《基因啟示錄》,仇子龍著,浙江人民出版社出版。
如果把所有的病毒列出來,人類發(fā)展史看上去就是一部與傳染病做斗爭的歷史。這些直徑約10-300納米之間的微生物,在人類不經(jīng)意間就可以完成一次入侵。我們?nèi)祟惔蟛糠值募膊《际怯上忍旎蚝筇斓幕蛲蛔円鸬,比如胎兒出生缺陷、遺傳代謝性疾病、各類癌癥等,每個人身上的基因都是不完美的,每一個人都可能因為基因缺陷而患病。任何一個生物體都是由基因構成的,基因是所有生命的底層邏輯。在生命科學蓬勃發(fā)展的21世紀,基因科學應該成為每個人的常識。
在與病毒的斗爭過程中,科學家們學到了什么?
第一,利用細菌的免疫系統(tǒng)。2012年,科學家發(fā)現(xiàn)細菌用來對抗噬菌體的免疫系統(tǒng)很厲害。有4位科學家把細菌的這套基因武器成功地改造成了基因編輯系統(tǒng),可以用來改變基因,改變DNA序列。這套基因編輯系統(tǒng)非常強大,可以修改動植物的基因,最終我們也可以用基因編輯的方法來修改基因缺陷,還可以為人類治病。
第二,利用病毒來造福人類。病毒始終是人類健康的大敵,那么有沒有可能化敵為友,讓病毒為我所用呢?病毒是一類能對人體細胞及其它動物細胞進行有效感染的微生物,病毒的本領是把自己的基因高效地放到宿主細胞里去。所以,病毒目前已經(jīng)被科學家們改造成為進行基因治療的主要遞送工具。比如,有一些人患有因先天性基因缺陷引發(fā)的遺傳病,包括眼睛、血液、免疫細胞都有基因缺陷?茖W家們就利用病毒的特點,改造病毒的基因組,不讓病毒自己復制,把壞的基因都刪掉,把好的基因裝進去,然后用病毒作為載體,就像一輛小貨車一樣,拉著正常的基因送到病人體內(nèi)來給人治病。從2016年到2019年,用改造過的這種無害病毒作為載體的基因藥物,已經(jīng)被用于治病,有很多基因治療的藥物已經(jīng)上市了。
人類如何利用基因改造生命,治愈“不治之癥”?
100年前,人類社會的最大威脅是細菌和病毒引起的傳染性疾病,在找到抗生素、發(fā)明疫苗以后,相應的疾病已經(jīng)完全被控制住。現(xiàn)在,因基因缺陷導致的疾病成了人類最大的威脅。在后信息時代的物質豐裕之時,人類社會前進的最大限制就是基因。因此,科學家們正在操縱基因,主動改造生命。人類對基因的改造有兩個主戰(zhàn)場:
第一個主戰(zhàn)場是通過操縱基因,增強生產(chǎn)力;虿倏v技術已經(jīng)成了人類社會的重要技術力量之一,又被稱作基因工程。基因工程有兩個主要的應用場景,一個是讓其他生物為我們生產(chǎn)蛋白質藥物,另一個是改變動植物的性狀,為人類生產(chǎn)更多、更好的食物。
基因工程在疾病治療方面經(jīng)過了兩個時期;蚬こ1.0時代,科學家運用重組DNA技術把基因轉移給微生物,為人類生產(chǎn)蛋白質藥物,比如胰島素;蚬こ1.0還不至于影響人類社會走向;蚬こ2.0時代,科學家把人體免疫系統(tǒng)的一系列基因轉移到小鼠身上,讓小鼠生產(chǎn)人類抗體,進而為人類的疾病治療帶來了革命性的影響;蚬こ2.0能利用動物生產(chǎn)對人體非常重要的抗體,這是與人類性命密切相關的新一代蛋白質藥物。
什么是抗體?抗體是免疫系統(tǒng)用來對抗外來病原體的蛋白質。每當病毒、黏性末端細菌入侵人體,我們的免疫系統(tǒng)就會記住這些入侵者,然后產(chǎn)生抗體?贵w需要有抗原的刺激才會產(chǎn)生?乖涂贵w之間的廝殺在人的一生中會發(fā)生許多次。
抗體藥物在人類藥物史上處于什么地位?在蛋白質藥物和抗體藥物出現(xiàn)之前,藥物一直是用化學方法合成的,而掌握了基因工程技術之后,我們可以成功生產(chǎn)蛋白質藥物,還可以用免疫系統(tǒng)的精確制導導彈——抗體來作為藥物?贵w藥物現(xiàn)在仍未普及。基因工程的革命才剛剛開始,它的未來與每個人息息相關,是人類社會繼續(xù)向前發(fā)展的又一巨大推動力。
操縱基因的第二個主戰(zhàn)場是治愈疾病。人類大部分的疾病都是由先天或后天的基因突變引起的。我們希望操縱基因的一個重要原因,就是修復自身的基因缺陷,保持健康。
幾百年前,醫(yī)學界發(fā)現(xiàn)很多疾病是由上一代遺傳給下一代的,因此將這些疾病歸類為遺傳疾病。自從發(fā)現(xiàn)了基因以后,人們知道了遺傳疾病的病因就是基因缺陷?茖W研究發(fā)現(xiàn),基因缺陷導致的疾病可以分為兩類,一類是由于先天基因突變導致的遺傳病,另一類是由于后天基因突變導致的疾病。目前的基因檢測手段絕大部分都用來檢測先天的基因突變。對于先天基因突變導致的遺傳病,我們可以通過全基因組測序來發(fā)現(xiàn)患者遺傳的基因突變;對于后天基因突變導致的癌癥,我們需要通過最新的檢測手段,如檢測血液里的DNA碎片中具有的基因突變,幫助患者對癥下藥。
。ㄗ髡邽橹袊茖W院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心研究員)