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當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月11日，美國航天局NASA公布了一條消息，稱其完成了第一項(xiàng)關(guān)于航天飛行對航天員基因表達(dá)的研究。研究論文《TheNASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight》發(fā)表在了美國頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上。文章發(fā)表之后，大量國內(nèi)外媒體都進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)道。

參與實(shí)驗(yàn)的航天員 凱利兄弟 左邊的是Scott，右邊的是Mark。圖片來自NASA官網(wǎng)(參考文獻(xiàn)1)

雙胞胎研究任務(wù)臂章，圖片來自NASA官網(wǎng)(參考文獻(xiàn)1)

雙胞胎太空實(shí)驗(yàn) 太空旅行會改變基因表達(dá)？

作者最初是在新華社的報(bào)道中看到這條消息的（參考文獻(xiàn)2），該報(bào)道中提到，NASA招募了一對雙胞胎航天員凱利兄弟參與這項(xiàng)研究（同卵雙胞胎），將弟弟斯科特（Scott）送到國際空間站進(jìn)行了為期一年的在軌駐留，而他的哥哥馬克（Mark）則一直留在地面上作為實(shí)驗(yàn)對照。在這項(xiàng)為期兩年的實(shí)驗(yàn)中，科研人員發(fā)現(xiàn)斯科特的一部分基因的表達(dá)發(fā)生改變，這種改變在回到地面后大部分得到了恢復(fù)，但有一部分截至實(shí)驗(yàn)結(jié)束仍然沒有恢復(fù)到出發(fā)前的狀態(tài)。

筆者最初讀到這篇報(bào)道的時(shí)候，只是覺得NASA這次實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)意很有意思。眾所周知，同卵雙胞胎應(yīng)該是這個(gè)世界上能找到的差異最小的兩個(gè)個(gè)體。他們出生時(shí)的遺傳信息完全相同，面對環(huán)境刺激產(chǎn)生的變化強(qiáng)度也應(yīng)該大致相同。即便在漫長的成長生活過程中，DNA發(fā)生了部分突變，或者基因表達(dá)情況出現(xiàn)了一些由外界環(huán)境導(dǎo)致的改變，這二者基因間的差別仍然能稱得上是微乎其微。使用同卵雙胞胎進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)，可以說是控制變量的不二法門。能想到借由一對同卵雙胞胎來進(jìn)行這類實(shí)驗(yàn)，美國科學(xué)工作者也稱得上是非常用心了！

可針對實(shí)驗(yàn)中涉及到的各項(xiàng)測試，乍看起來并不算特別吸引眼球，尤其是實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是絕大多數(shù)人已經(jīng)預(yù)料到的。由于國內(nèi)媒體對這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)著墨甚少，筆者一開始也以為，這項(xiàng)科研只是對兩人抽了些血樣，對兩人在空間飛行前后的基因表達(dá)狀況進(jìn)行了測序類的分析，而這也算不上什么非常特別的操作。甚至覺得媒體對此進(jìn)行連篇累牘的報(bào)道，有小題大做的嫌疑。

作為一個(gè)多年的航天愛好者，光看媒體的報(bào)道是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了的好奇心的。出于對上述問題的好奇，筆者決定親自去看看論文的原文。這一看可嚇了一大跳，簡直能稱得上是筆者平生僅見的一篇奇文。簡而言之，兩個(gè)字：土豪！三個(gè)字：大手筆！四個(gè)字：信息量大！

兩名航天員接受了十大類檢測。圖片來自論文原文。（參考文獻(xiàn)3）

“無死角”全方位深入檢查 長達(dá)100多頁的信息量

不同于我之前猜測的簡單DNA檢測，這項(xiàng)研究幾乎是對這兩個(gè)航天員進(jìn)行了全方位的深入檢查。包括血液生化，認(rèn)知水平，表觀遺傳，基因表達(dá)，免疫，代謝，微生物菌群，蛋白質(zhì)組學(xué)，生理學(xué)，端粒分析在內(nèi)的十余項(xiàng)檢查。每一個(gè)研究方向內(nèi)，又包含了數(shù)種不同的測試。用于簡述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的論文正文足有20頁之多，而用于介紹這些實(shí)驗(yàn)步驟及原理的論文補(bǔ)充材料更是長達(dá)83頁之多，這篇幅在公開發(fā)表的論文里是非常罕見的！

實(shí)驗(yàn)中涉及的不同樣本和使用的各種分析方法。圖片來自論文原文。（參考文獻(xiàn)3）

下面我就針對自己最熟悉的生化檢測領(lǐng)域向大家做一下簡單介紹。

如下圖所示，本次實(shí)驗(yàn)中所涉及的實(shí)驗(yàn)樣品共有三大類，包括尿液，大便和血液。其中血液樣本分成了血清樣本和血細(xì)胞樣本兩個(gè)大類。其中尿液樣本進(jìn)行了尿液生化，氧化應(yīng)激，炎性反應(yīng)，定向代謝產(chǎn)物分析，蛋白質(zhì)組學(xué)（定向+全局）等檢測。大便樣本進(jìn)行了針對微生物菌群的宏基因組學(xué)研究。

血清樣本進(jìn)行了血清生化，游離細(xì)胞因子，氧化應(yīng)激，炎性反應(yīng)，代謝產(chǎn)物（分為定向和全局兩種），全局蛋白質(zhì)組學(xué)測試。血細(xì)胞樣本分不同的細(xì)胞類型，進(jìn)行了針對基因表達(dá)，表觀遺傳修飾，免疫反應(yīng)功能，端?；钚约伴L度的多項(xiàng)測試。各項(xiàng)測試的名稱及作用可參見下面的圖表?？梢哉f，目前能檢測的參數(shù)指標(biāo)，除了難以采集和運(yùn)輸?shù)臍怏w樣本（包括呼吸和屁）以外都進(jìn)行了測量。

本次實(shí)驗(yàn)中涉及到的部分檢測方法及其用途（表格為自制）