破译我们自己的生命密码

来源:百度文库 编辑:16楼社区 时间:2021/05/15 22:49:35
革命即将成功 同志正在努力
破译我们自己的生命密码

图/康慨
 
本报特约记者 黄艾禾
 
编者按:20世纪人类科学的最大成就集中在物理学和微电子学领
域,可以预见的是,21世纪的科学革命将发生在生物学领域。宣告这
一必然性的就是HGP——人类基因组研究计划。该计划最新的日程表展
示,到2003年,包括30亿个碱基对的人类基因组序列将全部被测定,
生命的秘密将一朝大白于天下。它将为人类展开一幅震撼人心的世界
图景:疾病将永久地消失;恐龙可能复活;生命可以在工厂里生产……
然而,它也带来了前所未有的伦理和社会难题:我们可以改造基因使
我们个子更高、皮肤更白、眼睛更大吗?我们应该歧视带有致病基因
的人吗?我们可以去除人身上的“自私基因”而彻底地改良人类吗?……
是上帝的福音降临,还是打开了潘多拉的盒子?让我们跟随记者的脚
步走进HGP,思考HGP。
一张伟大的生命之图
1999年的10月1日,正值中华人民共和国五十年大庆,全国人民都
休息了一个空前长的国庆假期,而中国科学院遗传所人类基因组中心
的成员们却在北京顺义空港工业区里忙得不可开交。这一天,人类基
因组计划(HGP)测序中心的设备,正式开始运转。当雄壮的阅兵式在
天安门广场进行的时候,他们却无暇看一眼电视转播。人类基因组中
心的执行主任汪建说,他后来买了国庆大典的光盘,但一直到今天还
没时间看。“不过,我相信我们的工作就是对祖国大庆的最好献礼”。
他们有理由为自己的工作骄傲,因为,他们代表中国加入了这项
人类首次全面、系统地解读和研究人类遗传物质脱氧核糖核酸(DNA)
的伟大计划。这项计划已经有美、英、日、德、法等国参加,中国是
第6个参加国,承担的工作量是1%的测序工作,也就是说,我国将在
2000年3月完成第3号染色体上的3千万碱基对的测序和初步组装,并在
2003年完成全部组装及分析工作。
什么是“国际人类基因组计划(HGP)”?
简单地说,人类基因组是指决定人体的生老病死的所有遗传信息
的总和。国际人类基因组计划就是要把人类基因组的全部排序都给弄
清,绘出图来。到了这张图绘成的那一天,有关人类生命的核心秘密
将大白于天下。
人类对基因的认识过程大约经历了一百多年的历程。在19世纪
60年代,奥地利的一位名叫孟德尔的神父种了一些豌豆。他对不同特
征的豌豆的杂交结果特别感兴趣,就把他的实验结果记录下来,得出
了一些结论。他发现,豌豆的特征是由某些“因素”控制的,而且每
一棵豌豆的每一个特征是由一对“因素”控制,从父本和母本中各传
来一个“因素”,它们中如果一个发挥了作用,就会压制另一个,但
是这被压制的“因素”并没有消失,它还会再传下去,在后代中再出
现。孟德尔所说的“因素”,实际就是基因。
20世纪50年代,英国科学家克里克和美国科学家沃森划时代地设
计出一个双螺旋的DNA模型(今天我们可以在北京中关村看到这个模型),
使基因的研究跨入一个新的历史阶段。
今天我们如果在高倍显微镜下看我们的细胞,会看到在细胞分裂
时有一对对像小棒棒似的东西,那就是“染色体”。染色体平常就藏
在细胞核里。每个人的染色体有23对共46条,一半来自父亲,一半来
自母亲。我们平常所说的“DNA”,是“脱氧核糖核酸”的英文缩写,
实际一个染色体就是由一个DNA分子组成的。DNA的化学结构是两条平
行的链,像麻花一样拧在一起,要是把它拉直了的话,它就像是一级
级搭起的梯子,这梯子的每一级台阶,是由四种核苷酸A、G、T、C中
的一种来构成,而这样一段台阶,如果具有功能,能决定遗传信息,
就是所谓的“基因“。换句话说,基因是DNA的一段,它可能很长,也
可能很短。科学家们推测,人的细胞中,有大约6~10万个基因,组成
这些基因的台阶即核苷酸的数量,有30亿个。国际人类基因组计划
(HGP)所要做的事,就是要弄清这6~10万个基因在30亿个核苷酸中
的具体排列。
人类为什么一定要绘出这张30亿个核苷酸的序列图呢?
这是科学发展的必然结果。在20世纪70年代时,人类在研究疾病
方面比以往任何时候花的钱都要多,美国就曾斥巨资搞了个肿瘤计划,
但却收效不佳。后来人们发现,癌症以及其它所有人类疾病都与基因
直接或间接有关。1986年,美国科学家杜伯克在美国《科学》杂志上
撰文提出,现在面临两个选择:要么“零敲碎打”式的,大家各自研
究自己感兴趣的基因;要么大家联合起来,从整体上把人类的基因组
搞清。杜伯克号召大家选择后者。他说:“人类的DNA是人类的真谛。
这个世界上发生的一切事情,都与这一序列息息相关。”后来,杜伯
克的这篇文章被人们公认为人类基因组计划(HGP)的“标书”。
这是一个空前艰巨的计划。因为人类细胞的DNA,是世界上最复杂
的DNA。仅仅是小小的线虫,它的DNA中就含有2800万碱基对,工作量
大得惊人,而人类的DNA,这个数量达到30亿的天文数字。杜伯克当时
就说:“这样的工作是任何一个实验室难以承担的,它应该成为国家
级的项目,并且使它成为国际性的项目。”1990年,经过5年的辩论以
后,美国国会终于批准这一计划,当时他们的规划是:用15年的时间,
投资30亿美元,搞清人类30亿个核苷酸的全部序列。据说,今天在美
国,就是一个普通出租车司机也能知道这个“30亿美元搞掂30亿个核
苷酸”的HGP计划。
HGP现在已经被世界各国接受。英、法、德和日本先后加入了
HGP计划,各自承担了一定份额的基因排序任务。中科院遗传所是今年
7月向国际人类基因组(HGSI)注册,并申请承担1%的测序工作的。
9月,在伦敦召开的第5届国际人类基因组战略会正式确认了我国的参
与,以及工作量和工作区域。美、英、日、德、法等国际人类基因组
计划参与国认为,中国的参与使这项计划更具有全人类的代表性。很
可能,不会再有更多的国家参与进来了,因为HGP的进展非常快,原订
是2005年完成,由于技术的进步,完成日期已经提前到2003年。在国
际互联网上每周都在报告工作的进展。12月1日,英、美、日等国科学
家组成的研究小组宣布,他们已经完成了人体第22对染色体基因序列
的测定,确定出该对染色体上所有蛋白质编码基因所含的约3400万个
碱基对位置。(人为在基因组测序工作中的最新进展被美《科学》杂
志评为去年世界十大科学成果)这是第一对完整的人体染色体的遗传
密码被破译。
每每看到这些不断刷新着的数字,都会给人带来一种发自内心的
振奋与激动。全人类的科学家们同心协力,绘制生命奥秘的伟大蓝图,
探索人类自身及生命的内在之谜,这在人类历史上还未曾有过。当年
杜伯克曾写道:“这一计划的意义,可以与征服宇宙的计划媲美,我
们也应以征服宇宙的气魄来进行这一计划。”有人把这项计划比做
“曼哈顿原子弹计划”和“阿波罗登月计划”,但是HGP的意义要更加
深远:它不仅是各国科学家联手进行,而且它的成果也不属于任何一
个国家或仅仅是几个参与国,全部HGP的数据成果,都会在网上向全世
界公布,供全人类共享。
一场翻天覆地的革命
这张人类基因组全序列图会带给我们什么?──它可能会带来的
变化,用“翻天覆地”来形容,一点不为过。
自从国际基因组计划(HGP)开始运作以后,有关基因的新发现层
出不穷。特别是最近,几乎是每月甚至每周都有关于某种“新基因”
被发现。比如,风流成性的“流氓”究竟是后天的道德不检点还是
“天生”的?美国埃默里大学神经学家利用老鼠做实验,将性格合群、
倾向单一的仓鼠基因移植到雄性老鼠身上,结果那些原本凶狠好斗、
喜欢滥交异性的雄鼠的行为顿时出现改变,不仅对伴侣忠诚,对其它
雄鼠也不像以前那么凶了。再比如,贪吃嘴馋只是一种个人喜好吗?
澳大利亚科学家最近发现一种与食欲有关的基因,能产生一种被称为
“指向标”的蛋白质,使人产生进食的欲望。这对超级胖子或糖尿病
患者是个好消息,因为他们不必痛苦地克制自己的食欲了,只要改变
他们的基因,以后根本就不那么想吃了。最近还有消息说美国科学家
发现了一种能减缓伤口愈合速度的基因,如果抑制这种基因的作用,
就有可能加速伤口愈合。还有消息说科学家们分析了一种亚型的转基
因老鼠的特点后得出结论:通过基因增强智力是可行的……
这只是有关基因的发现的开始。当人们逐渐将基因的排列一点点
搞清之后,就会逐渐得知这些碱基排列都意味着什么基因,这些基因
又都控制着什么功能。随着这些生命密码一点点地被破译,神秘的生
命之谜将不再有秘密可言。我们都知道,人类的第一张人体解剖图奠
定了现代医学的基础;而这张人类基因组序列图可以说是一张分子水
平的人体解剖图,它的意义却更深远:人体解剖图只是让人更了解人
类生命,而人类基因组序列图却可以让人控制生命、改造生命,甚至
制造生命。
基因治疗
科学家已经为我们描绘出了这样一幅图景:将来我们去医院看病,
除了要带病历,还要带一张光盘,那上面有你的“基因图”。医生先
把你的基因与正常的基因图做一个比较,就能看出病来,这比现在的
听诊问诊医疗仪器检查都要来得快捷而准确多了。而且基因图还可以
发预告:你将会长多高?你会不会发胖?你将来会不会秃顶,在什么
时候秃顶?你最终会不会死于糖尿病或癌症……从基因图中可以预知
自己的未来,听起来有点先知的味道?──算命先生、预言大师的话
可以不信,但是基因图说的却是真的,科学就有这个力量。
当人们发现了某种致病基因后,再治这种病就变得非常简易:可
以在发病前就设法预防它的发作,也可以设法修饰或改变这个基因的
表达,比如癌症、糖尿病、哮喘、高血压等现代医学无法根治的病,
都可采用基因治疗。基因研究的突破将使医学发生根本性的革命。
从前人们对于中医的治病机理总也说不清,中医所说的“内邪”
是什么东西?已经有科学家提出,应该从基因组学来切入中医的研究:
“内邪”与“基因致病”有着相似之处,而所谓“扶正祛邪”,也就
是人们说的用“抵抗力”来抵抗疾病,也与西医的“基因治疗”──
即改变、调整相关的基因──相像。也就是说,中医药真的有效,就
一定是在某种程度上是改变了某个、某些基因的表达。
基因“改造”
知道了基因可以有这么大的功能,很自然地,人们就会产生一个
念头:我们能不能“改造”我们的基因,使我们变得个子更高、眼睛
更大、皮肤更白?是不是能用好基因来改造自己原有基因的方法使我
们更强壮更聪明更漂亮?
为了搞清人类基因组计划对我们会有什么影响,我走访了中国社
会科学院的伦理学专家邱仁宗教授和首都医科大学的翟晓梅博士。
邱教授反问我:什么是“好基因”?你这个好坏的标准是怎么来
的?有一些基因,比如造成人变成先天愚型的,那是致病基因,我们
可以同意它是“不好的”;但是有些基因,只能是“不合意的”。你
觉得皮肤白才是美,但非洲人认为越黑才越美;或者你认为瘦才美,
但有些地方就以胖为美,中国的唐朝时候不就是这样吗?你真的敢为
了一时的风尚改变自己一生的基因?况且基因的作用是非常复杂的。
即使是致病基因,也不一定都是“不好”的。最著名的是一种造成
“地中海贫血病”(又称“镰形细胞症”)的致病基因,带这种基因
的人患有贫血病。但是人们又发现,带有这种基因的人原先都居住在
热带地区,那正是疟疾的高发地区,而他们却比不带此基因的健康人
更能抵御恶性疟疾。你说这是“好”基因呢,还是“坏”基因?
我又问:现在不是提倡“优生优育”吗?我们是不是可以利用基
因疗法来改造我们民族的素质?
翟晓梅博士说:你说的这个“优生”,如果只是把孩子养育得更
健康,那是可以的,但如果是一种对人性乃至人种的甄别、筛选和改
造,那是绝对不可以的。实际上第二次世界大战时期的德国法西斯,
就是打着“优生”的旗号干着种族灭绝的勾当的。这是人类历史上非
常惨痛的教训。第二次世界大战带给我们的一大进步,就是承认人人
都是平等的,不管他是什么种族,什么样子的人。残疾的人与健康的
人一样有他们生存的权利,如果漠视这一点,就有可能走到当年希特
勒的“eugenics”(优生)论上去。所以我们可以发展用基因治病,
但是有一条线绝对不能越过:这就是不能导致对人的特性的改变,不
能导致一部分人歧视另一部分人。如果我们根本不允许残疾人出生,
那么很多历史上的伟人都不可能存在了,比如患有肌萎缩性侧索硬化
症的当代最伟大的物理学家之一霍金,他虽然现在肢体的绝大部分都
不能动,甚至连话都说不清,但他对世界的影响和贡献却是无法计量
的。还有梵高,他是一个天才画家,但他也是个精神病患者,这样的
人也不准出生吗?
基因歧视
由上面的话题展开,更大的问题是,带有所谓“不好”基因的人,
会不会因此受到歧视?首先是基因隐私的问题。说到隐私,那关于一
个人的生、老、病、死的遗传信息更属于人的隐私范围了。但是,这
种隐私却面临着社会的挑战:如果企业老板在用人时要求查验员工的
基因图谱,或者保险公司在为保户上保险时对带有“不利基因”的人
要提高收费档次,这是合理的吗?在某些情况下,有一些致病基因,
会导致人在中年以后才发病,比如现在已经知道导致“享廷氏舞蹈病”
的基因,会让人四十岁以后发病。那么怎么看待这些人呢?他们还没
发病时算是“病人”吗?或者人们知道了里根带有老年痴呆症的基因,
还会选他做总统吗?一个人的基因图可以在什么样的范围公开,又是
谁可以掌握这种“生物学标准”呢?我们知道某某人的家族都带有某
种遗传病基因,我们就可以歧视他吗?他成了一个“基因贱民”?─
─或者反过来,某某人杀了人,但他说他有带暴力倾向的基因,所以
他不该为此负责──就像是精神病人不为自己的行为负责一样,这样
说得通吗?
邱教授说,由于基因研究的进展,现在特别容易有一种错觉,认
为基因决定一切。其实基因只是一个人的内在因素,后天环境对他的
影响同样重要。就算是有了爱因斯坦的基因,也不能复制出爱因斯坦,
因为你无法复制爱因斯坦的生活环境。
基因中的人类变迁史
可能有一些人会担心,人类对基因的研究将给种族主义者带来理
论支持。事实却相反,人们在基因研究上的进展揭示出的是种族主义
者们根本想不到的另一幅图景:人类与黑猩猩的基因有99%完全相同,
按照这种方法计算,人和猿分道扬镳才500万年。现代的人类不管是黑
人、白人还是黄种人,他们共同的母系祖先都来自非洲,而且从非洲
走出的时间不过是15~25万年前。他们从非洲走出,走到了亚洲,走
到了欧洲,形成了今天的人类种族。作为种族差异的明显标志的眼睛
的颜色,实际上是对气候的一种适应,一个爱尔兰人或中国人或非洲
的祖鲁人、纳瓦霍人,从遗传基因上并没有不同。据报道,欧洲人的
基因中,有65%来自亚洲,35%来自非洲,又哪里有所谓的“纯白人”
呢?美国时代周刊在报道这项发现时用了一句著名的话来评论:“人
类种族的差异实际仅仅只有皮肤那么厚。”也就是说,到了皮肤以下,
种族就不存在了。
遗传学家们还为我们提供了其它有意思的发现:比如,一般人会
觉得澳洲的土著人与非洲南部的黑人在遗传上应该是比较接近的,因
为他们都是黑人,体型也接近,但是他们在遗传上却相距最远,澳洲
土著人实际上与他们的东南亚邻居才是最接近的。在美洲的三种主要
土著人中,他们之间在遗传上差别也较大,可以判断出,他们在历史
上是分别三次离开亚洲渡过白令海峡到达美洲的……从这里,我们可
以看出人类迁徙历程,可以了解现代人类的起源与繁衍,可以了解我
们自己是从哪里来的。
每一次科学进步都会给人类带来新的困惑,但是大概还没有哪一
次,人们在开始列研究项目之初,就把它可能带来的社会伦理问题考
虑进去。HGP带来的伦理问题太大太复杂,所以从一开始,社会伦理方
面的研究就成为HGP的一个子项目。在采访中,我曾问过科学家们一个
可以算是“终极问题”的问题:人类拥有了基因技术后,是不是可以
造人了?科学家们的反应都是一致的:这绝不可以。首先,现在离
“造人”还差得比较远,人类现在大概可以合成出一些蛋白质,简单
的细胞,但是从技术上说,这条路是能走下去的,不存在技术上的障
碍。真正能阻止这件事的,是人类自己。自从500万年前人类从猿中分
离出来以后,人就成为这个世界上唯一的具有理性的生物。这种人类
理性,使人类终于成为这个世界上的佼佼者,也正是这种人类理性,
将使人类避免走上毁灭自己毁灭世界的疯狂之路。
我们怎样迎接“基因的世纪”?
在离北京市区40公里的顺义空港工业区,中科院遗传所人类基因
组的测序中心日夜灯火通明,自从1999年10月1日中心正式启动运转后,
他们24小时三班倒,夜以继日地将测序工作向前推进着。中心执行主
任汪建和博士生张猛接待了我的来访。
我问的一个问题是:“你们有把握在2003年前全部完成吗?”
“没问题。现在除了我们,还有国家人类基因组北方研究中心和
南方研究中心要加入进来一起做。”
“你们测的基因是从谁的身上取的?你们知道吗?”
张猛说:“不知道具体是谁的,但是知道是从一个美国白人身上
取的。全世界测的样本,都来自4个美国白人,他们是自愿提供样本。
但是最终测得的序列,将是全人类的共同样本,就像是医学院里的解
剖图一样。”
“那你们将来会测中国人的样本吗?”
“肯定会。中国是世界上人口最多的国家,肯定也是得病人数最
多的国家。研究中国人的基因,不但对于治疗中国人的疾病而且对于
全世界人民的健康都有着重大的意义。在2003年国际人类基因组计划
完成以后,我们会转而研究中国人的基因,特别是研究那些致病的基
因。”
汪建说,我们加入国际人类基因组计划,从表面上看来这样大的
计划中也有了中国人的参与,是给中国人争了光,其实更根本的意义
在于它将带动我们整个学科的发展,进而推动整个产业的发展。他举
一个例子:中国人口中有十分之一的人是乙肝病毒携带者。而别的民
族就没有这么高的比例。这是为什么?恐怕得从基因上找原因。如果
把它搞清了,意义不知会有多么大。十分之一的人口,这就是1亿多的
人,如果发了病,现在最好的治疗办法是用干扰素治疗,要花6万元,
那么1亿人的医疗费要花6万亿元啊!想一想,这仅仅是基因研究的一
个例子,它对我们国家人民的幸福,对我们的医疗事业将有多大的意
义!
如果我们讨论科学技术对人类的影响,把20世纪称为“电子的世
纪”,那么21世纪将是基因的世纪。基因革命给人类带来的影响将像
电子技术在20世纪给人类带来的影响一样巨大。现在各国都在基因研
究的领域展开了赛跑,特别是西方的一些大的制药公司,不惜巨额投
资来抢占基因的资源。关于基因专利的商业化问题现在是西方国家的
一个争论焦点。而主张成果为全世界共享的国际人类基因组计划(
HGP)的工作步伐一再加快。汪建特别强调说,参与和不参与是大不一
样的,自己搞出来和拿别人的现成成果是大不一样的。我可以告诉大
家,我们现在的起点是世界一流水平的。我们不能再错过这个历史机
会了!
(本文图片除署名外均由黄艾禾提供)

中国科学院遗传所人类基因组中心的四位带头人:(右起)杨焕明,于军,刘思奇,汪建

在显微镜下看到的两条DNA,它们呈螺旋状完美地交织在一起。

染色体与DNA示意图

顺义基因组测序中心夜以继日地将HGP向前推进着

HGP北京中心的徽标,中间是一个“人”字。