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从揣测、误用,到专利大战──《基因:人类最亲密的历史》

所属栏目: 常识生科 时间:2020-06-17 浏览:679

从揣测、误用,到专利大战──《基因:人类最亲密的历史》

我选择用「Gene」当笔名,是大一刚入学、要在BBS站取帐号的时候;那时我只是觉得这个英文名字刚好和生命科学的专有名词一模一样,十分有趣,完全没有想到日后会和「Gene」的科学意涵结下不解之缘。

有些朋友不相信「Gene」真的是个英文名字,甚至听我信誓旦旦地解说,还开玩笑说他们也想取名叫「Cell」、「DNA」或「Protein」,我只好回说要不然干脆叫「Genome」,这一来就比我大很多了。其实,「Gene」这名字来自古希腊文「γόνος」,意思是「生」(born),这个名词在遗传学中,字源也一模一样。

我博士班念的就是遗传学,在美国加州大学戴维斯分校(UC Davis)当遗传学实验课的助教时,就有很多学生说我名字取得实在太妙了。事实上,我大学时期最讨厌的必修课之一就是遗传学。当时我的导师说他大学时最不喜欢的必修课也是遗传学、可是却念了遗传学博士班、所以做人别太铁齿;我心想这绝对不会发生在我身上,可是命运就是这幺爱捉弄人──决定念演化生物学当志业后,发现遗传学真是最佳的工具,于是我步上了导师的后尘。

简单来说,遗传学是门研究基因的生命科学。我们在博士班利用果蝇进行遗传学研究,显微镜底下,麻醉台上的细小孔洞嘶嘶轻响地喷着二氧化碳,让果蝇暂时沉睡,我们趁机轻轻地用羽毛或毛笔把带有不同性状的果蝇分群,这时总能让人一再讚歎孟德尔(Gregor J. Mendel,1822-1884)的先见之明。然而,在不是唸研究所拚学位、无升等压力、不必拿科研计画、没有KPI考绩要求下的修道院神父,是怀着什幺样的心情和信念在为豌豆进行实验的呢?

念了遗传学博士班后,我会三不五时在茶余饭后接到亲友询问,问题五花八门无奇不有,从单纯好奇到试图挑战,例如:真的能够用基因工程改造人类吗?我们科学家为何要这幺变态地製造变种生物?如何生出更聪明健康的小孩?小孩的问题都是来自遗传吗?为什幺罕见遗传疾病愈来愈多?

普立兹奖得主、英国卫报新人奖得主、畅销书《万病之王:一部癌症的传记,以及我们与它搏斗的故事》(The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer)作者辛达塔.穆克吉(Siddhartha Mukherjee)在听到一位癌症病人接受了长时间治疗后向他请求「我愿意继续治疗,但我要知道我在对抗的是什幺。」,于是写了《万病之王》。

《万病之王》是一本充满热情的书,是一本癌症的传记,也是人类与癌症搏斗的生命故事。在为癌症作传后,穆克吉写这本《基因:人类最亲密的历史》(The Gene: An Intimate History)似乎顺理成章、天经地义,因为癌症不就是因为基因出了错吗?那幺基因为何会出错呢?

然而,读了《基因》才会深刻地了解,对穆克吉而言,追寻问题答案的源由,远远没那幺简单。他出生在印度,他父母那一代最深沉的痛苦之一,是印巴分治后,被迫离乡背井。后来落脚的加尔各答(Kolkata)原本是印度最具活力的大城市,但是在印度教徒和穆斯林疯狂地互相大肆屠杀后,沦为一个三四流的破败城市,迫使他们又要远走他乡。

对他们家族而言,伤痛远远不仅于此。几年前的冬天,穆克吉陪同父亲回加尔各答到精神病院探望堂哥莫尼,让他回想到他的两位叔伯拉结什和贾古皆可能患上精神疾病,加上他父亲也曾经两度出现精神病的症状,难免让他怀疑自己家族是否带有遗传缺陷。如果真是如此,那为何父亲和姐妹会逃过一劫?他们的病有多少是天生的?又有多少是后天的?

《基因》就是他为了追寻众多问题解答而写的另一本传记,探讨基因的诞生、发展、影响和未来。穆克吉提醒我们,对基因的认知是科学史上最有力也是最危险的观念。经过长久的瞎子摸象,我们愈来愈清楚基因是什幺,儘管中途对遗传的本质出现过不少妄想诞生了纳粹的优生学祸害千万人,但今天我们已能在实验室里轻易操作基因。

孟德尔的发现,理应为达尔文(Charles R. Darwin,1809-1882)的演化论锦上添花,不过,儘管他们是同一时代的人,但是为达尔文演化论如虎添翼的「现代演化综论」(Modern evolutionary synthesis)要等待到二十世纪上半叶才逐步完成。达尔文的堂兄高尔顿(Sir Francis Galton,1822-1911)则在对基因一无所知的情况下提出了优生学概念,后来成为纳粹的藉口,衍生各种在今天来看叫人瞠目结舌的作为。

生物其实是一连串资讯构成的,孟德尔的遗传实验被三位欧洲科学家几乎同时重新发现,科学家透过各种巧妙的实验,抽丝剥茧地确认:染色体上的DNA就是那个带着资讯的稳定分子。DNA的结构为什幺能够携带建构和运作生物体的重要资讯呢?这得等华生(James D. Watson,1928-)和克里克(Francis H. C. Crick,1916-2004)发现DNA双螺旋结构的着名故事发生。

聪明绝顶的英国生化学家桑格(Frederick Sanger,1918-2013)两次发明定序的艺术和技艺,也获颁两次诺贝尔奖。他先发明了定序蛋白质胺基酸序列的方法,接着成功挑战DNA的定序法。当定序成为事实,人类基因体计画就是义务,DNA定序让我们一步一脚印地拼凑出整个基因体的近乎全貌,不过更有野心、好斗的克雷格.凡特(J. Craig Venter ,1946-)提出散弹枪法抄捷径,夹私人企业的资金和政府资助的人类基因体计画比拚,双方较劲的结果加上技术革新,大幅加速定序的速度。

人类基因体计画用了三千多位科学家的人力,花费上百亿美元(大概只够在小布希政府入侵伊拉克初期烧半个月不到),我大学毕业那年(2001年)获得一份所谓的草图,这是个划时代的里程碑式成就。因为所费不赀,《基因》提到当初有不少科学家担心如果不好好定序取得最佳品质的资料,以后都定序不到了怎幺办?

然而,2007和2008年间问市的次世代定序技术,把定序的成本极大幅度地降低,我这几年内为几种鸟类全基因体定的序列,早已超过了一个人类全基因体(鸟类基因体大约为人类的三分之一)。定序成本下降程度比资讯科技产业着名的摩尔定律(也就是每两年积体电路的成本打五折)还快许多。

儘管这十几二十年间,已经能够价廉物美地为任何一个人的基因体序列精準作本有字天书。人类基因体计画完成后,我们赫然发现原来人类只有两万多个基因,甚至比有些「低等」生物还少,基因的多寡和生物体的複杂度不必然有正比关係。许许多多基因的生物功能和作用仍然是谜团,我们还在努力解读这本天书的字义和文法。但是我们也不必妄自菲薄,科学家经过长年基础研究的努力,确实也知道不少,我们很有可能应用对某些基因的理解来预测罹患疾病的机率和药物的功效。

为了理解基因的功能,在实验室里做跨物种的基因转殖和选殖,是家常便饭。我在实验室里操弄基因已是小菜一碟,如同千千万万个大学实验室里天天上演的戏码,不足为奇。科学家在上世纪七十年代就开始这幺做了,进行重组DNA实验的初期,科学界内外都有很激烈的辩论,《基因》生动地重现了当时的争议。基因选殖不仅是有学术研究价值,胰岛素也是第一个利用重组DNA的方法製造的药物。只要一旦涉及商业利益,就会有专利争获大战,差一点连基因的序列本身都能用来申请专利。

当我们对操弄基因习以为常时,就有科学家想要为基因突变而罹患罕见遗传疾病的人进行基因治疗。不过很不幸的,首例在不严谨的规划下酿成大祸,导致基因治疗在一段时间里成了髒话。转基因作物也在环保人士不分青红皂白的抹黑下,在很多国家无法合作栽种。不可否认,有些贩售转基因作物种子的大企业不太良善,不过无差别地对待所有转基因作物不是明智之举。

我还是穷学生时,要进行转基因或剔除基因实验,过程极为複杂,而且常常不能随意修改基因体的序列。一直到几年前,在细菌细胞内找到一种针对病毒的特殊免疫机制CRISPR,富想像力的科学家灵机一动把它修改成好用的遗传学工具,我们居然就能够对基因体进行近乎随心所欲的编辑了,就像用MS Word来编辑文字一样(当然实际过程还是颇複杂的)。这个基因体编辑工具太具革命性了,有兴趣可参考《基因编辑大革命:CRISPR如何改写基因密码、掌控演化、影响生命的未来》(A CRACK IN CREATION: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution)。

遗传学家原本就知道,环境对许多数量性状有不同程度的影响。更複杂的是,环境对我们基因的影响还会体现在表观遗传学上,有些基因的资讯会像电脑储存档案,压缩不太需要用到的档案,也像读教科书划重点一样,重要的或常需要用到的基因,会被划上标记。很多时候,这些压缩或标记就能让两个基因体完全一模一样的人出现很不同的表现性,果真是你的基因不是你的基因。表观遗传学方兴未艾,有兴趣可参考《表观遗传大革命:现代生物学如何改写我们认知的基因、遗传与疾病》(The Epigenetics Revolution: How modern biology is rewriting our understanding of genetics, disease and inheritance)。

因为基因是一个既複杂又危险的观念,人类在探索过程中走了不少岔路,以为基因决定一切,或者以为后天决定一切。前苏联生物学家李森科(Trofim Lysenko,Трохим Денисович Лисенко,1898-1976)完全否定孟德尔遗传学,自以为是地认为单单后天刺激就能随心所欲地改变作物的性状,还残酷肃清几乎所有遗传学家,造成前苏联的大饑荒。

穆克吉透过这些遗传学史来让我们对基因进行批判性思考,认识到基因複杂的多面向。《基因》这本好书值得所有关心人类的朋友来读,对生命科学相关领域的朋友更是如此。穆克吉是医学院的教授,对人类的关心大过其他物种,因此几乎未提基因在农牧业上也有翻天覆地的影响,不过这点瑕不掩瑜。

基因确实造就个人之间的差异,可是却非身分的决定性因素,我们还有很多有关基因的知识要学,现在知道的可能连皮毛都算不上,在后基因体时代,我们正在学着如何解读和编写我们自己。


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