破譯我們自己的生命密碼

07-22

革命即將成功同志正在努力破譯我們自己的生命密碼

圖／康慨本報特約記者黃艾禾編者按：20世紀人類科學的最大成就集中在物理學和微電子學領域，可以預見的是，21世紀的科學革命將發生在生物學領域。宣告這一必然性的就是HGP——人類基因組研究計劃。該計劃最新的日程表展示，到2003年，包括30億個鹼基對的人類基因組序列將全部被測定，生命的秘密將一朝大白於天下。它將為人類展開一幅震撼人心的世界圖景：疾病將永久地消失；恐龍可能復活；生命可以在工廠里生產……然而，它也帶來了前所未有的倫理和社會難題：我們可以改造基因使我們個子更高、皮膚更白、眼睛更大嗎？我們應該歧視帶有致病基因的人嗎？我們可以去除人身上的「自私基因」而徹底地改良人類嗎？……是上帝的福音降臨，還是打開了潘多拉的盒子？讓我們跟隨記者的腳步走進HGP，思考HGP。一張偉大的生命之圖1999年的10月1日，正值中華人民共和國五十年大慶，全國人民都休息了一個空前長的國慶假期，而中國科學院遺傳所人類基因組中心的成員們卻在北京順義空港工業區里忙得不可開交。這一天，人類基因組計劃（HGP）測序中心的設備，正式開始運轉。當雄壯的閱兵式在天安門廣場進行的時候，他們卻無暇看一眼電視轉播。人類基因組中心的執行主任汪建說，他後來買了國慶大典的光碟，但一直到今天還沒時間看。「不過，我相信我們的工作就是對祖國大慶的最好獻禮」。他們有理由為自己的工作驕傲，因為，他們代表中國加入了這項人類首次全面、系統地解讀和研究人類遺傳物質脫氧核糖核酸（DNA）的偉大計劃。這項計劃已經有美、英、日、德、法等國參加，中國是第6個參加國，承擔的工作量是1％的測序工作，也就是說，我國將在2000年3月完成第3號染色體上的3千萬鹼基對的測序和初步組裝，並在2003年完成全部組裝及分析工作。什麼是「國際人類基因組計劃（HGP）」？簡單地說，人類基因組是指決定人體的生老病死的所有遺傳信息的總和。國際人類基因組計劃就是要把人類基因組的全部排序都給弄清，繪出圖來。到了這張圖繪成的那一天，有關人類生命的核心秘密將大白於天下。人類對基因的認識過程大約經歷了一百多年的歷程。在19世紀60年代，奧地利的一位名叫孟德爾的神父種了一些豌豆。他對不同特徵的豌豆的雜交結果特別感興趣，就把他的實驗結果記錄下來，得出了一些結論。他發現，豌豆的特徵是由某些「因素」控制的，而且每一棵豌豆的每一個特徵是由一對「因素」控制，從父本和母本中各傳來一個「因素」，它們中如果一個發揮了作用，就會壓制另一個，但是這被壓制的「因素」並沒有消失，它還會再傳下去，在後代中再出現。孟德爾所說的「因素」，實際就是基因。20世紀50年代，英國科學家克里克和美國科學家沃森劃時代地設計出一個雙螺旋的DNA模型（今天我們可以在北京中關村看到這個模型），使基因的研究跨入一個新的歷史階段。今天我們如果在高倍顯微鏡下看我們的細胞，會看到在細胞分裂時有一對對像小棒棒似的東西，那就是「染色體」。染色體平常就藏在細胞核里。每個人的染色體有23對共46條，一半來自父親，一半來自母親。我們平常所說的「DNA」，是「脫氧核糖核酸」的英文縮寫，實際一個染色體就是由一個DNA分子組成的。DNA的化學結構是兩條平行的鏈，像麻花一樣擰在一起，要是把它拉直了的話，它就像是一級級搭起的梯子，這梯子的每一級台階，是由四種核苷酸A、G、T、C中的一種來構成，而這樣一段台階，如果具有功能，能決定遺傳信息，就是所謂的「基因「。換句話說，基因是DNA的一段，它可能很長，也可能很短。科學家們推測，人的細胞中，有大約6～10萬個基因，組成這些基因的台階即核苷酸的數量，有30億個。國際人類基因組計劃（HGP）所要做的事，就是要弄清這6～10萬個基因在30億個核苷酸中的具體排列。人類為什麼一定要繪出這張30億個核苷酸的序列圖呢？這是科學發展的必然結果。在20世紀70年代時，人類在研究疾病方面比以往任何時候花的錢都要多，美國就曾斥巨資搞了個腫瘤計劃，但卻收效不佳。後來人們發現，癌症以及其它所有人類疾病都與基因直接或間接有關。1986年，美國科學家杜伯克在美國《科學》雜誌上撰文提出，現在面臨兩個選擇：要麼「零敲碎打」式的，大家各自研究自己感興趣的基因；要麼大家聯合起來，從整體上把人類的基因組搞清。杜伯克號召大家選擇後者。他說：「人類的DNA是人類的真諦。這個世界上發生的一切事情，都與這一序列息息相關。」後來，杜伯克的這篇文章被人們公認為人類基因組計劃（HGP）的「標書」。這是一個空前艱巨的計劃。因為人類細胞的DNA，是世界上最複雜的DNA。僅僅是小小的線蟲，它的DNA中就含有2800萬鹼基對，工作量大得驚人，而人類的DNA，這個數量達到30億的天文數字。杜伯克當時就說：「這樣的工作是任何一個實驗室難以承擔的，它應該成為國家級的項目，並且使它成為國際性的項目。」1990年，經過5年的辯論以後，美國國會終於批准這一計劃，當時他們的規劃是：用15年的時間，投資30億美元，搞清人類30億個核苷酸的全部序列。據說，今天在美國，就是一個普通計程車司機也能知道這個「30億美元搞掂30億個核苷酸」的HGP計劃。HGP現在已經被世界各國接受。英、法、德和日本先後加入了HGP計劃，各自承擔了一定份額的基因排序任務。中科院遺傳所是今年7月向國際人類基因組（HGSI）註冊，並申請承擔1％的測序工作的。9月，在倫敦召開的第5屆國際人類基因組戰略會正式確認了我國的參與，以及工作量和工作區域。美、英、日、德、法等國際人類基因組計劃參與國認為，中國的參與使這項計劃更具有全人類的代表性。很可能，不會再有更多的國家參與進來了，因為HGP的進展非常快，原訂是2005年完成，由於技術的進步，完成日期已經提前到2003年。在國際互聯網上每周都在報告工作的進展。12月1日，英、美、日等國科學家組成的研究小組宣布，他們已經完成了人體第22對染色體基因序列的測定，確定出該對染色體上所有蛋白質編碼基因所含的約3400萬個鹼基對位置。（人為在基因組測序工作中的最新進展被美《科學》雜誌評為去年世界十大科學成果）這是第一對完整的人體染色體的遺傳密碼被破譯。每每看到這些不斷刷新著的數字，都會給人帶來一種發自內心的振奮與激動。全人類的科學家們同心協力，繪製生命奧秘的偉大藍圖，探索人類自身及生命的內在之謎，這在人類歷史上還未曾有過。當年杜伯克曾寫道：「這一計劃的意義，可以與征服宇宙的計劃媲美，我們也應以征服宇宙的氣魄來進行這一計劃。」有人把這項計劃比做「曼哈頓原子彈計劃」和「阿波羅登月計劃」，但是HGP的意義要更加深遠：它不僅是各國科學家聯手進行，而且它的成果也不屬於任何一個國家或僅僅是幾個參與國，全部HGP的數據成果，都會在網上向全世界公布，供全人類共享。一場翻天覆地的革命這張人類基因組全序列圖會帶給我們什麼？──它可能會帶來的變化，用「翻天覆地」來形容，一點不為過。自從國際基因組計劃（HGP）開始運作以後，有關基因的新發現層出不窮。特別是最近，幾乎是每月甚至每周都有關於某種「新基因」被發現。比如，風流成性的「流氓」究竟是後天的道德不檢點還是「天生」的？美國埃默里大學神經學家利用老鼠做實驗，將性格合群、傾向單一的倉鼠基因移植到雄性老鼠身上，結果那些原本兇狠好鬥、喜歡濫交異性的雄鼠的行為頓時出現改變，不僅對伴侶忠誠，對其它雄鼠也不像以前那麼凶了。再比如，貪吃嘴饞只是一種個人喜好嗎？澳大利亞科學家最近發現一種與食慾有關的基因，能產生一種被稱為「指向標」的蛋白質，使人產生進食的慾望。這對超級胖子或糖尿病患者是個好消息，因為他們不必痛苦地剋制自己的食慾了，只要改變他們的基因，以後根本就不那麼想吃了。最近還有消息說美國科學家發現了一種能減緩傷口癒合速度的基因，如果抑制這種基因的作用，就有可能加速傷口癒合。還有消息說科學家們分析了一種亞型的轉基因老鼠的特點後得出結論：通過基因增強智力是可行的……這只是有關基因的發現的開始。當人們逐漸將基因的排列一點點搞清之後，就會逐漸得知這些鹼基排列都意味著什麼基因，這些基因又都控制著什麼功能。隨著這些生命密碼一點點地被破譯，神秘的生命之謎將不再有秘密可言。我們都知道，人類的第一張人體解剖圖奠定了現代醫學的基礎；而這張人類基因組序列圖可以說是一張分子水平的人體解剖圖，它的意義卻更深遠：人體解剖圖只是讓人更了解人類生命，而人類基因組序列圖卻可以讓人控制生命、改造生命，甚至製造生命。基因治療科學家已經為我們描繪出了這樣一幅圖景：將來我們去醫院看病，除了要帶病歷，還要帶一張光碟，那上面有你的「基因圖」。醫生先把你的基因與正常的基因圖做一個比較，就能看出病來，這比現在的聽診問診醫療儀器檢查都要來得快捷而準確多了。而且基因圖還可以發預告：你將會長多高？你會不會發胖？你將來會不會禿頂，在什麼時候禿頂？你最終會不會死於糖尿病或癌症……從基因圖中可以預知自己的未來，聽起來有點先知的味道？──算命先生、預言大師的話可以不信，但是基因圖說的卻是真的，科學就有這個力量。當人們發現了某種致病基因後，再治這種病就變得非常簡易：可以在發病前就設法預防它的發作，也可以設法修飾或改變這個基因的表達，比如癌症、糖尿病、哮喘、高血壓等現代醫學無法根治的病，都可採用基因治療。基因研究的突破將使醫學發生根本性的革命。從前人們對於中醫的治病機理總也說不清，中醫所說的「內邪」是什麼東西？已經有科學家提出，應該從基因組學來切入中醫的研究：「內邪」與「基因致病」有著相似之處，而所謂「扶正祛邪」，也就是人們說的用「抵抗力」來抵抗疾病，也與西醫的「基因治療」──即改變、調整相關的基因──相像。也就是說，中醫藥真的有效，就一定是在某種程度上是改變了某個、某些基因的表達。基因「改造」知道了基因可以有這麼大的功能，很自然地，人們就會產生一個念頭：我們能不能「改造」我們的基因，使我們變得個子更高、眼睛更大、皮膚更白？是不是能用好基因來改造自己原有基因的方法使我們更強壯更聰明更漂亮？為了搞清人類基因組計劃對我們會有什麼影響，我走訪了中國社會科學院的倫理學專家邱仁宗教授和首都醫科大學的翟曉梅博士。邱教授反問我：什麼是「好基因」？你這個好壞的標準是怎麼來的？有一些基因，比如造成人變成先天愚型的，那是致病基因，我們可以同意它是「不好的」；但是有些基因，只能是「不合意的」。你覺得皮膚白才是美，但非洲人認為越黑才越美；或者你認為瘦才美，但有些地方就以胖為美，中國的唐朝時候不就是這樣嗎？你真的敢為了一時的風尚改變自己一生的基因？況且基因的作用是非常複雜的。即使是致病基因，也不一定都是「不好」的。最著名的是一種造成「地中海貧血病」（又稱「鐮形細胞症」）的致病基因，帶這種基因的人患有貧血病。但是人們又發現，帶有這種基因的人原先都居住在熱帶地區，那正是瘧疾的高發地區，而他們卻比不帶此基因的健康人更能抵禦惡性瘧疾。你說這是「好」基因呢，還是「壞」基因？我又問：現在不是提倡「優生優育」嗎？我們是不是可以利用基因療法來改造我們民族的素質？翟曉梅博士說：你說的這個「優生」，如果只是把孩子養育得更健康，那是可以的，但如果是一種對人性乃至人種的甄別、篩選和改造，那是絕對不可以的。實際上第二次世界大戰時期的德國法西斯，就是打著「優生」的旗號干著種族滅絕的勾當的。這是人類歷史上非常慘痛的教訓。第二次世界大戰帶給我們的一大進步，就是承認人人都是平等的，不管他是什麼種族，什麼樣子的人。殘疾的人與健康的人一樣有他們生存的權利，如果漠視這一點，就有可能走到當年希特勒的「eugenics」（優生）論上去。所以我們可以發展用基因治病，但是有一條線絕對不能越過：這就是不能導致對人的特性的改變，不能導致一部分人歧視另一部分人。如果我們根本不允許殘疾人出生，那麼很多歷史上的偉人都不可能存在了，比如患有肌萎縮性側索硬化症的當代最偉大的物理學家之一霍金，他雖然現在肢體的絕大部分都不能動，甚至連話都說不清，但他對世界的影響和貢獻卻是無法計量的。還有梵高，他是一個天才畫家，但他也是個精神病患者，這樣的人也不準出生嗎？基因歧視由上面的話題展開，更大的問題是，帶有所謂「不好」基因的人，會不會因此受到歧視？首先是基因隱私的問題。說到隱私，那關於一個人的生、老、病、死的遺傳信息更屬於人的隱私範圍了。但是，這種隱私卻面臨著社會的挑戰：如果企業老闆在用人時要求查驗員工的基因圖譜，或者保險公司在為保戶上保險時對帶有「不利基因」的人要提高收費檔次，這是合理的嗎？在某些情況下，有一些致病基因，會導致人在中年以後才發病，比如現在已經知道導致「享廷氏舞蹈病」的基因，會讓人四十歲以後發病。那麼怎麼看待這些人呢？他們還沒發病時算是「病人」嗎？或者人們知道了里根帶有老年痴呆症的基因，還會選他做總統嗎？一個人的基因圖可以在什麼樣的範圍公開，又是誰可以掌握這種「生物學標準」呢？我們知道某某人的家族都帶有某種遺傳病基因，我們就可以歧視他嗎？他成了一個「基因賤民」？──或者反過來，某某人殺了人，但他說他有帶暴力傾向的基因，所以他不該為此負責──就像是精神病人不為自己的行為負責一樣，這樣說得通嗎？邱教授說，由於基因研究的進展，現在特別容易有一種錯覺，認為基因決定一切。其實基因只是一個人的內在因素，後天環境對他的影響同樣重要。就算是有了愛因斯坦的基因，也不能複製出愛因斯坦，因為你無法複製愛因斯坦的生活環境。基因中的人類變遷史可能有一些人會擔心，人類對基因的研究將給種族主義者帶來理論支持。事實卻相反，人們在基因研究上的進展揭示出的是種族主義者們根本想不到的另一幅圖景：人類與黑猩猩的基因有99％完全相同，按照這種方法計算，人和猿分道揚鑣才500萬年。現代的人類不管是黑人、白人還是黃種人，他們共同的母系祖先都來自非洲，而且從非洲走出的時間不過是15～25萬年前。他們從非洲走出，走到了亞洲，走到了歐洲，形成了今天的人類種族。作為種族差異的明顯標誌的眼睛的顏色，實際上是對氣候的一種適應，一個愛爾蘭人或中國人或非洲的祖魯人、納瓦霍人，從遺傳基因上並沒有不同。據報道，歐洲人的基因中，有65％來自亞洲，35％來自非洲，又哪裡有所謂的「純白人」呢？美國時代周刊在報道這項發現時用了一句著名的話來評論：「人類種族的差異實際僅僅只有皮膚那麼厚。」也就是說，到了皮膚以下，種族就不存在了。遺傳學家們還為我們提供了其它有意思的發現：比如，一般人會覺得澳洲的土著人與非洲南部的黑人在遺傳上應該是比較接近的，因為他們都是黑人，體型也接近，但是他們在遺傳上卻相距最遠，澳洲土著人實際上與他們的東南亞鄰居才是最接近的。在美洲的三種主要土著人中，他們之間在遺傳上差別也較大，可以判斷出，他們在歷史上是分別三次離開亞洲渡過白令海峽到達美洲的……從這裡，我們可以看出人類遷徙歷程，可以了解現代人類的起源與繁衍，可以了解我們自己是從哪裡來的。每一次科學進步都會給人類帶來新的困惑，但是大概還沒有哪一次，人們在開始列研究項目之初，就把它可能帶來的社會倫理問題考慮進去。HGP帶來的倫理問題太大太複雜，所以從一開始，社會倫理方面的研究就成為HGP的一個子項目。在採訪中，我曾問過科學家們一個可以算是「終極問題」的問題：人類擁有了基因技術後，是不是可以造人了？科學家們的反應都是一致的：這絕不可以。首先，現在離「造人」還差得比較遠，人類現在大概可以合成出一些蛋白質，簡單的細胞，但是從技術上說，這條路是能走下去的，不存在技術上的障礙。真正能阻止這件事的，是人類自己。自從500萬年前人類從猿中分離出來以後，人就成為這個世界上唯一的具有理性的生物。這種人類理性，使人類終於成為這個世界上的佼佼者，也正是這種人類理性，將使人類避免走上毀滅自己毀滅世界的瘋狂之路。我們怎樣迎接「基因的世紀」？在離北京市區40公里的順義空港工業區，中科院遺傳所人類基因組的測序中心日夜燈火通明，自從1999年10月1日中心正式啟動運轉後，他們24小時三班倒，夜以繼日地將測序工作向前推進著。中心執行主任汪建和博士生張猛接待了我的來訪。我問的一個問題是：「你們有把握在2003年前全部完成嗎？」「沒問題。現在除了我們，還有國家人類基因組北方研究中心和南方研究中心要加入進來一起做。」「你們測的基因是從誰的身上取的？你們知道嗎？」張猛說：「不知道具體是誰的，但是知道是從一個美國白人身上取的。全世界測的樣本，都來自4個美國白人，他們是自願提供樣本。但是最終測得的序列，將是全人類的共同樣本，就像是醫學院里的解剖圖一樣。」「那你們將來會測中國人的樣本嗎？」「肯定會。中國是世界上人口最多的國家，肯定也是得病人數最多的國家。研究中國人的基因，不但對於治療中國人的疾病而且對於全世界人民的健康都有著重大的意義。在2003年國際人類基因組計劃完成以後，我們會轉而研究中國人的基因，特別是研究那些致病的基因。」汪建說，我們加入國際人類基因組計劃，從表面上看來這樣大的計劃中也有了中國人的參與，是給中國人爭了光，其實更根本的意義在於它將帶動我們整個學科的發展，進而推動整個產業的發展。他舉一個例子：中國人口中有十分之一的人是乙肝病毒攜帶者。而別的民族就沒有這麼高的比例。這是為什麼？恐怕得從基因上找原因。如果把它搞清了，意義不知會有多麼大。十分之一的人口，這就是1億多的人，如果發了病，現在最好的治療辦法是用干擾素治療，要花6萬元，那麼1億人的醫療費要花6萬億元啊！想一想，這僅僅是基因研究的一個例子，它對我們國家人民的幸福，對我們的醫療事業將有多大的意義！如果我們討論科學技術對人類的影響，把20世紀稱為「電子的世紀」，那麼21世紀將是基因的世紀。基因革命給人類帶來的影響將像電子技術在20世紀給人類帶來的影響一樣巨大。現在各國都在基因研究的領域展開了賽跑，特別是西方的一些大的製藥公司，不惜巨額投資來搶佔基因的資源。關於基因專利的商業化問題現在是西方國家的一個爭論焦點。而主張成果為全世界共享的國際人類基因組計劃（HGP）的工作步伐一再加快。汪建特彆強調說，參與和不參與是大不一樣的，自己搞出來和拿別人的現成成果是大不一樣的。我可以告訴大家，我們現在的起點是世界一流水平的。我們不能再錯過這個歷史機會了！（本文圖片除署名外均由黃艾禾提供）