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举世瞩目的人类基因组计划(Human Genome Project )将于今年6月绘制完成粗略的人体基因图谱。这项复杂工程的初步完成,标志着人类从改造自然的领域进入改造自己的全新领域,是人类科学史上的一个重大突破。
人类基因组计划将提前完成
所谓人类基因组计划也称人类基因图谱工程,是美国能源部和美国国家卫生研究所在1989年提出的一项生命科学研究项目。经过一年多的酝酿、筹备,由美国牵头,协同英、德、法、日和以色列(后来又吸收了包括中国在内的30多个国家参加),共同实施一项为期长达15年的国际人类基因组计划。
这一庞大的计划得到美国国会的大力支持,总投资30 亿美元, 从1990年10月1日正式启动,原定在2005年9月30日结束。但从现在的进度看,精确的人体基因组图谱有望提前2年绘制完成, 而粗略的人体基因组图谱即将于今年6月份公布。
据悉,人体基因图谱工程的目标是:测出人体基因组中包含的30亿个化学符号(碱基对)的排列顺序;确定23对染色体上的基因分布;绘制一幅分子水平的人体解剖图;把人体基因的全部遗传信息输入基因库,帮助科学家掌握有关碱基对如何组成基因、每个基因的功能、它们如何相互影响以及如何控制人的生命过程的奥秘。
这幅人体基因图谱,被科学家们称之为揭示人体奥秘的“生命天书”,被比作新世纪的“元素周期表”,被誉为“生命登月计划”。它将对未来的生物制药行业起到不可估量的推动作用,为21世纪生命科学、医学、生物信息学的飞速发展奠定基础,并将带动一场新的医学革命。
给人类生活将带来哪些好处
现代自然科学的发展在不断提高人类的生活和健康水平,但迄今人类依然遭受癌症、心脏病、艾滋病等多种致命疾病的困扰和折磨,其主要原因就是人类对人体自身了解甚少。人类基因组计划将能更完整、更深入地描述人体的构成和运转情况、可能发生的故障和消除故障的办法,让人类生活得更完美。
——通过基因检测能准确了解每个人的疾病和健康情况,发现基因变异,从而可以提前数年发出应该预防哪些疾病的警告;人体基因图谱能揭示导致各类疾病的基因变异机理,帮助医生对症下药,并发明抑制基因突变的方法和药物,使根治疾病成为可能。
——可以通过控制导致人体衰老的基因,延长细胞的寿命,使人长寿。
——给未来的移植器官培植带来福音。由于掌握了人体全部基因的排列顺序,医学专家将能彻底了解人体各器官机能的微小细节。因此,当人体内某个器官发生病变时,可通过激活体内细胞中的某种基因,恢复器官功能;同时也可以利用基因培植新器官,建立器官工厂,解决移植器官短缺问题。
——掌握了人体基因图谱就等于破译了人类的生命密码,获得了操纵生命的工具。因此可通过基因工程技术控制生命的孕育,根据自己的意愿设计后代,选择后代的性别,塑造后代的个性、相貌、智商等等,从而从根本上提高全人类的健康和素质。
下一步要做什么
国际人类基因组计划前6年的实施进展缓慢,直到1997年, 科学家们借助生物信息学和超级计算机,测序进度不断加快。尤其是在1998年,由于分子生物学家、同时又是计算机专家的克雷格·文特尔使用他发明的高速测序机,破译密码进展神速。在私营机构竞争者的促动下,政府资助的国家实验室破译密码的速度也提高到原来的3倍。在1998 年年底完成的蠕虫基因图(它的基因中有40%与人体基因相同)被认为是人类基因组研究中取得的第一个具有里程碑意义的重要成果。
1999年10月,以英国剑桥大学为主的研究小组破译了人体第22对染色体的全部遗传密码,这是实现破译人体全部基因目标过程中又一个具有里程碑意义的研究成果。
进入2000年,研究工作突飞猛进、捷报频传。3月份, 完成了疟疾、果蝇的基因图谱,紧接着人体第5、第16和第19 对染色体的基因图谱也相继绘制完成。4月6日,美国私营的塞雷拉基因组生物技术公司抢先宣布,它已经完成对组成人类基因的所有化学“字母”的测序。5月8日,以德国、日本科学家为主的一个国际人类基因组计划研究小组宣布,他们基本完成了人体第21对染色体的基因测序工作,并意外发现人体基因总数大约不超过4万,而原来估计约有10万。
排列出人类基因组90%的碱基对的顺序,绘制一幅粗略的人类遗传基因密码草图,只能说是完成了人类基因组计划的一部分。下一步还需要把每一个基因密码更准确地排列起来,使其精确度达到99.9%,然后分析每个基因在人体中发挥的作用以及它们如何左右人的生长、发育、衰老和死亡的奥妙,这将是更复杂、更艰巨、更富挑战性的任务。
通力合作演变成明争暗斗
绘制人体基因图谱是一项宏伟的工程,是人类科学史上前所未有的规模最大、影响最深远和最具挑战性的基础研究项目,其费用之大、技术之复杂、困难之多使任何一个国家都无法独立完成。因此在计划实施之初,美国便联合生物技术先进的英国,由其承担1/3的测序工作。截至2000年3月9日,基因组测序工作已完成大半,这是全世界16个基因组研究实验室的1100多位科学家10年艰苦奋战、通力合作的结果。
但是,随着越来越多的研究成果被证明具有巨大的商业价值,最初计划实施六七年的协作变成了明争暗斗。在美国国内,公私之争十分激烈,一方是得到联邦政府资助的、由著名生物学家弗朗西斯·柯林斯任所长的国家人类基因组研究所,另一方是从国家卫生研究所独立出来的杰出分子生物学家克雷格·文特尔于1998年创建并自任总裁的塞雷拉基因组生物技术公司。
由于文特尔博士发明了快速测序机,该公司于1998年上半年就宣布将提前2年完成全部人类基因组测序。 柯林斯则在下半年宣布他领导的研究组在2001年就可以粗略地绘制出人体基因草图。1999年3月, 柯林斯又把预定完成日期提前到2000年春夏之交。但是他没有想到,在塞雷拉基因组生物技术公司实验室中,先进的基因测序机一天24小时运转,同是生物学家的文特尔夫妇也在夜以继日地工作,决心在这场赛跑中争得第一。果然不出人们所料,文特尔的公司抢先在今年4月6日正式宣布完成了人类基因组测序。柯林斯领导的国家人类基因组研究所也不示弱,表示也将在6月份拿出比文特尔的图谱更准确的版本。
地区之争也同样激烈,尤其是在生物技术研究方面实力雄厚的欧洲,近年来许多新兴的生物技术公司迅速崛起,它们既有自己雄心勃勃的研究计划,同时也与老牌生物技术公司、大学实验室和制药公司携手,试图打破美国在这一领域的垄断地位。
显然,无论是公私之争,还是欧美对抗,其核心都是争夺基因专利,因为人类的基因是有限的,谁最先抢到专利,谁就争得巨大的商业利润;谁获得的专利越多,谁在未来的生物工程产业的收益就越大。正如比尔·盖茨所说,下一个创造出更大财富的人将出现在基因领域。
别让隐忧成为遗患
当人们为人类基因组研究取得可喜进展而欢呼的同时,还应该冷静地思考它可能在法律、伦理和国家安全方面产生的负面影响,甚至可能给人类自身带来的灾难,以便找到对付这些隐忧的办法。
隐忧之一是个人遗传信息有可能落入他人之手,给携带某些“不利基因”或“缺陷基因”者的升学、就业、婚姻等带来麻烦,使某些人群受到歧视。
隐忧之二是今后如果允许利用基因工程方法生育子女,即根据人体基因图谱制作一个“标准的”人体基因模型,设计出“十全十美”的后代,那么就有可能抹杀人类社会在种族、肤色、智商等方面的多样性。
隐忧之三是人体基因研究成果可能被少数别有用心的人利用。他们以基因理论宣扬“种族优越论”,诋毁其他民族甚至借口发动侵略战争,推行种族灭绝政策。
隐忧之四是利用人类基因组研究成果制造基因武器,即根据某一民族的基因特征,研制出专门对付他们的转基因细菌或病毒,而这种致命的东西往往是难以侦测和抵御的,其威胁可能超过核武器。
值得一提的是,随着人类基因研究的深入开展,出现了全球基因资源争夺战。我国有12亿人口,50多个民族,疾病种类繁多,是全世界最丰富的基因资源宝库,已成为西方觊觎的重点。为此,在防止基因歧视的同时,应该在对外医学交流中警惕有人利用合作幌子窃取我国的基因资源;并应及早制定有关法律法规,加强监管,保护我国的基因资源。