揭开生老病死之谜
基因,是生物遗传的基本单位。人的生老病死,都与基因有关。
用不了太久,一个破译人类全部遗传信息的“人类基因组计划”将首战告捷。2003年,人类基因组的全部顺序将在各国科学家联手攻关下大功告成,从而使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。
生命科学史上的“登月”行动
这个简称为HGP的计划,与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划,并称为人类自然科学史上的三大计划,被喻为人类生命科学史上又一次伟大的“登月”行动。该计划将阐明人类10万个基因的位置、结构、功能及作用方式,测定组成人类染色体的30亿个碱基对的脱氧核糖核酸(DNA)的序列,揭开生命与疾病之谜。
据统计,现在已肯定的单基因遗传疾病和性状已达1万多种,另外还有众多的多基因遗传病(如冠心病、高血压、糖尿病、癌症、自身免疫性疾病等),以及至少3000种不同方式的染色体异常引起的染色体病尚待研究。如果说,以往人们总是从抵抗力高低等来解释疾病的发生,那么,对致病基因或疾病易感基因的揭示,将建立全新的基因水平的诊治方法,进而推动整个生命科学的发展。
尽管类似人类基因组计划的研究在70年代已开始,80年代在很多国家已形成一定规模,但作为国家级的重大项目还是由美国率先开始的。1986年3月,《科学》杂志上发表的一篇短文,被认为是这一项目的“标书”。短文的作者是美国著名的生物学家、诺贝尔奖金获得者杜柏克。他认为,包括癌症在内的人类疾病的发生,都与基因直接、间接有关。由此,科学家面临两个选择:要么各自研究自己感兴趣的基因,即“零敲碎打”途径,要么从整体上研究人类的基因组,分析整个人类基因组的序列。
由于人类基因组计划的诱人前景,英国1989年便建立了“英国人类基因组资源中心”;美国国会于1990年批准该计划在美正式启动,拟在15年内至少投入30亿美元,对人类全基因组进行分析,志在必得。同年,法国、日本的国家级人类基因组计划也宣布开始,法国的“国家测序中心”投资1200万美元,日本对此计划的政府资助翻了三番(达3亿美元)。
中国,走在基因技术的前沿
中国有全世界22%的人口、56个民族,是研究人类基因组多样性不可多得的资源。
1992年,国家科委主任宋健拍板,拨款2300万元,在国内率先开展水稻基因组计划,这是有史以来国家科委批准的生物研究领域中投资强度最大的一项工程,当时中国有6个实验室参加,而今,水稻的BAC文库已建成。
中国有55个少数民族,由于民族文化背景、生活习惯的差异及一些民族间较少或严禁通婚,形成了遗传学上相对隔离的人群,他们的基因是认识人类遗传多样性不可多得的材料。研究发现,傣族患地中海贫血的人较多,蒙古族一般不得猩红热病;中国人鼻咽癌高发;欧美人囊性纤维化多见……这说明不同民族有不同的疾病易感基因。
保存、研究中华民族的基因组,并与世界其他人种的基因组比较,不仅对人类学、社会学研究有重大意义,而且对生物以及医学研究都有特殊意义。
1993年、1996年,中国先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大疾病相关基因的定位、克隆、结构与功能研究”。目前,在多民族基因组的保存、研究方面,已完成了南方、北方两个汉族人群和西南、东北地区12个少数民族(傣、景颇、德昂、藏、壮、黎、彝、布朗、基诺、鄂伦春、达斡尔、鄂温克)共733个永生细胞株的建立,为今后的研究保存了宝贵资源。这一研究还发现了中国南北人群间的差异及进化上的联系。另在食管癌、肝癌、白血病、鼻咽癌、糖尿病等疾病的致病基因分离和结构、功能研究方面,也均有重要发现。
据中科院院士、上海人类基因组中心主任陈竺披露:争取经过三至五年努力,建成中国汉族的至少10个代表性人群的样品库,及50至100个少数民族人群的样品库。同时对采集的群体进行基因分型,获得一批遗传标记的整套基因频率数据。而利用丰富的疾病遗传资源,获得重要的疾病基因,并拓展基因药物治疗,将为攻克许多重大疾病展示光明前景。也许,不久的将来,人们去看病,除了病历外,还得带上一个光盘,上面有患者的“基因图”;假如病人患有色盲,医生用不着先翻看眼皮,而会说:“先查查基因吧。”利用这些图,肯定可以作出准确的诊断,而且可以对疾病发出“预告”。可以说,一个新生儿出世时,基因组图就会告诉他的父母,他大概长多高,会否秃顶、发胖,是什么病可能威胁孩子的生命……
“第二张人体解剖图”
用中国人类基因组计划学委会秘书长、中科院遗传研究所人类基因组中心主任杨焕明的话说,这项工程将产生“第二张人体解剖图”。如果说,人类的第一张解剖图曾奠定了近代医学的基础,这第二张分子水平的解剖图,将是21世纪医学、生物学的基础。这张图共有四幅:遗传图、物理图、序列图、转录图。好比是“人体地图”,沿着一个个路标(遗传标记、物理标记),一步步找到每一对基因。现在,中国科学家在这方面的研究已呈突破,遗传图已超计划提前完成,物理图也差不多接近尾声,序列图绘制也进展顺利,而转录图则已勾划出基因图的雏型……
人类基因组计划的另一个重要课题是建立和改进与人类基因组研究有关的新技术。1993年,中国留法博士陈竺从法国人类多肽性研究中心引进了“人工酵母染色体基因库”(又称YAC库),使中国成为世界上第四个拥有最先进的基因库的国家。据此,许多新技术已建立,如X染色体的大尺度物理图谱分析等。
天平的两侧,一边是基因,一边是金子和钻石
有这样一幅漫画,一位第三世界的学者疾呼:“发达国家夺走了我们的金子和钻石,现在还要拿走我们的基因。”在今天,这已不是什么“黑色幽默”。
基因资源,也应像其他资源一样,这个国家的人民和科学家有优先开发、利用、保护的权利。发达国家自己的基因资源控制得差不多了,就瞄准了其他国家和民族,一些人甚至采用不正当手段。人类只有一个基因组,其研究成果也应成为人类共同享有的财富。
有人预言,基因工业将成为21世纪的支柱产业之一。除了基因药物外,转基因产品的价值也不可忽视。比如器官移植,假若想换心,供体受限,可把人的基因移到猪身上,连快速排斥等免疫基因也一起移植过去,结果猪长出的心脏便会跟人体的差不多。又如克隆(复制)出一个疾病基因,假设是肥胖基因,所有减肥药厂都会找上门来,在“靶基因”上实验效果,既安全又省钱。
目前人类致病基因的鉴定与克隆正以“每周一新基因”的速率进展,人们似乎已能区别“好基因”与“坏基因”。一方面,通过产前诊断而优生可减少一些悲剧的发生,但切不可把一切携带疾病基因的胎儿都视为“不宜出生”者。由此引起的伦理学问题也将提上日程。
相信不久的将来,人类终将用基因这个密码做钥匙,重新开启生命之门。