单个核苷酸的变异引起的NDA序列多态性)的图谱,鉴别哪些变异是在一个给定的性状的人群中是最常见的,以及人与人之间SNP模式的差别。

把基因组上所有SNP的贡献加起来,研究人员就可以衡量基因对一种性状的重要性,即多基因分数(polygenic score)。众所周知,基因对身高有很大的影响,GWAS研究表明,所有的变异加在一起可以起到20%的决定作用。

随着对生理学和疾病的研究越来越多,科学家开始怀疑这些方法是否适用于社会和心理属性。

对于一些复杂的特征,如社会孤立,研究人员只发现了微弱的影响:一项研究指出,这种特质的遗传率在4%左右。但对另一些人来说,来自遗传学研究的信号已经从最初的微弱发展到惊人的强大。2013年,一个名为社会科学遗传协会联盟(Social Science Genetic Association Consortium, SSGAC)的大型研究小组报告了首个教育年限的GWAS结果。研究发现,三个SNP加在一起只能解释2%的教育年限差异。但在2016年,该研究小组再次对包括近30万人的样本进行研究,发现74个SNP可以解释3.2%的教育年限差异,是2013年的两倍多。当该协会综合了110万人的数据后,发现超过1200个SNP,可以解释11-13%的教育年限差异。这意味着,与家庭社会经济地位一样,与受教育程度相关的基因能部分决定孩子的教育年限。英国布里斯托尔大学(University of Bristol)的流行病学家Tim Morris表示,他认为这真的非常了不起。

 

社会基因组学引争议2


图为英国谢菲尔德大学(University of Sheffield)的毕业生。与在校时间长短相关的基因特征似乎呈现出区域性集中的特点。

 

除了教育,研究人员还研究了其他社会塑造的特征。例如,2016年,SSGAC发布了一份近30万人的GWAS报告,并确定了3个与幸福感相关的SNP。2017年,一组6200名芬兰囚犯的GWAS中发现了反社会行为的微弱基因特征。这两项研究都没有得出多基因分数,但研究人员预计,随着样本量的继续增加,这些特征的分数会越来越大。

GWAS日益增长的影响力促使Abdellaoui提出了一个不同的问题:一个国家范围内的教育程度等社会特征是如何变化的?为了找到答案,他和他的团队深入研究了英国生物银行(UK Biobank)的数据集,该数据库保存了近45万人的血液和组织样本以及调查反馈,并将这些信息与入院等医疗数据相互参照。

研究小组查阅了以前的研究,收集了33种健康和行为特征以及影响这些特征的遗传变异,并将每种变异的贡献相加,得出多基因分数。然后,研究人员调查了英国生物银行的样本,查看这些基因型在英国各地是否不同。他们首先忽略了由于历史上的祖先的区域差异而引起的遗传变异,抛弃了那些因为共有的祖先而常见的变异。然后他们可以看到哪些性状仍然聚集在某些区域。在一些特征上——例如,咖啡因的摄入量——没有地域差异。但是对于其它的,比如受教育程度,差异是显著的。研究人员发现,生活在以前的煤矿地区的人们,平均而言,携带的与在学校呆的时间更长或接受高等教育相关的基因变异更少。

参与这项研究的澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)遗传学家Peter Visscher表示,尚不清楚这些基因模式背后的生物学原理。他认为,这代表着,基因与智力、毅力和冒险精神有关。

Abdellaoui强调,他们所做的更多的是描述而不是解释。他指出,有一大堆变异在经济较不发达的领域扎堆出现,但很难判断因果关系的方向。

研究人员认为,地区差异是由于受教育程度更高的人迁移到能为他们提供工作的更富裕的地区,而那些携带教育年限短的遗传标记的人则留在了相对贫穷的地区。随着时间的推移,这种社会分层会越来越明显。Abdellaoui表示,如果这种情况持续几代人,那么对于已经存在的社会不平等,就有可能在生物学层面上加剧。

研究人员在其它性状上也发现了同样的地理模式,但这种关系较弱。已知的与较低的社会经济地位和较低的认知能力密切相关的基因型,更多地出现在较贫穷的地区。科学家报告指出,这些基因型与人们的政治观点有关。煤矿地区的人携带更多与社会经济地位低下有关的基因变异,他们也更有可能投票给左翼的工党或右翼的英国独立党。在英国脱欧公投中,个人投票支持英国脱欧的可能性也更大。Abdellaoui表示,这并不意味着某人天生就倾向于以某种方式投票。

该领域的其他研究人员也同意这一警告。Morris认为,总的来说,他喜欢这篇Abdellaoui的论文,他认为他们做得很好。Morris主要担心的是,这些结果会被过度解读。它们是信息描述性统计,但仍然是描述性的。他还指出,英国生物库的数据“极具选择性”,不太可能完全代表前煤矿地区的人口。对于地区选举结果,我们必须谨慎解读。

南加州大学(University of Southern California)洛杉矶分校的行为经济学家Daniel Benjamin指出,这类研究的结果是建立在关联的基础上的,必须非常小心地加以呈现,以防止有人认为基因决定结果。他担心将自己的研究领域与优生学联系在一起。优生学是20世纪初的一种观点,认为那些被认为拥有“劣等”基因的人应该被禁止生育。他指出,他们这些在这一领域工作的人有一种道德义务,这种道德义务在行为遗传方面更为强烈,因为过去就发生过可怕的误解和后果。

Benjiamin表示,一个最大的困惑来源是多基因分数实际上显示了先天和后天的贡献。人们无法理解这一点:基因不能决定行为。

Abdellaoui谈到他在英国的研究时指出,他们绝不是在暗示基因是一个人的教育成果的唯一决定因素。这是环境和基因的综合影响。

 

教室里的遗传学

另一个免责声明是,多基因分数代表了拥有特定特征的“风险”,并不一定表明基因是行为的一个主要因素。例如,分数不能预测一个人一定会从大学毕业,而另一个人会在16岁时辍学。德克萨斯大学(University of Texas)奥斯汀分校的心理学Paige Harden指出,他不认为多基因分数达到了预测能力的水平,使你能够以多少的确定性做出一个判断。

当Benjiamin等人用最新的GWAS分析教育时,他的团队发布了一份20页的常见问题清单来解释研究的动机,这清楚地表明科学家认为这对教育政策没有任何影响。Morris表示,并不是每个人都这么谨慎。有相当多的学术论文都忍不住在结尾处加上最后一句:DNA革命即将到来,基因将很快在预测教育方面发挥作用,他认为这是相当不负责任的。他希望这样的论文能包含更多的背景——例如,他指出,现有的信息,如学生以前的成绩,已经能够比多基因分数更好地预测他们未来的表现。

本月早些时候,位于纽约加里森的生物伦理智库黑斯廷斯中心(Hastings Center)宣布成立一个工作组,计划对这一领域进行研究,并就研究人员和利益相关者如何开展和讨论相关研究工作提供建议(见go.nature.com/2vtbpey)。

但其他人则没有那么警惕。他们认为,行为和认知能力的基因筛选可以帮助3岁的儿童在学校表现得更好。伦敦国王学院(King’s College London)的心理学家Robert Plomin表示,教育不能继续忽视遗传因素的影响,因为它是最重要的个体差异的来源。Plomin是社会基因组学领域的乐观派,他的观点备受争议。

生物伦理学家Sabatello预测,第一批应用将是在专业教育方面,比如在一些案例中,患有注意力缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)、自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder)或诵读困难(dyslexia)等病症的孩子的父母可以利用基因型作为证据,要求对他们的孩子采取不同的治疗方法。家长希望通过基因信息来说服有关部门或教育机构,让他们相信自己的孩子需要专家的干预。

目前,还没有可靠的多基因评分来评估基因对这些疾病的影响,但大规模的研究,包括目前正在进行的多动症的主要GWAS,比以前的研究更有力,可能会得出这些疾病的多基因评分。

尽管关注识别和帮助有额外教育需求的儿童听起来可能是利他主义的,但它也有一个令人不安的历史先例。智力测试最初是在20世纪初发展起来的,目的是挑选出那些可以从额外关注中受益的儿童,但很快就被用来加强对少数民族人口的歧视,或将被视为“弱智”的儿童送进收容机构。

Daphne Martschenko指出,许多教师担心,试图将遗传学作为一种教育工具,可能会被错误地用于验证种族和基于阶级的差异。她刚刚在英国剑桥大学(University of Cambridge)获得博士学位,研究教育对遗传学的态度。

事实上,由于GWAS主要使用来自欧洲血统的人的数据,这可能使结果不太适用于不同的种族群体。Harden认为,真正务实的挑战是,我们没有针对有色人种儿童的良好遗传指标。

Morris认为,这可能加剧现有的教育不平等。如果你不能为系统里的每一个人做点什么,那么你就不要做。

 

负责任的研究

该领域的许多人都认为,这些研究结果最有用的地方在于,通过在研究其它因素的同时剔除遗传因素的影响,可以更好地研究环境因素(而非遗传因素)对复杂行为特征的影响。Harden指出,这是一个不太吸引人的话题,但更好的办法是把遗传学作为一个控制变量,找出真正能提高学习效果的因素。

例如,在试验干预措施时,研究人员可以在对照组和测试组中纳入多基因得分相似的儿童。

这些结果也可以帮助科学家探究基因的影响是否取决于个人的环境——是否某些基因变异只在某些情况下起作用。更复杂的基因研究可能会揭示出一种被称为“遗传教养”的东西的重要性,在这种情况下,环境的影响会被误认为是遗传的。教育可能也是如此,因为受过良好教育的父母既会把自己的基因传递下去,也更有可能通过鼓励孩子上学而间接地做出贡献。

这一领域的大多数研究人员的首要任务是进行更多、更大规模的研究,产生更强的信号,解决收入和社交退缩等不同特征。与此同时,Sabatello表示,那些从事教育工作的人不需要从遗传学的角度来改善结果。我们需要关注环境。饥饿的孩子根本无心学习。我们不需要研究是不是基因决定了他们的学习表现不佳。

 

原文检索:
David Adam. (2019) The promise and peril of the new science of social genomics. Nature, 574:618-620.
张洁/编译

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