基礎(chǔ)工程施工技術(shù)

基因天堂

徐天宏著

上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2001.5ISBN7-309-02830-9

引言

第一章基因時代

第二章生命操作系統(tǒng)

第三章揭示生命操作系統(tǒng)源代碼

第四章我是我爸爸

第五章八十而立

第六章科技以健康為本

第七章愛因斯坦也平常

第八章備份器官

第九章羨煞福爾摩斯

第十章想到做到

第十一章我放心，我吃基因改良食品

第十二章無所不在的融合

后記基因天堂

引言：準(zhǔn)備未來

當(dāng)今世界，生命科學(xué)的發(fā)展可謂日新月異。在理論研究方面，國際科學(xué)引文

索引中收錄的有關(guān)生命科學(xué)的論文與日俱增，國際最權(quán)威的綜合性自然科學(xué)雜志

《自然》為了分擔(dān)來自生命科學(xué)領(lǐng)域論文的壓力，專門創(chuàng)辦了若干本涉及不同生

命科學(xué)分支學(xué)科的專刊，即便如此，每期的《自然》雜志本身仍舊以生命科學(xué)方

面的論文為重。這樣的壓倒性優(yōu)勢足以反映世界各地生命科學(xué)研究正在怎樣如火

如荼地開展。

在實踐方面，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)也已初露端倪，在“海面”上浮現(xiàn)出一個個“冰尖”，

從克隆到基因芯片，從生物醫(yī)藥到基因農(nóng)業(yè)，每個“冰尖”其實都對應(yīng)著海面之下所

蘊(yùn)藏的巨大“冰山”，并且，這些“冰山”正紛紛加速浮出海面。人類社會因此而受到

的沖擊將是人類歷史上任何一次變革都無法比擬。

《基因天堂》正是關(guān)于基因技術(shù)的一本科普與未來學(xué)著作，旨在闡明當(dāng)今基

因技術(shù)發(fā)展熱點，同時，并且也是更重要的是，要告訴讀者，基因技術(shù)將要對我

們的世界產(chǎn)生怎樣深遠(yuǎn)的影響。從尖端科技到日常生活，從法律到倫理，從生活

方式到生存方式，無一不正在或即將遭遇這股強(qiáng)大力量的沖擊。并且，由于我們

絕大多數(shù)讀者都將會親身經(jīng)歷這場變革，如何從中獲益，或至少如何應(yīng)對，也成

為我們每個人所急待思考的問題，這也是著作本書的目的之一。

但是，不少讀者可能持有這樣一個疑問：為基因時代做準(zhǔn)備是否有必要？抑

或是抱著“船到橋頭自然直”的信仰。對這個問題的回答其實取決于你自己的人生態(tài)

度。你是希望在巨大的變革真正到來時能夠應(yīng)付自如，并且從中獲取最大收益，

還是甘愿隨波逐流，在變革面前無所適從？如果是后者，那么你盡可丟下此書，

回去睡大覺，倘若你的回答是前者，那么就請繼續(xù)后面的討論。

從很多基本的方面而言，生物技術(shù)與信息技術(shù)有許多相似之處。譬如，兩者

的科技含量都很高，兩者都在二、三十年內(nèi)迸發(fā)出巨大的能量，兩者都會對人類

社會產(chǎn)生巨大的影響。鑒于此，以這兩項技術(shù)各自帶動的產(chǎn)業(yè)也很有可能具有相

似的發(fā)展走勢。勿庸置疑，這兩項技術(shù)還具有很多迥異之處，而且未來也充滿了

不確定因素，但有一點是可以肯定的，作為高科技經(jīng)濟(jì)的先行者，信息產(chǎn)業(yè)在發(fā)

展過程中的所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)對基因產(chǎn)業(yè)的發(fā)展無疑是一本寶貴的“資治通鑒”。

在這本“資治通鑒''里，我們已經(jīng)看到了在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的歷程中，由于某些

法律法規(guī)的滯后而對信息產(chǎn)業(yè)以及其他產(chǎn)業(yè)造成了一些負(fù)面影響。同時，我們也

看到了少數(shù)有先見之明的人，在信息產(chǎn)業(yè)僅僅初露端倪時就敏銳地把握住機(jī)會，

從而取得了多么巨大的成功。我只是希望向讀者強(qiáng)調(diào)這樣一個觀念：準(zhǔn)備未來是

多么重要。

然而，談及如何準(zhǔn)備未來，每個人依據(jù)自己的不同情況，或許都有各自不同

的打算。立法者考慮如何制定適應(yīng)基因時代的法規(guī)，企業(yè)家考慮如何對企業(yè)進(jìn)行

必要的戰(zhàn)略調(diào)整，更多的人考慮如何適應(yīng)基因時代的生活和生存方式。但所有的

這些計劃和打算都必須建立在一個前提之下，那就是能夠準(zhǔn)確地把握基因時代的

走勢。

和所有其他的科學(xué)預(yù)測一樣，預(yù)測基因時代的走勢不外乎基于以下三點：其

一是基因技術(shù)的現(xiàn)況；其二是基因技術(shù)的發(fā)展趨勢；其三是發(fā)展的加速度。而在

這三點中，尤以發(fā)展的加速度最難把握，但如果仔細(xì)研究基因技術(shù)既往的發(fā)展勢

頭，仍然可以作出估計。在加速度問題上，最應(yīng)該避諱的是走向兩個極端，一個

極端是始終用靜態(tài)的眼光去看待事物（即認(rèn)為加速度為0）。對于這樣的觀點，不

用去找其他例子，本書中所介紹的人類基因組計劃就是對此最好的反駁。時至今

日，我們不得不敬佩當(dāng)時計劃啟動者的遠(yuǎn)見卓識，因為僅就當(dāng)時（八十年代末，

九十年代初）的技術(shù)水平而言，要想完成這樣一個浩大的工程，無論是經(jīng)濟(jì)預(yù)算,

還是技術(shù)支持都望塵莫及。但正是由于啟動者根據(jù)以往的發(fā)展勢頭，準(zhǔn)確地估計

出今后技術(shù)發(fā)展的加速度，從而得出結(jié)論：在人類基因組計劃實施過程中，測序

成本會不斷下降，還會得到越來越先進(jìn)的技術(shù)支持，并因此大膽地啟動了這樣一

個在生物學(xué)歷史上絕無僅有的浩大工程。實踐證明，這種以加速發(fā)展的觀點完全

得到印證。與“靜視眼”相反，另一些預(yù)測者總是傾向于夸大地估計發(fā)展的加速度。

他們過分地迷信基因技術(shù)（包括其他技術(shù)）的發(fā)展是一個級聯(lián)反應(yīng)，一推動十，

十推動一百……，但實際的情況并非如此，一或許可以推動十，但這十個“下家”

里，有的可能除了自身誰也帶動不了，有的可能只能推動一到兩個其他“下家”。因

此，十并不能推動一百，倒更可能僅僅推動二十或三十。當(dāng)然，這里的“僅僅”并非

表示對這樣的發(fā)展速度不滿，因為標(biāo)準(zhǔn)的級聯(lián)反應(yīng)在現(xiàn)實中根本就不存在。

談到這里，有必要對本書的特點之一作必要的說明。即在書里的不少章節(jié)都

各自帶有一篇和本章內(nèi)容相關(guān)的小說（如第四章的“小愛因斯坦”，第七章的“升級

計劃”，第八章的“我是誰”，第九章的''基因神探''等等），我必須強(qiáng)調(diào)這些小說

的科幻性質(zhì)，換句話說，小說里所描述的情形很可能并不屬于我們當(dāng)前要為未來

準(zhǔn)備之列。之所以插入這些小說，目的有兩點：

第一是希望借助這些科幻小說對遠(yuǎn)期未來作更準(zhǔn)確的預(yù)測。盡管這聽起來有

點令人難以置信，可的確是從既往的經(jīng)驗中得出的事實?？茖W(xué)預(yù)測對短期內(nèi)的發(fā)

展趨勢或許還能夠奏效，但對更加久遠(yuǎn)的未來則無能為力，相反，倒是帶有更多

幻想色彩的科幻小說預(yù)測得稍微準(zhǔn)確些。

第二，這些小說也是借鑒了不少未來學(xué)派所主張采用場景（scenario）作為研

究未來的工具。所謂場景就是一系列描述未來的故事，一個好的場景應(yīng)該圍繞主

旨將與之相關(guān)的各個方面都有機(jī)地融為一體。從一定意義上來說，這些科幻小說

也正是這樣的場景。盡管它們并不代表未來真正的情形，但卻有助于我們從更生

活化的角度去理解基因技術(shù)要給人類社會帶來的沖擊。

另外，筆者花費了大量心血一再使自己避免誤入這樣一個歧途，即陷入技術(shù)

細(xì)節(jié)而不能自拔。以至于我特地將此作為著書期間的座右銘貼在了墻上。因此，

除了那些對一項技術(shù)的理解必不可少的細(xì)節(jié)外，能省則省。畢竟，對于本專業(yè)領(lǐng)

域之外的讀者而言，更關(guān)心的是基因技術(shù)會對我們產(chǎn)生什么影響，以及如何應(yīng)對,

而不是象“聚合酶鏈反應(yīng)”這樣的專業(yè)名詞的具體內(nèi)容。如果你的確對技術(shù)細(xì)節(jié)感興

趣，我建議你應(yīng)該去求助于一些以嚴(yán)謹(jǐn)著稱的科學(xué)專著。不過，前三章還是集中

了一些相對枯燥的名詞，但這些知識對于整個基因產(chǎn)業(yè)的理解必不可少。

最后，有必要對書名作一番解釋。很顯然，《基因天堂》這個書名表達(dá)了筆

者對基因技術(shù)總體而言所持的樂觀積極的態(tài)度。然而，天堂只是人類一個美好的

夢想，基因技術(shù)絕非萬靈藥。最顯而易見的是，無論基因技術(shù)怎樣發(fā)展，對于技

術(shù)以外的因素所產(chǎn)生的問題仍舊一籌莫展。如果饑餓與貧窮是由于農(nóng)業(yè)科技水平

落后所造成的，它或許能夠解決，但如果是戰(zhàn)爭的惡果，誰又能解決呢？

第一章基因時代

重建世界

我在醫(yī)院工作的時候，一次一個病人來到醫(yī)生辦公室，他一年前就因為癌癥

做過手術(shù)，但很不幸最近又復(fù)發(fā)了。他很沮喪地問床位醫(yī)師能采取哪些治療措施。

床位醫(yī)師告訴他由于病灶還沒有擴(kuò)散，應(yīng)盡早安排手術(shù)，同時再結(jié)合其他療法，

如化療、放療等。這位患者聽完后沉默了一會，然后試探地問：“我在報上?？吹?/p>

基因治療，不知……”話未說完，床位醫(yī)生便付之一笑，說：“這是未來的事情?！?/p>

這位不甘現(xiàn)狀，頗具前衛(wèi)意識的患者聽了這話以后，必定以為基因治療還不

知道將是什么年代的事情。我遇到的很多人甚至還把基因治療與星球大戰(zhàn)之類的

科幻小說混為一談。其實，盡管現(xiàn)在沒人能夠確切的預(yù)言基因治療普及于臨床的

時間，但根據(jù)目前的發(fā)展?fàn)顩r，肯定為時不遠(yuǎn)，如果那位患者還能生活一二十年

的時間，他一定能成為基因治療的受益者。

事實上，十幾年以后，所改變的又何止基因治療一項，那時候我們生活的方

方面面都將呈現(xiàn)嶄新的面貌，整個世界都會因生物科技的發(fā)展而發(fā)生翻天覆地的

變化。

我們可以攻克某些癌癥，在心臟內(nèi)重建血管，我們能夠再造器官，甚至把人

類現(xiàn)有的平均壽命再翻幾番。我們可以為自己的孩子選擇性別，選擇身高，選擇

臉型，甚至他們的智商，他們的個性，讓他們在競爭日趨激烈的社會擁有一個更

高的起點。

除了這些，一些激進(jìn)的基因改進(jìn)派分子還會主張更大幅度地改變我們的基因，

試圖創(chuàng)造更加完美的后現(xiàn)代人類。

而實現(xiàn)所有這一切目標(biāo)的必要條件在幾年內(nèi)將得到滿足。用不了多久，人類

自身的一個由30億堿基對組成的生命操作系統(tǒng)將得到徹底破譯，這不啻為人類歷

史上最偉大的突破，因為它揭開了大自然幾百萬年來為人類生命設(shè)置的“黑匣子”。

99攝氏度的水

最近這段時間，我們每個人都津津樂道于信息產(chǎn)業(yè)所取得的迅猛發(fā)展，個人

電腦日益走入千家萬戶，互聯(lián)網(wǎng)用戶大軍不斷注入新生力量，每天的《計算機(jī)世

界》已經(jīng)突破200版，人們不斷感受到信息技術(shù)給生活帶來的快捷與便利。同時

更為重要的是，IT業(yè)創(chuàng)造了無數(shù)個工作機(jī)會，并且在這塊肥沃的新大陸上培養(yǎng)了

一批像蓋茨這樣的億萬富翁。人們每一個汗毛孔都仿佛能感受到信息技術(shù)的沖擊。

正當(dāng)信息產(chǎn)業(yè)方興未艾之際，另一場影響較信息技術(shù)更為深遠(yuǎn)的生物技術(shù)革

命正在悄悄醞釀著。之所以稱其為“悄悄”，并不是說在此之前人們從未聽說過生物

技術(shù)，事實上，諸如“基因”、"克隆''之類的名詞人們早已耳熟能詳，對于像“21世

紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)”之類的口號也司空見慣，但問題是大多數(shù)人除了在新聞媒體

上見到各種各樣相關(guān)的報道外，尚未在日常生活中真切地感受到生物技術(shù)的影響,

以至于我們聽?wèi)T了轟鳴的雷聲，竟然忘記了打雷是下雨的前兆。的確，目前很多

尖端的生命科學(xué)技術(shù)如基因治療還處于小規(guī)模的試驗階段，但是，這就像一壺已

經(jīng)燒到99攝氏度的水，盡管從表面看來還平靜如初，可一旦沸騰，人類所受到的

影響將比信息科學(xué)還要深遠(yuǎn)的多。如果說IT業(yè)改變的是我們的生活方式，那么

BT（Biotechnology生物產(chǎn)業(yè)）業(yè)改變的則是我們生命的方式。我們將面臨前所未有

的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。而這一切的來臨僅僅是在十幾年之內(nèi)。

統(tǒng)一的語言

我們以前總是習(xí)慣性地把地球上的生物用各式各樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分門別類，仿

佛它們彼此之間存在著不可逾越的界限，但事實上這些生物，除了極個別例外，

都通用一種語言：DNA。就像在信息技術(shù)中二進(jìn)制的。和1能夠組合出千變?nèi)f化

的信息一樣，編碼DNA的四個堿基A、G、C、T構(gòu)成了世界上形形色色的絕大多

數(shù)生命體。而且由于這些生物在進(jìn)化歷程中千絲萬縷的聯(lián)系，即使是在分類學(xué)上

相差最遠(yuǎn)的兩種生物，它們的編碼規(guī)則也有著驚人的相似之處。

因此我們亦可以做這樣的類比：地球上所有生物不僅采用的都是由A、G、C、

T構(gòu)成的字母語言，而且它們所采用的構(gòu)詞方式，語法規(guī)則都完全一致，甚至還大

多具有相同的“習(xí)慣用語”，即使出現(xiàn)成篇累牘的抄襲也絲毫不足為奇。簡而言之，

它們根本就不存在交流上的障礙，它們只不過是用同一種語言編寫的不同程序而

已。

不管你是愿意將這稱為“數(shù)字化生命”還是“字母化生命”，其實這些稱謂的本質(zhì)

都是一個意思，都標(biāo)志著我們對生命的認(rèn)識途徑從模擬信號方式進(jìn)入數(shù)字信號方

式，這樣做的好處不僅使我們能夠更加深刻的認(rèn)識生命，而且使我們有能力對生

命進(jìn)行編輯修改，如果我們進(jìn)一步掌握生命語言的所有語法規(guī)則，我們甚至可以

流暢自如地運用這種語言編寫出富有新意的“程序

大產(chǎn)業(yè)時代

找到了DNA這種生物的共同語言，使得原先以不同生物體為對象的產(chǎn)業(yè)之間

的界限不再像過去那樣涇渭分明。不論是以人為對象的醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，還是以植物為

對象的農(nóng)業(yè)，或是以動物為對象的畜牧業(yè)，以及化工業(yè)、食品加工業(yè)等突然之間

發(fā)現(xiàn)它們竟然能夠如此輕松的進(jìn)行交流，它們的工作竟然會有如此大的相通性，

它們實際所需要做的無非就是用同一種語言對不同的“程序”進(jìn)行編輯而已。

要理解這些產(chǎn)業(yè)是如何有機(jī)地融為一體，我覺得最好的辦法是做個連線的游

戲：我們先把這些產(chǎn)業(yè)在紙上分別用一些孤立的點來表示(長久以來，這些產(chǎn)業(yè)

彼此隔離的局面確實正像這些互不相關(guān)的點)，然后我們從其中的--個點出發(fā)，

看看能否將這些點連接到一起。

在這里，我們不妨把農(nóng)業(yè)作為起始的原點。1798年，英國經(jīng)濟(jì)學(xué)家馬爾薩斯

(Rev.ThomasMalthus)在他出版的《人口原理》一書中做了一個悲觀的預(yù)言：地

球上的人口將不斷增長，直至達(dá)到我們糧食供應(yīng)所能維持的極限，因此，饑餓和

貧窮將永遠(yuǎn)在世界上存在。二百多年過去了，盡管我們采取了一些遏制人口惡性

膨脹的手段，而且農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展也使我們糧食供應(yīng)能力有了較大幅度的提高，

但從全球范圍來看，糧食問題依舊像緊箍咒一樣牢牢套在我們越滾越大的人口雪

球上，饑餓和貧窮同樣也不幸被馬爾薩斯言中。很顯然，現(xiàn)代生物工程技術(shù)在農(nóng)

業(yè)中的應(yīng)用事實上已經(jīng)是我們當(dāng)務(wù)之急的必然選擇。我們只需用生物工程技術(shù)對

農(nóng)作物的DNA做些小小的編輯，就可以使它們具有抵抗病蟲害和化學(xué)污染物侵襲

的能力，提高它們的畝產(chǎn)量，使它們富含更高的營養(yǎng)成分，使它們耐旱耐澇甚至

在一些極端惡劣的環(huán)境中生長。的確，到以上為止，我們似乎還沒有離開農(nóng)業(yè)這

個原點。但由于實現(xiàn)以上這一切奇跡，我們所做的僅僅是向這些植物的DNA里加

入一兩個基因。只要我們向這些植物添加其他功能的基因，就可以輕松地跨入另

一個領(lǐng)域。例如，一種原產(chǎn)于意大利的野生植物能夠非常有效地激發(fā)起機(jī)體的抗

癌屏障，有些農(nóng)業(yè)公司正在嘗試將決定這些抗癌特性的基因移植到其他普通農(nóng)作

物里，使它們同樣也具備強(qiáng)大的抗癌功效；而另一些經(jīng)生物技術(shù)改造過的農(nóng)作物

能夠有效地預(yù)防和治療心臟病、高血脂或者骨質(zhì)疏松。類似這樣的舉措顯然已經(jīng)

打破了原有農(nóng)業(yè)的界限，這樣的農(nóng)作物與其說是食物倒不如說是藥物更加合適，

因此我們完全可以從農(nóng)業(yè)這個原點出發(fā)，向醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)做一條連線。而且我們必須

認(rèn)識到，這條連線是雙向的，也就是說，當(dāng)你從農(nóng)業(yè)向醫(yī)藥業(yè)連線的同時:醫(yī)藥

業(yè)同樣也在滲入農(nóng)業(yè)，他們一方面改良植物使之能夠高效地生產(chǎn)某些藥物，一方

面也看中植物這種良好的藥物載體。盡管對于那些需要精確定量才能安全有效使

用的藥物，藥片或針劑依然是重要的包裝形式，但對于很多用量無需非常精確的

藥品，我們只需吃一點基因改造過的蔬菜水果就行了。

與農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)自覺自愿的融合不同，化工業(yè)的介入多少有點被迫無奈的

成分。由于種植基因改良的農(nóng)作物會大幅度減少化學(xué)農(nóng)藥和肥料的用量，很多化

工企業(yè)不得不做出重大結(jié)構(gòu)調(diào)整，義無返顧地扎進(jìn)生物技術(shù)領(lǐng)域。

接下來，我們再看看從醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)這個起點出發(fā)，這條線還能連接到哪兒去。

我還記得幾年前參觀一家大型制藥公司，看到廠區(qū)里專門辟出一塊籃球場大小的

地圈養(yǎng)著一群牲畜，當(dāng)時這樣做的目的據(jù)說是為了向觀眾顯示廠區(qū)內(nèi)的環(huán)境未受

污染。但是如果你不久之后再到制藥廠里看到這樣一群牛羊的話，它們很可能是

整個制藥公司的靈魂角色。這些經(jīng)過轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造過的牲畜能夠從乳腺中大量

分泌大量珍貴的藥用蛋白，而且只需-小群羊或牛就能代替一個價值上億美元的

制藥廠。這樣，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)和畜牧業(yè)這兩個原先各不相干的領(lǐng)域也已經(jīng)融合為一體。

至此，我們已經(jīng)連接了農(nóng)業(yè)食品業(yè)、化工業(yè)、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)和畜牧業(yè)，但這還僅

僅只是我們連線游戲的開始，還有越來越多的產(chǎn)業(yè)要加入到“用DNA編程”的行列

中來。

例如，未來的“基因農(nóng)民”在土地上種植的不僅有營養(yǎng)豐富的糧食和藥物，還有

可降解的生物塑料，而這正是環(huán)保產(chǎn)業(yè)夢寐以求的東西。不僅如此，環(huán)保領(lǐng)域的

生物工程師還可以制造出具有各種特征的工程細(xì)菌，使它們能夠各自在不同環(huán)境

里輕而易舉地清除污物，像耐輻射的細(xì)菌甚至能夠用來清除最讓人頭痛的核廢料。

更令人叫絕的是，在某些情況下，工程細(xì)菌在處理垃圾的過程中還能變廢為寶，

將其轉(zhuǎn)化成可以利用的能量。比如一種嗜熱厭氧菌處理系統(tǒng)在被用來清除家禽家

畜排泄物的同時，可以產(chǎn)生大量沼氣。用這種方法，一個養(yǎng)有5萬只雞的農(nóng)場足

夠為200戶家庭提供能源。

如果你認(rèn)為僅僅因此就把我們的連線連接到能源產(chǎn)業(yè)還有點牽強(qiáng)，那么稍后

發(fā)生的變化將使能源產(chǎn)業(yè)不折不扣與生物技術(shù)聯(lián)系在一起。隨著像石油、煤這樣

的不可再生能源的日益匱乏，科學(xué)家一直在尋找方法能夠把綠色植物利用光合作

用存儲起來的能量轉(zhuǎn)換成我們?nèi)菀桌玫男问?，這種辦法以前雖然也有過，可當(dāng)

時給人總體的感覺是得不償失，但現(xiàn)在我們有可能通過直接編輯植物的DNA而大

大簡化轉(zhuǎn)換步驟，提高轉(zhuǎn)換效率。用不了多久，能源產(chǎn)業(yè)將會更多地依賴大面積

種植的“能量植物’而不是油田煤礦來為我們提供能量。

像醫(yī)療健康業(yè)這樣的產(chǎn)業(yè)自然更是毫無疑問地進(jìn)入生物技術(shù)領(lǐng)域，甚至連信

息產(chǎn)業(yè)也開始與生物技術(shù)發(fā)生廣泛的融合。這不僅表現(xiàn)在越來越多的公司參與到

生物信息處理和生物軟件開發(fā)的行列，更重要的是，DNA計算機(jī)的出現(xiàn)將使得整

個以“硅”為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)生翻天覆地的革命。

你現(xiàn)在再來看看紙上的連線，你會驚奇地發(fā)現(xiàn)許許多多原本孤立的點都已經(jīng)

被連接為一體，而且我可以保證還將有越來越多的點會被納入這個龐大的網(wǎng)絡(luò)，

因為所有這些產(chǎn)業(yè)都找到了它們交流的共同語言——DNA,所有這些產(chǎn)業(yè)之間的

邊界都日益模糊直至消失。

同樣是面對一塊種滿植物的土地，我們不知道它究竟是隸屬于農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥業(yè),

還是化學(xué)原材料業(yè)，或者是能源產(chǎn)業(yè)。事實上，這種區(qū)分也越來越?jīng)]有意義，因

為大家都共同融入了世界上最大也是最重要的產(chǎn)業(yè)——生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)。

第二章生命操作系統(tǒng)

侏羅紀(jì)公園

看“侏羅紀(jì)公園”的時候，我忽然想到了一個有趣的事情：這部影片實際上是信

息和生物兩大技術(shù)融合的產(chǎn)物。我之所以會產(chǎn)生這樣的想法，是因為首先整個影

片的制作應(yīng)用了大量電腦特技，這是信息技術(shù)做的貢獻(xiàn)，但同時不容忽視的是，

影片情節(jié)發(fā)展的基礎(chǔ)卻是一項生物技術(shù)。我們或許可以這樣說，IT(信息技術(shù))決定

了影片的形式，BT(生物技術(shù))奠定了影片的內(nèi)容。

難怪我的一個朋友看完“侏羅紀(jì)公園”后，上來就問我：“電影里的恐龍是怎

么……弄出來的？”他這里用“弄''這個字，實在再貼切不過了。如果說“怎么制造出

來”，會使人們與無生命的機(jī)器生產(chǎn)聯(lián)系起來，用在恐龍這樣的生物上，會令人感

覺很不習(xí)慣；若說怎么“生出來”，顯然又和傳統(tǒng)意義上的生育概念大相徑庭。此時

此刻，似乎唯有用“弄”這樣一個極為含糊的詞方可達(dá)意了。關(guān)于我朋友的這個問題,

我向他解釋說：“這是因為科學(xué)家從古化石的生物殘骸里提取出恐龍的DNA,然后

利用這個分子……弄出來的?！?/p>

“一個分子？”

“不錯，就一個分子而已?！?/p>

“一個恐龍蛋能夠孵化成恐龍已經(jīng)夠不可思議了，更何況一個分子怎么可能長

成這樣一個龐然大物？。”

老實說，這個問題非但讓生物學(xué)領(lǐng)域之外的人感到不可思議，即使是本領(lǐng)域

內(nèi)的人也對其中的奧妙感到不解。從一個微不可見的DNA分子演變成一個活生生

的生命體，我實在懷疑世上還有什么事情會比這個過程更加奇妙。

當(dāng)然，要了解這個過程，首先需要認(rèn)識DNA,至少我們會因此而感覺完成這

樣一個匪夷所思的過程還是有物質(zhì)基礎(chǔ)的。

任何一個DNA分子均是由磷酸五碳糖和四種不同的堿基構(gòu)成，前者構(gòu)成分子

的骨架，而DNA的奧妙主要就集中在這四種堿基的排列方式上。堿基包括腺喋吟

(adenine,A),鳥口票吟(guanine,G),胞喀咤(cytosine,C),胸腺“密喔(thymine,T)

四種，而且它們有著嚴(yán)格的搭配關(guān)系，A總是配T,而G則配C。

你千萬不要把DNA想像成一條直線，實際上，DNA分子是一個三維立體結(jié)

構(gòu)，更加確切的說，它是由兩條平行但方向相反的長鏈互相纏繞而成，每條鏈都

是磷酸五碳糖排列在外側(cè)構(gòu)成骨架，內(nèi)側(cè)的堿基與另一條鏈的堿基按照A—T,

C—G的原則排列，這稱為互補(bǔ)。

如果你爬過古式寶塔，一定不會忘記里面的螺旋式樓梯，前面所說的磷酸五

碳糖骨架就好像樓梯兩側(cè)扶欄，而堿基與對側(cè)堿基之間的連接好比一階階樓梯。

這就是由沃森(JamesWatson)與克里克(FrancisCrick)在前人基礎(chǔ)上于1953年

提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)全面引發(fā)了生物技術(shù)的發(fā)展，也為我們今日迎

來基因時代打下了最有力的基礎(chǔ)。

堿基互補(bǔ)這種看似簡單的法則，實則蘊(yùn)藏著DNA分子最令人叫絕的玄機(jī)。

玄妙之一在于這個法則使得DNA分子的復(fù)制成為一個極為簡潔明了的過程：解開

雙螺旋，分別以每一條單鏈為模板，按照A—T,C—G的原則各合成一條子鏈，

一條DNA雙螺旋分子就演變成兩條一模一樣的DNA雙螺旋分子。

另一玄妙之處在于：依據(jù)類似于模板復(fù)制的原則，輕輕松松的完成了從基因

(即一段核甘酸序列)到蛋白質(zhì)的過程。在這兩者之間充當(dāng)使者的是一種與DNA

分子大同小異的分子RNA,RNA和DNA的主要區(qū)別是原來的堿基T替換為堿基

U,即A—U,C—Go如此一來，一個基因局部解開雙螺旋，作為模板復(fù)制出一條

互補(bǔ)的RNA分子，這位忠誠的信使，毫不歪曲的將信息傳遞給蛋白質(zhì)的加工場所。

那么DNA分子如何能夠“弄”出恐龍這樣的龐然大物呢？因為它儲存了恐龍生

長的所有信息！事實上，不僅恐龍，地球上的所有生物，從螞蟻到藍(lán)鯨，從蜉蟒

到千年巨杉，它們的信息都儲存在同樣結(jié)構(gòu)的DNA分子中。(這里要排除少數(shù)病

毒，因為它們的信息儲存RNA分子上)換句話說，是它們各自的DNA決定了它

們是螞蟻還是藍(lán)鯨，它們的自然壽命是朝生暮死還是千年長存。

我的這位朋友顯然這時最需要解決的問題便是：DNA分子究竟是如何能夠儲

存如此豐富的信息？

我們不妨把DNA比喻成英語，無論你拿到任何一篇英文文章，也無論文章內(nèi)

容如何千變?nèi)f化，但有一點是固定不變的，即都是由26個字母組成，這26個字母

是英語的基本元素，但并非語言的功能元素，英語的功能元素是由字母構(gòu)成的詞。

也就是說：只有詞才具有真正的意義，才是一個有效的功能單位。

然后，詞在一定的語法規(guī)則下組成句子，若干句子再合理的組合為一篇完整

的文章。如果我們把A,T,C,G四個堿基看成英文中的字母，類似地，單個堿基也

是沒有功能的基本元素，只有當(dāng)它們以三個為單位組合在一起如GTC,ATA等，才

是一個功能單位，就相當(dāng)于英文里的詞，不過在遺傳學(xué)里稱其為密碼子。如果稍

具備一些排列組合的知識，就不難看出A,T,C,G四個堿基有64種這樣的排法。密

碼子再在一定規(guī)則指導(dǎo)下，組織成意義更加明確的單位——基因，正如句子變化

多端一樣，基因的排列方式也是無窮無盡，更不用說最后一個由很多基因所構(gòu)成

的DNA分子可以包含有多么豐富的信息了。

接下來，還需要交代的是為什么只有三聯(lián)體的密碼子才是一個有效功能單

位。字母構(gòu)成詞依靠的是人類定義的規(guī)則，堿基構(gòu)成密碼子則依靠自然規(guī)則。

這個自然規(guī)則就是：三個堿基對應(yīng)一個氨基酸（氨基酸是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位,

所有蛋白質(zhì)均由20種氨基酸依照不同排列方式組成，如果說DNA是一張大廈的

藍(lán)圖，蛋白質(zhì)則是嚴(yán)格按照這張藍(lán)圖構(gòu)建大廈所需要的原料）。由于有64種密碼

子，而只有20種氨基酸，所以有些不同的密碼子對應(yīng)于同一個氨基酸。還有些密

碼子起著類似于文章中標(biāo)點符號的作用，表示一段基因的起始或是結(jié)束。

這個自然規(guī)則可是放之四海而皆準(zhǔn)的，不管是我們這些自認(rèn)為高等而天天自

尋煩惱的人類，還是那些整天無憂無慮一天要睡20個小時的樹懶，同一個密碼子

都具有同樣的意義，至少目前沒有發(fā)現(xiàn)例外。

因此，我們完全可以想像下面的情形：一個基因由很多密碼子組成，每個密

碼子對應(yīng)于一個氨基酸，只要這個基因的“文法”正確，形成的多個氨基酸便連接成

一個行使正確功能的蛋白質(zhì)或者蛋白質(zhì)的一部分。

我的朋友聽罷恍然大悟，“原來是這樣，看來這部電影還是有一定科學(xué)依據(jù)的,

不過……”這位朋友顯然還在對電影里恐龍肆虐的鏡頭心有余悸，“還好這只是科幻

電影而已?！?/p>

“盡管要真實再現(xiàn)侏羅紀(jì)公園一幕，還需假以時日，但也并不是說還遙遙無期?！?/p>

“你是說為期不遠(yuǎn)？”

“差不多是這樣，因為電影所涉及的生物技術(shù)完全有現(xiàn)實基礎(chǔ)。例如，加利福

尼亞州立技術(shù)大學(xué)的研究者已經(jīng)復(fù)活了一種至少20萬年前的細(xì)菌，其中許多技術(shù)

細(xì)節(jié)與侏羅紀(jì)公園如出一轍。如電影中恐龍的DNA是從一塊古蚊化石的腹部提取

出來，而加州的研究者也是從一塊有20多萬年歷史的琥珀所包裹的蜜蜂的胃腸道

抽取出古細(xì)菌的DNA,他們把抽取液放在培養(yǎng)皿里，提供必要的營養(yǎng)，結(jié)果兩周

后，這個幾十萬年前的細(xì)菌竟然再度復(fù)活了。

生物學(xué)家還從一具數(shù)千年前埃及木乃伊身體內(nèi)提取出DNA,并且在分析他的

DNA后發(fā)現(xiàn)他生前患有某種遺傳病。這位古埃及人無論如何也不會想到，他的生

理隱私在數(shù)千年后竟然會暴露無遺。

法國科學(xué)家貝爾納?布伊格斯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在西伯利亞北部的永凍土下成功

挖掘出一只保存相當(dāng)完好的古猛嗎。這只猛雞距今已有兩萬年歷史，身高達(dá)3米,

體重兩噸。盡管由于惡劣天氣的影響，這個古猛才馬的頭部有些損壞，但其內(nèi)臟、

骨肉以及長毛部分都保存得相當(dāng)完好。貝爾納目前正準(zhǔn)備從這只古猛狎身體中分

離出完整無缺的DNA,并用它最終克隆出猛碼。

不過，復(fù)活恐龍的難度還要大許多，但是在生物技術(shù)日新月異的基因時代，

技術(shù)上的難題終將迎刃而解?！?/p>

“聽你這么一說，仿佛恐龍真的快有一天會再度橫行天下了。”

“很有可能，不過，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，現(xiàn)代最可怕的動物不是恐龍，而是人?！?/p>

無所不在

有一次，我到-?家計算機(jī)軟件銷售店去買最新版本的WINDOWS,一看價格，

竟然要近兩千元人民幣，我不禁對柜臺后面的銷售員說：“微軟真是黑心，一個簡

單的電腦操作系統(tǒng)就要兩千元?！蹦俏幌壬@然對我的話不滿意，說：“這個版本的

WINDOWS功能更加強(qiáng)大，雖然價格不菲，但物有所值。”正在說話間，我發(fā)現(xiàn)臺

子上有一根頭發(fā)，我拿起頭發(fā)笑著對他說：“干脆這樣吧，我拿一套功能強(qiáng)大得多

的操作系統(tǒng)和你交換WINDOWS。”說著，我把這根頭發(fā)遞過去，這位先生顯然不

知所云，但隨即指了指他自己的頭發(fā)說：“我也有不少，你還是自己留著吧?！闭f罷，

我們都相視大笑。

其實，我也無意貶低微軟的WINDOWS,這套計算機(jī)操作系統(tǒng)的確功能強(qiáng)大,

簡單易用，兩千元的價格與其本身的價值恐怕也并無多少背離。但是恐怕任何人,

包括微軟公司的總裁蓋茨在內(nèi)，都不得不承認(rèn)人類自身的操作系統(tǒng)要比計算機(jī)的

操作系統(tǒng)復(fù)雜而精妙得多。

談到人類的操作系統(tǒng)，不少人都會想像它位居于人身體當(dāng)中某個極其隱秘的

地方。其實不然，在人體大約1000萬億個細(xì)胞中，除了個別的細(xì)胞不予考慮外，

每個細(xì)胞里都有一套一模一樣的完整的操作系統(tǒng)。換句話說，無論是肌肉還是表

皮，抑或頭發(fā)的發(fā)根，盡管各種組織細(xì)胞的功能與結(jié)構(gòu)大相徑庭，但深藏于每個

細(xì)胞的操作系統(tǒng)均別無二致。

各取所需

研究計算機(jī)軟件工程的程序員一定清楚，在五彩繽紛的WINDOWS視窗背后

是一條條多么枯燥的程序語句。說來慚愧，我們?nèi)梭w的操作系統(tǒng)其實同樣地令人

乏味。人體所有的操作系統(tǒng)信息都蘊(yùn)藏在30億個堿基對的排列組合中，任何人都

可以想像的出，一部僅由四個字母A、G、C、T構(gòu)成的有十幾本大英百科全書容

量的鴻篇巨著將會多么令人生畏。

這30億個堿基對被包裝在24個彼此獨立的微觀結(jié)構(gòu)——染色體上。每個染

色體實際上就是一個巨大的DNA分子與一些蛋白質(zhì)結(jié)合后層層折疊而成。每個人

體細(xì)胞的細(xì)胞核中都有兩套染色體，分別來自父母雙方。每套有22條常染色體（與

性染色體相對）和一條性染色體（X或Y）,通常，每個女性有一對X染色體，

每個男性則有一條X染色體和一條Y染色體。大量基因就排列在這些染色體上。

任何一條來自父方的染色體都有一條來自母方的染色體與之相對應(yīng)，這樣一

對染色體稱為同源染色體。同源染色體之間不僅大小結(jié)構(gòu)相似，而且在彼此同樣

的位點上都有功能相對應(yīng)的基因，稱為等位基因。

或許你已經(jīng)產(chǎn)生這樣一個問題：既然每個細(xì)胞都有同樣的23對染色體，那么

它們也就有同樣的基因組，同樣的遺傳信息，同樣的操作系統(tǒng)，但是為什么這些

細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能卻大相徑庭，有的參與人體的運動，有的參與消化食物，還有

的則參與思維？

事實上，這個問題并不難理解。我們完全可以想一想一種相似的情況：幾臺

電腦的硬盤上裝有完全相同的軟件，但每臺電腦每次運行的程序卻根據(jù)各人的需

要不盡相同，有的在進(jìn)行文本處理，有的在玩游戲，有的則正漫游在因特網(wǎng)上。

可見，雖然所有計算機(jī)硬盤里的內(nèi)容一樣，但調(diào)入內(nèi)存的程序卻可以千變?nèi)f化。

與之同樣道理，每個細(xì)胞也根據(jù)各自功能的需要僅啟動相應(yīng)那部分基因，而

整個基因組中的其他基因只處于關(guān)閉狀態(tài)。這種按需所求的功能對我們?nèi)梭w非常

重要，畢竟，我們誰也不希望自己大腦里的神經(jīng)細(xì)胞去分泌胃酸，手指表皮的細(xì)

胞卻能夠分辨味道。

高明的系統(tǒng)

我們常常會有這種感覺：計算機(jī)與生物竟然有那么多相似之處。比如生物體

的DNA在功能上就頗為類似計算機(jī)的操作系統(tǒng)，一個控制我們的電腦，另一個控

制生物體，兩者都是用一些枯燥乏味的語言編碼出絢麗多彩的世界，而旦兩者還

分享有另一個共性一即都存在一定數(shù)量的BUG。

不過，我相信這些共性其實只是膚淺的表象而已。我之所以這樣說，是因為

DNA遠(yuǎn)比計算機(jī)操作系統(tǒng)復(fù)雜的多，這種復(fù)雜的程度已經(jīng)超越了任何一臺機(jī)器能

夠模擬的極限。以至于一臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜的計算機(jī)即使放在一個低等的細(xì)菌面前，也

簡單得像個玩具。

除此之外，兩者還有一個重要的區(qū)別：計算機(jī)操作系統(tǒng)中存在的BUG只會導(dǎo)

致我們的計算機(jī)莫名其妙地出錯，因此它們除了迫使我們不斷掏錢升級之外，沒

有任何其他用處；而DNA分子中出現(xiàn)的所謂BUG,卻是生命進(jìn)化的原材料。如

果一個DNA分子自始至終不出一點錯誤，我們至今還只是原始湯團(tuán)里的一小片

DNA,假設(shè)這樣一段DNA已經(jīng)有原始意識的話，我們可能至今唯一知道的一件事

就是：復(fù)制，精確的復(fù)制，永遠(yuǎn)重復(fù)著一個原始湯團(tuán)的故事。

看來，我們不得不得出一個看似好笑的結(jié)論：我們能夠走到今天這一步，完

全得益于DNA分子出現(xiàn)的錯誤。

不過，有人并不愿意因此而贊成DNA是一個高明的系統(tǒng)，他們把DNA出錯

看成是它自身的無奈，盡管這些錯誤的確成為進(jìn)化的原動力，但這只是DNA被動

的選擇而已。就好像一個敵國間諜潛伏在我方內(nèi)部，他一次酒后無意中泄漏出重

要的情報，而且這個情報又恰恰成為我們戰(zhàn)勝敵國的關(guān)鍵，但我們顯然并不會把

這個間諜奉為功臣。

之所以會把DNA視作這樣一個尷尬的角色，是因為我們過去一直以為，DNA

出錯完全是個偶然而口隨機(jī)的現(xiàn)象。幸好這些稀罕的現(xiàn)象還是足夠為自然提供豐

富選擇的余地。接著，大自然就像一個挑剔的考官，將變化后產(chǎn)生的一大堆形形

色色的基因與原來的基因進(jìn)行比較，選出最優(yōu)秀的那個，其余的則不同程度地遭

到自然的冷落。但即使是這個“最優(yōu)秀”的基因也只是暫時得到大自然寵幸，它繼續(xù)

要面臨隨時被打入冷宮的危險。從這點來看，大自然絕對是個喜新厭舊的主人，

而DNA更象一群只知道忍氣吞聲、任人擺布的丫鬟。

但現(xiàn)在這種看法似乎應(yīng)該得到修正，因為有越來越多的證據(jù)表明，DNA出錯

的程度和頻率可能比我們想像的要大得多，而且更加重要的是，DNA出錯也不是

一個完全隨機(jī)的過程，某些序列的DNA好像更容易發(fā)生變化，而另一些序列就相

對要保守得多。換句話說，雖然DNA仍舊必需要服從自然的選擇，但它卻擁有一

定程度的自主性，它可以控制哪些序列要多變化一點，而哪些序列則要盡量避免

錯誤。無論它究竟是采用什么手段進(jìn)行這樣的控制，我們至少可以得出一個結(jié)論:

DNA出錯正是DNA高明之所在，而絕不應(yīng)該將其看作是一個被迫無奈的舉措。

演奏正確的旋律

我這個樂盲也曾經(jīng)試著用音樂編輯軟件對電影“鐵達(dá)尼克”的主題音樂進(jìn)行修

改，試聽后，我可以向你保證：當(dāng)杰克和羅斯在船頭做出展翅飛翔的動作時，如

果播放我這段修改過的音樂，一定會把當(dāng)時的浪漫情調(diào)破壞殆盡。

我不知道DNA究竟比我要高明多少，也許它會盡量不去改動那些已經(jīng)非常

經(jīng)典的片段，而對另一些片段則采取相對激進(jìn)的態(tài)度。但不管怎樣，一個基因要

想通過變化而產(chǎn)生更加優(yōu)秀的基因，實在是一件非常困難的事情，而絕大多數(shù)的

變化都導(dǎo)致產(chǎn)生有害的BUGo

這些BUG有時由于其他方面的彌補(bǔ)，可以在生命個體的一生中不出現(xiàn)任何負(fù)

面影響，但另一些BUG卻有可能造成生命系統(tǒng)的崩潰。有時，即使同一個基因內(nèi)

不同的BUG,造成的影響也會大相徑庭。

例如有一種人類常見的遺傳?。憾排d氏肌萎縮(Duchennemusculardystrophy,

DMD),這種病的患者通常到了10歲左右便要與輪椅相伴，并且常常在20歲前就

因最終呼吸肌衰竭死亡；但同樣還是這個基因上的另外一個BUG,造成另一種疾

病貝克氏肌萎縮(Becker'smusculardystrophy),病情就要緩和得多，通常不會有

生命危險。

我們的目標(biāo)之一就是修復(fù)這些BUG,糾正系統(tǒng)錯誤，避免系統(tǒng)崩潰。隨著人

們讀取生命系統(tǒng)源代碼的能力越來越強(qiáng)，人們對這個黑匣子的了解越來越透徹，人

們開始更加關(guān)心如何去修復(fù)生命操作系統(tǒng)中的BUG。

對于WINDOWS系統(tǒng)來說，在微軟或其他第三方還沒有拿出修復(fù)一個BUG

的程序之前，要減少不利影響，只有暫時用其他方法糾正，比如忍痛割愛，避免

運行那些容易造成沖突的程序。類似的，在生物學(xué)家尚未能夠直接修復(fù)有缺陷的

基因時，我們只有用其他辦法來盡量減少損害，常用的辦法是盡量避免吃某種食

物和調(diào)整生活習(xí)慣。

用這種方法治療苯丙酮尿癥非常有效，這種遺傳病是由于患者先天缺乏一種

代謝苯丙氨酸(24種氨基酸的一種)所需要的酶，結(jié)果導(dǎo)致患者從飲食中攝取的

苯丙氨酸在身體里大量堆積，嚴(yán)重影響智力發(fā)育。當(dāng)然，苯丙酮尿癥的根本原因

還是相應(yīng)基因上存在BUG,不過，即使你沒有能力修復(fù)BUG,你只要讓患者從小

開始就避免吃那些苯丙氨酸含量豐富的食物，也能夠使患者的智力發(fā)育正常。

不過，這種后天的彌補(bǔ)畢竟只是權(quán)宜之計，而且對大多數(shù)其他疾病來說，這

種方法收效甚微。解讀生命源代碼，讓基因演奏出正確的旋律，才是我們追求的

最終理想。

第三次浪潮

在過去，有不少遺傳學(xué)者把基因治療視為難以企及的夢想，但是，隨著人體

生命系統(tǒng)的源代碼正在以飛快的速度被解讀，越來越多的人相信，我們很快就會

迎來基因治療的輝煌時期。基因治療時代的第一道曙光是在1990年9月點亮的，

美國國立衛(wèi)生研究院的遺傳學(xué)家安得遜(W.FrenchAnderson)在一個4歲女孩身

上實施了第一例基因治療。這個女孩因為缺乏一種酶而患有嚴(yán)重的聯(lián)合免疫缺陷,

基因治療師取出患者的白細(xì)胞，修正了這些細(xì)胞DNA上相應(yīng)的BUG,隨即再回輸

進(jìn)患者體內(nèi)，取得了良好的療效。隨后一年，復(fù)旦大學(xué)遺傳研究所的科學(xué)家也在

一個血友病患者身上進(jìn)行了基因治療，同樣也取得了臨床實驗的初步成功。

基因治療拿這些比較罕見的遺傳病小試牛刀，直接的目的當(dāng)然是為了徹底治

愈這些遺傳病，但除此之外還有一個更加重要的目的就是為了能夠攻克心血管疾

病、腫瘤這些人類健康的頭號殺手。

比如年近花甲的斯托科就幸運地借助基因治療成功地擺脫了心絞痛的糾纏。

在斯托科實施心臟搭橋術(shù)后的第八年，心絞痛又再度襲來，而且更加惡化，甚至

連最輕微的活動也無法承受，更糟糕的是，服用硝酸甘油也已經(jīng)無濟(jì)于事，而他

的身體狀況又不允許再實施一次搭橋手術(shù)。斯托科此時面臨著一個非常嚴(yán)峻的問

題：是生存還是死亡，而要生存，唯一的辦法是選擇全新的，但還不太成熟的基

因治療。權(quán)衡之后，他決定參加正在波士頓的圣伊麗莎白醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行的基因治

療臨床實驗?；蛑委煄煱岩会樅袩o數(shù)條基因拷貝的溶劑直接注射進(jìn)他的心肌,

這種基因能夠編碼產(chǎn)生血管生長因子，從而在他已經(jīng)因缺乏血供而瀕臨壞死的心

肌內(nèi)重新構(gòu)建新的血管。接受治療后，他開始日益恢復(fù)，直至完全可以像常人一

樣生活，甚至騎馬。

不過，能夠像斯托科這樣成為基因治療受益者的畢竟還只是少數(shù)，基因治療

仍然還處于實驗階段。但只要看到僅僅花了這么短的時間就已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯

的成績，就足以讓我們欣慰。

當(dāng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前兩次浪潮——傳統(tǒng)的內(nèi)科治療和外科手術(shù)等方法幾乎已經(jīng)達(dá)

到其所能發(fā)揮的極限時，只有基因治療才能為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展注入新的動力，成

為那些讓我們目前束手無策的頑癥的克星。

基因圈地運動

有一次，我和一位朋友散步，他讓我猜現(xiàn)在世界上什么地方生物領(lǐng)域的人密

度最高。我報出了某個世界知名學(xué)府的生物工程研究機(jī)構(gòu)，或是正在召開的國際

遺傳學(xué)年會，他均笑著搖頭否認(rèn)，最后，他告訴我密度最高的地方是在專利局。

我頓時明白了他的意思，也不禁啞然失笑。

的確，近幾年來，專利局的門檻幾乎要被各個生物公司或研究所紛至沓來的

人踏破。自然，他們無事不登三寶殿，他們?nèi)壕蹖＠值哪康氖菫樽约喊l(fā)現(xiàn)的基

因申請專利。

如果你還是對基因時代的來臨無動于衷，等你省悟過來的時候，你的基因早

已被別人瓜分一空。盡管這十萬條基因仍然還老老實實地蜷曲在你身體無數(shù)個細(xì)

胞里，但你恐怕也就剩下一點可憐的保管權(quán)了。

各公司之所以忙著給基因申請專利就像古代群雄尋找藏寶圖的原因一樣簡

單：為了錢。

你只要得到一個新的基因，并且能夠?qū)λ墓δ苡袀€粗略的了解，你就能夠

獲得專利，你就已經(jīng)在世界上“最有價值的土壤”上圈到了一席之地。如果有人希望

研究你圈到的基因，你愿意的話，可以出租給他們。如果你運氣更好一點，圈到

的基因涉及到腫瘤、肥胖或禿發(fā)之類的疾病，那你更等于捧到了一棵搖錢樹，只

要有生物技術(shù)公司或者制藥公司今后利用這個基因開發(fā)出某種疾病有效的治療方

法，當(dāng)他們賺取難以計數(shù)的金錢的同時，而你即使什么事都不做，也能從中獲取

非?？捎^的提成。

難怪當(dāng)這本擁有30億堿基對的生命天書正逐漸打開時，幾乎每個人都意識到

這本書里蘊(yùn)藏的財富將令世界上任何一張藏寶圖都無法比擬。一時間風(fēng)起云涌，

各路英雄逐鹿基因組。

1990年，美國國立衛(wèi)生研究院和能源部大發(fā)英雄帖，招募了一批“政府軍”，

計劃投資30億美元完成人類基因組計劃（平均一個堿基對一美元）。按照他們最

初的打算，準(zhǔn)備依照自己既定的步伐，在2005年左右完成這個艱巨的工程。然而,

他們顯然打錯了如意算盤，對于這樣一個日后收益無限的寶藏，各路人馬早已覬

覦良久，諸多私立生物制藥公司蜂擁而至加入了解讀天書的行列，而且有的還找

到了更加快捷的方法，迫使“政府軍”不得不重新審視他們的進(jìn)度，提出要在2003

年之前提前完成人類基因組計劃。

在這些私立公司中，以快捷基因公司(CeleraCoporation)影響最大，也可

以說，對“政府軍”最具威脅。

這家公司的總裁溫特是個富有爭議的人物，許多同事指責(zé)他一心一意靠DNA

發(fā)大財，當(dāng)他還是國立衛(wèi)生研究所的研究員時，就以個人名義為他發(fā)現(xiàn)的數(shù)百種

基因申請了專利。1986年，他向研究院引進(jìn)了第一臺自動基因測序儀，-年內(nèi)，

就揭開了10萬個源代碼，在當(dāng)時這是一個令人驚羨的速度，但是仍然無法滿足溫

特的需求。到了80年代末，他有了一個靈感：為什么要費盡心機(jī)考慮如何定位基

因呢？細(xì)胞本身早已告訴了這--切，因為細(xì)胞只會轉(zhuǎn)錄那些它們需要的基因。因

此，溫特把研究的注意力從DNA轉(zhuǎn)移到信使RNA(messengerRNA,負(fù)責(zé)將信息從

DNA傳遞到蛋白質(zhì)合成場所核糖體)，DNA轉(zhuǎn)錄為成熟的mRNA還要經(jīng)過細(xì)胞

精細(xì)的加工，包括去除那些最后并不翻譯成蛋白質(zhì)的冗余核甘酸序列，因此mRNA

才是合成蛋白質(zhì)最直接而且準(zhǔn)確的模板，換句話說，一個mRNA分子里的信息才

是其相應(yīng)基因的精華所在。

但RNA遠(yuǎn)沒有DNA穩(wěn)定，因此溫特把mRNA的信息拷貝到更加穩(wěn)定的cDNA

分子上，然后用自動基因測序儀測序。這樣，原先繁雜的工作被大大簡化，使他

開始以前所未有的速度解讀出基因的源代碼。其中一部分已經(jīng)解讀的序列用作今

后測序的標(biāo)簽(expressedsequencetags,EST)。在應(yīng)用這種方法之前，科學(xué)家僅僅

解讀了4000個基因，每一個都凝聚著無比艱辛，但溫特一天就增加了347個新基

因，并且還在以每天25個基因的速度飛快前進(jìn)。

溫特的做法立刻在整個科學(xué)界激起千層浪，有人贊揚他的做法極具創(chuàng)新意識,

但同時也有人對他的做法不屑-?顧，DNA雙螺旋模型的發(fā)現(xiàn)者之一沃森憤怒地批

評道：“這根本不是科學(xué)，事實上，這樣的工作即使連一只猴子也能完成！”

在風(fēng)險投資商的幫助下，溫特建立了一家私立基因公司。不過溫特對公司現(xiàn)

有的速度仍不盡滿足，又從朋友那里引入一臺基因測序計算機(jī)，憑借這臺機(jī)器，

將現(xiàn)有的速度上提高50倍，用這樣的速度一天幾乎就可以測完過去1000個科學(xué)

家要花十年才能完成的工作量！

除了快捷基因公司，還有很多其他私立公司也欲在基因大餐上分上一杯羹。

盡管它們采取的基因測序技術(shù)與“政府軍”基本相同，但他們卻各有不同的側(cè)重點。

例如一家基因公司的首席科學(xué)家科恩說：“有20種最常見的疾病諸如癌癥、心血

管疾患造成了80%的死亡率,但這些疾病可能只與10萬個基因當(dāng)中的200個有關(guān)。

我們的當(dāng)前目標(biāo)是破譯這些基因，因為它們才最有意義?！?/p>

或許，我們可以把目前逐鹿基因組的狀況比作昔日的淘金熱，“政府軍”原來的

計劃是把每塊地都掘起來，看看有沒有可以利用的金礦，然后做個記號，留待以

后進(jìn)一步考察。這樣一寸一寸的挖掘，雖然慢，但是很徹底，不留死角。然而萬

萬沒有料到的在半路上突然涌入無數(shù)個程咬金，他們不管三七二十一，直奔那些

富礦區(qū)，匆匆用柵欄圍起，以示該山頭已名花有主。頓時令政府軍大驚失色，連

忙修正計劃，日夜兼程，要把損失彌補(bǔ)在最低限度。

這種各方英雄共同逐鹿基因組計劃令人喜憂參半。喜者，由于競爭的壓力，

大大縮短了完成計劃的時間；然而憂者也同樣不言而喻，由于各路英雄紛紛急于

占山為王，不免留于草率。畢竟，誰都不希望，這本生命天書不要留待后人再出

一份長長的勘誤表。

與此同時，更多人關(guān)注一個更加基本的問題：究竟該不該把基因用專利封鎖

起來。反對申請基因?qū)＠麢?quán)的批評者指出，申請基因?qū)＠麑璧K科學(xué)家的研究

工作，提高治療費用。但大多數(shù)生物技術(shù)公司則表示，如果沒有專利，他們將承

擔(dān)不了進(jìn)行藥品開發(fā)所需要的昂貴費用，也沒有投資獲利的保障。不過，現(xiàn)在要

求公開基因數(shù)據(jù)的呼聲越來越高，雖然這樣做會暫時影響那些擁有基因?qū)＠墓?/p>

司，但從長遠(yuǎn)來看，這實在對整個生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)的大為有利。

第三章揭示生命操作系統(tǒng)源代碼

無形之中的宏偉工程

當(dāng)你無意中走過那些掩映在綠樹叢中的生命科學(xué)研究所時，可能沒有意識到

在這些外表平靜的古典建筑里正進(jìn)行著一場比三峽還要浩大的工程：人類基因組

計劃。

盡管沒有人會在這里聽到機(jī)器震耳欲聾的轟鳴聲，也不會看到任何可以算得

上雄偉的建筑，但這項宏偉的人類基因組計劃無論從投資，從涉及的人力，從潛

在的收益，還是從對社會的影響，都是人類歷史上罕見的。

不少人愿意把這個計劃比作曼哈頓計劃或者阿波羅登月計劃，以此顯示人類

基因組計劃的宏偉龐大，不過我始終認(rèn)為就經(jīng)濟(jì)效益和對人類切身的影響而言，

基因組計劃可能還要更勝一籌。

我們已經(jīng)在2000年獲得了人類基因組草圖，并且在隨后的一兩年內(nèi)將使徹底

填補(bǔ)草圖中的空缺。事實上，這就意味著我們已經(jīng)打開了一本生命天書——人類

操作系統(tǒng)的源代碼，為我們真正揭示生命的奧秘提供最有用的資料，更為我們進(jìn)

一步去修復(fù)及完善人類的操作系統(tǒng)奠定了最堅實有力的基礎(chǔ)。

在這個有幾十本電話黃頁簿信息量的源代碼中，蘊(yùn)藏著近十萬條基因。人類

基因組計劃的終極目標(biāo)就是要搞清楚這些基因的功能以及彼此相互作用的方式，

尤其是那些與疾病相關(guān)的基因，更是迫在眉睫（畢竟，除非你已經(jīng)打算制造后現(xiàn)

代人類，否則這部分基因才是眼下最令人關(guān)心的）。對這些基因的研究，將賦予

基因時代中的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)以全新的內(nèi)容，并且全面啟動分子醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)。而且，在實

施該計劃中所積累起來的技術(shù)和經(jīng)驗使得對其他動植物源代碼的測序解讀變成小

菜一碟，這又使得基因工程技術(shù)能夠在能源環(huán)保、農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮作

用，甚至產(chǎn)生革命性的影響。

對此，孟三都生物技術(shù)公司的主管夏皮羅有一句頗具有代表性的話，“時下我

們討論世界三大產(chǎn)業(yè)------農(nóng)業(yè)，食品和保健產(chǎn)品，就目前而言還處于各自獨立

經(jīng)營階段，但生物技術(shù)所出現(xiàn)的一系列變革將很快導(dǎo)致三者合為一體經(jīng)營，

這就是生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)?！?/p>

滑雪勝地的科學(xué)家

早在人類基因組計劃正式啟動之前的幾十年中，不少生物學(xué)家就一直致力于

解讀人類的操作系統(tǒng)密碼，不過都是散兵游勇，大家各自研究自己感興趣的基因,

雖然也取得了一些成績，但僅僅這點是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

如果把人類神秘的基因組比作一個黑匣子，以前所做的工作就好像零零星星

地在密封的蓋子上鉆了一些小孔，無論怎么窺視，也無法看見全貌。

1984年12月，美國鹽湖城附近的一個滑雪勝地聚集了一批分子遺傳學(xué)家，當(dāng)

時大家都在考慮一個問題：目前對DNA所做的那么多研究，我們究竟有沒有能力

發(fā)現(xiàn)微小的基因突變。最終得出的結(jié)論令人失望。這個結(jié)果對與會者內(nèi)心的震動

很大，也可以說，這次會議在科學(xué)家的心中埋下了啟動人類基因組計劃的種子，

在隨后的幾個月里，大家又對這一設(shè)想進(jìn)行了更加細(xì)致深入的討論。

然而，就當(dāng)時而言，這還只能停留在理論水平，因為以當(dāng)時的技術(shù)水平，要

想完成這樣一個龐大的工程，所需要的資金簡直是一個天文數(shù)字，而口還會遇到

不少錢也無法解決的技術(shù)難題。難怪當(dāng)美國能源部于1986年宣稱啟動基因組計劃

時，遭到了廣泛的置疑，懷疑技術(shù)水平，懷疑經(jīng)濟(jì)能力，甚至懷疑實施這個計劃

的意義。

不過時過境遷，如今人類基因組計劃已經(jīng)成了舉世矚目的一項世界性工程，

不僅各國政府投資，很多私立生物技術(shù)公司也趨之若鷲，不惜重金參與這項工程。

如此廣泛的參與一方面得益于生物技術(shù)的革新，使原來的不可能變?yōu)榭赡埽挂?/p>

前所需的巨額預(yù)算變得可以接受；更為重要的是，人類基因組計劃潛在的巨大社

會與經(jīng)濟(jì)效益徹底打消了過去一些人的疑慮。我們可以快速的從基因水平對疾病

作出診斷，根據(jù)各人不同的基因型設(shè)計最合適的藥物，甚至修復(fù)那些異常的基因。

由于這個計劃的實施，僅僅在醫(yī)藥領(lǐng)域就已經(jīng)創(chuàng)造了幾百億美元的財富，而這還

只是巨大冰山在海面上浮現(xiàn)出的一角而已。

而且，完成這個計劃對其他領(lǐng)域也同樣至關(guān)重要，人類社會所面臨的一系列

問題，從糧食危機(jī)到能源危機(jī)，生物技術(shù)成了人們要迎接這些挑戰(zhàn)唯一可以依賴

的武器。

生物新大陸

我們?nèi)祟愄焐陀刑剿魑粗澜绲牧?xí)性，翻翻中世紀(jì)以來的航海圖，人類的

足跡幾乎遍布了地球表面的每一個角落。等到了20世紀(jì)下葉，更是干脆把觸角伸

到了遙遠(yuǎn)的月球。至于人類的視野，更是向上遠(yuǎn)至宇宙深處，向下直達(dá)地球內(nèi)核。

可是當(dāng)我們不斷拓展外部世界的時候，回過頭來卻發(fā)現(xiàn)，我們對人體自身卻知之

甚少，其實在相當(dāng)長時間里，我們一直處于欲深入了解但不知該從何下手的尷尬

局面，即使對人體宏觀的解剖結(jié)構(gòu)已經(jīng)了如指掌，仍然無法揭示人體的奧秘。

直到1953年，兩位生物學(xué)界的哥倫布——沃森和克利克，發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺

旋結(jié)構(gòu)，人們才開始意識到這塊新大陸中可能暗含著揭開人體奧秘的重要信息。

在人體數(shù)以兆計的細(xì)胞里，絕大部分細(xì)胞內(nèi)部都有一套完整的遺傳信息，這些信

息就蘊(yùn)藏在幾十億個堿基的排列組合當(dāng)中，有些人或許已經(jīng)把它想像成一條長長

的DNA雙螺旋分子，像一條蛇一樣蜿蜒在細(xì)胞核里。不過，這么細(xì)長的分子顯得

有點太脆弱，因此，這幾十億個堿基與一些蛋白質(zhì)結(jié)合，然后重重折疊，在細(xì)胞

核里分別包裹成為46個香腸形狀的染色體。

如果能夠繪制出一張精確的人類基因組地圖，將使得人們可以準(zhǔn)確得把某個

基因定位于這張地圖上，并且明確這個基因的核甘酸順序，進(jìn)而知道該基因在身

體內(nèi)的功能，再進(jìn)一步揭示人體的基因組是如何控制我們的機(jī)體。在理論水平上,

我們對自身的了解將因此而發(fā)生前所未有的飛躍，從實用角度來講，我們也可以

借助這張地圖積極地參與到控制機(jī)體的活動中去，尤其是當(dāng)由于某個或某些基因

的差錯而導(dǎo)致機(jī)體失控時，更加需要這張地圖查找錯誤基因，從而為修復(fù)錯誤提

供依據(jù)。

在如此誘人前景的激勵下自然云集了大批科學(xué)界的精英，同時也吸引了巨額

政府資助。

1990年春，美國能源部和國立衛(wèi)生研究院聯(lián)手啟動了這項耗資巨大，前景無

可限量的人類基因組計劃，建議每年投資2億美元，于1990年10月1日正式啟

動第一個五年計劃，整個規(guī)劃當(dāng)時計劃歷時15年，耗資30億美元。沒過多久，

英國、中國、日本、意大利、俄羅斯等多個國家也相繼啟動了自己的基因組計戈日,

并且也吸引了諸多官方的或私人的機(jī)構(gòu)紛紛解囊。可以毫不夸張地說，人類基因

組計劃已經(jīng)成了一項全世界廣泛參與的宏大工程。各國之間，各研究結(jié)構(gòu)之間既

有激烈的競爭，又有熱忱的協(xié)作，這一萬馬奔騰的盛況著實構(gòu)成了一幅令人嘆為

觀止的壯觀景象。

最好的獻(xiàn)禮

競爭和協(xié)作如何能夠完美地統(tǒng)一在一起，正在進(jìn)行的人類基因組計劃為我們

提供了一個經(jīng)典的范例。各個國家以及各個參與機(jī)構(gòu)既感受到來自各方競爭的壓

力，也充分享受到了其余各方的無私協(xié)助。由于這個原因，基因組計劃所涉及的

技術(shù)得到飛速發(fā)展，于1990年最初制定的計劃草案不斷更新，原定要15年完成

的人類基因組計劃目前已決定提前至2003年完成，比預(yù)訂的時間提前了2年。

在1998年10月23日的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了1998至2003年度人類基因組計劃

的工作目標(biāo)，由于這五年是實施該計劃的最后階段，因此這也是整個基因組計劃

的奮斗目標(biāo)。

這?五年計劃大致包括以下幾項內(nèi)容：

1.在2001年之前完成人類基因組90%以上的工作草圖。

2.2003年前完成整個人類基因組的測序工作，并且要將測序所得的結(jié)果免

費公開。

3.進(jìn)一步對現(xiàn)有的測序技術(shù)進(jìn)行改良及革新，加快測序速度，降低測序成本。

4.發(fā)展能夠大規(guī)模迅速檢測單個核甘酸變異的技術(shù)，并對大部分已知基因的

常見變異進(jìn)行檢測。

5.發(fā)展能夠深入分析基因表達(dá)的技術(shù)，同時也支持對非蛋白質(zhì)編碼區(qū)的

DNA部分的功能進(jìn)行研究。（在人類的基因組中有很多不編碼蛋白質(zhì)的核甘酸序

列，估計這部分序列占整個基因組的90%以上）。

6.開始著手研究大規(guī)模蛋白質(zhì)分析技術(shù)，這可以說是在為2003年以后的工

作做準(zhǔn)備了。

7.大力發(fā)展對基因組計劃獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理及分析的工具和軟件，這

項工作是一門新興的交叉學(xué)科——生物信息學(xué)研究的重點。

8.由于人類基因組計劃將會對我們整個人類社會產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響，所

涉及的諸多倫理的、社會的、法律的問題也是需要著手研究的重點之一。

如果如期完成，人類基因組計劃圓滿成功之日將恰巧是沃森和克利克發(fā)現(xiàn)

DNA雙螺旋50周年之時，這實在是紀(jì)念這一偉大發(fā)現(xiàn)的最好獻(xiàn)禮。一旦成功，人

們將馬不停蹄地對整個基因組的DNA序列進(jìn)行全面細(xì)致的分析，并且可以輕而易

舉地把測序分析技術(shù)應(yīng)用于其他生物，從而在醫(yī)藥健康以外的領(lǐng)域也同樣發(fā)揮舉

足輕重的作用。

無論從美國總統(tǒng)比爾?克林頓到微軟公司的總裁比爾?蓋茨，都預(yù)言21世紀(jì)

將會是生命科學(xué)的世紀(jì)，盡管生命科學(xué)在20世紀(jì)下半葉已經(jīng)步入成熟，但2003

年人類基因組計劃的完成才真正標(biāo)志著“生命科學(xué)世紀(jì)”輝煌時期的到來。

從低分辨率到高分辨率

人類基因組計劃的所有目標(biāo)中，繪制一幅詳細(xì)的基因組圖是其核心內(nèi)容。為

了更加方便而有效地繪制這張DNA圖，科學(xué)家采用的是由粗到精，由框架到具體

這樣一個精密度逐步提高的方法。

我們不妨設(shè)想你正在月球上，要用手里的一臺天文望遠(yuǎn)鏡繪制出一幅地球表

面全貌的詳圖。

你如果急于求成，把望遠(yuǎn)鏡調(diào)到高倍，舉鏡一望，或許會直接就發(fā)現(xiàn)了位于

浦東的東方明珠電視塔。然而由于倍數(shù)很高，你的視野里也只有這一個電視塔而

已。你根本無法把你所看到的東方明珠電視塔在正待繪制的地圖上標(biāo)出確切的位

置。你所得到的唯一收獲便是地球上有一個塔，至于這座塔的位置信息仍舊一無

所知。不過，你應(yīng)當(dāng)還有一個收獲，認(rèn)識到一個亙古不變的真理：一口吃不成胖

子。

于是，我們應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整，采用一種以合理速度吃成胖子的方法。首先你把

望遠(yuǎn)鏡的倍數(shù)調(diào)到低倍，然后遙望地球，這時會看到整個地球的概貌：一個藍(lán)色

球形的天體。你可以分辨出地球表面占2/3面積的海洋，以及亞歐大陸，美洲大陸,

南極洲等等，你也許還能看到大陸上一些巨大的山脈河流。這時，你所描繪的是

分辨率極低的一張地球概貌圖。

不要小看這張地圖，因為它為你今后繪制詳圖提供了最基本而重要的框架。

接下來，你把圖中的地球分成若干部分，然后分別在每一部分添加細(xì)節(jié)。

還有一點要注意的是，你應(yīng)該在圖中找出一些具有獨特性的物體作為標(biāo)記。

比如，在