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(fā)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30億個堿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于天下。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(yè)區(qū)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(zhí)行主任汪建說,他后來買了國慶大典的光盤,但一直到今天還
沒時間看?!安贿^,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(tǒng)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3千萬堿基對的測序和初步組裝,并在
2003年完成全部組裝及分析工作。
什么是“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
將大白于天下。
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
征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(fā)現,豌豆的特征是由某些“因素”控制的,而且每
一棵豌豆的每一個特征是由一對“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(fā)揮了作用,就會壓制另一個,但
是這被壓制的“因素”并沒有消失,它還會再傳下去,在后代中再出
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,這梯子的每一級臺階,是由四種核苷酸A、G、T、C中
的一種來構成,而這樣一段臺階,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
這些基因的臺階即核苷酸的數量,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。
人類為什么一定要繪出這張30億個核苷酸的序列圖呢?
這是科學發(fā)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。后來人們發(fā)現,癌癥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》雜志上
撰文提出,現在面臨兩個選擇:要么“零敲碎打”式的,大家各自研
究自己感興趣的基因;要么大家聯(lián)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后者。他說:“人類的DNA是人類的真諦。
這個世界上發(fā)生的一切事情,都與這一序列息息相關。”后來,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,是世界上最復雜
的DNA。僅僅是小小的線蟲,它的DNA中就含有2800萬堿基對,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,并且使它成為國際性的項目?!?990年,經過5年的辯論以
后,美國國會終于批準這一計劃,當時他們的規(guī)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,就是一個普通出租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、德和日本先后加入了
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)注冊,并申請承擔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(zhàn)略會正式確認了我國的參
與,以及工作量和工作區(qū)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???,原訂
是2005年完成,由于技術的進步,完成日期已經提前到2003年。在國
際互聯(lián)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
堿基對位置。(人為在基因組測序工作中的最新進展被美《科學》雜
志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(fā)自內心的
振奮與激動。全人類的科學家們同心協(xié)力,繪制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?!庇腥税堰@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(lián)手進行,而且它的成果也不屬于任何一
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么?──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)開始運作以后,有關基因的新發(fā)現層
出不窮。特別是最近,幾乎是每月甚至每周都有關于某種“新基因”
被發(fā)現。比如,風流成性的“流氓”究竟是后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斗、
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
雄鼠也不像以前那么兇了。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(fā)現一種與食欲有關的基因,能產生一種被稱為
“指向標”的蛋白質,使人產生進食的欲望。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克制自己的食欲了,只要改變
他們的基因,以后根本就不那么想吃了。最近還有消息說美國科學家
發(fā)現了一種能減緩傷口愈合速度的基因,如果抑制這種基因的作用,
就有可能加速傷口愈合。還有消息說科學家們分析了一種亞型的轉基
因老鼠的特點后得出結論:通過基因增強智力是可行的……
這只是有關基因的發(fā)現的開始。當人們逐漸將基因的排列一點點
搞清之后,就會逐漸得知這些堿基排列都意味著什么基因,這些基因
又都控制著什么功能。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(yī)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
制造生命。
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(yī)院看病,
除了要帶病歷,還要帶一張光盤,那上面有你的“基因圖”。醫(yī)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(yī)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(fā)預告:你將會長多高?你會不會發(fā)胖?你將來會不會禿頂,在什么
時候禿頂?你最終會不會死于糖尿病或癌癥……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(fā)現了某種致病基因后,再治這種病就變得非常簡易:可
以在發(fā)病前就設法預防它的發(fā)作,也可以設法修飾或改變這個基因的
表達,比如癌癥、糖尿病、哮喘、高血壓等現代醫(yī)學無法根治的病,
都可采用基因治療?;蜓芯康耐黄茖⑹贯t(yī)學發(fā)生根本性的革命。
從前人們對于中醫(yī)的治病機理總也說不清,中醫(yī)所說的“內邪”
是什么東西?已經有科學家提出,應該從基因組學來切入中醫(yī)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(yī)的“基因治療”──
即改變、調整相關的基因──相像。也就是說,中醫(yī)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么大的功能,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么影響,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(yī)科大學的翟曉梅博士。
邱教授反問我:什么是“好基因”?你這個好壞的標準是怎么來
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復雜的。
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“鐮形細胞癥”)的致病基因,帶這種基因
的人患有貧血病。但是人們又發(fā)現,帶有這種基因的人原先都居住在
熱帶地區(qū),那正是瘧疾的高發(fā)地區(qū),而他們卻比不帶此基因的健康人
更能抵御惡性瘧疾。你說這是“好”基因呢,還是“壞”基因?
我又問:現在不是提倡“優(yōu)生優(yōu)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(yōu)生”,如果只是把孩子養(yǎng)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(zhàn)時期的德國法西斯,
就是打著“優(yōu)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(zhàn)帶給我們的一大進步,就是承認人人
都是平等的,不管他是什么種族,什么樣子的人。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(yōu)生)論上去。所以我們可以發(fā)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,
那么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
癥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,那關于一
個人的生、老、病、死的遺傳信息更屬于人的隱私范圍了。但是,這
種隱私卻面臨著社會的挑戰(zhàn):如果企業(yè)老板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,
會導致人在中年以后才發(fā)病,比如現在已經知道導致“享廷氏舞蹈病”
的基因,會讓人四十歲以后發(fā)病。那么怎么看待這些人呢?他們還沒
發(fā)病時算是“病人”嗎?或者人們知道了里根帶有老年癡呆癥的基因,
還會選他做總統(tǒng)嗎?一個人的基因圖可以在什么樣的范圍公開,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,由于基因研究的進展,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,后天環(huán)境對他的
影響同樣重要。就算是有了愛因斯坦的基因,也不能復制出愛因斯坦,
因為你無法復制愛因斯坦的生活環(huán)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?,F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志的眼睛
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,從遺傳基因上并沒有不同。據報道,歐洲人的
基因中,有65%來自亞洲,35%來自非洲,又哪里有所謂的“純白人”
呢?美國時代周刊在報道這項發(fā)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么厚?!币簿褪钦f,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(fā)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……從這里,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
們自己是從哪里來的。
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復雜,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。在采訪中,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后,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
離出來以后,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,使人類終于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(qū)40公里的順義空港工業(yè)區(qū),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后,
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(zhí)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?,F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?!?/span>
“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,他們是自愿提供樣本。
但是最終測得的序列,將是全人類的共同樣本,就像是醫(yī)學院里的解
剖圖一樣?!?/span>
“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,不但對于治療中國人的疾病而且對于
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
完成以后,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?!?/span>
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
在于它將帶動我們整個學科的發(fā)展,進而推動整個產業(yè)的發(fā)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
族就沒有這么高的比例。這是為什么?恐怕得從基因上找原因。如果
把它搞清了,意義不知會有多么大。十分之一的人口,這就是1億多的
人,如果發(fā)了病,現在最好的治療辦法是用干擾素治療,要花6萬元,
那么1億人的醫(yī)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(yī)療事業(yè)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”,那么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?,F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制藥公司,不惜巨額投
資來搶占基因的資源。關于基因專利的商業(yè)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。汪建特別強調說,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!
?。ū疚膱D片除署名外均由黃艾禾提供)