上帝的手术刀
从中学生物课本上,我们就知道了 DNA 里保存了人类的全部遗传信息。不同的细胞根据功能的不同,利用 DNA 的不同部分合成各式各样的蛋白质,蛋白质决定了我们生命的特点。毕业多年,我把曾经学到过的生物知识都还给老师了,也对现在生物科技的发展状况毫不了解。听说过几家上市的生物科技公司,可对他们具体拥有什么科技,推出了什么产品一无所知。《上帝的手术刀》是浙江大学教授王立铭写的一本科普书籍,从古希腊哲学家对生命的猜想,到现在各大实验室的生物科技竞争,到对未来生物科技的展望,这本书可以当成一部人类探索遗传秘密的编年史。
人类从石器时代进步到农业时代的一大标志就是开始利用生物遗传的力量来为自己生产食物。在驯化了野生小麦、驯养肉猪的过程中,人类就是利用遗传的规律改造其他物种,而保留自己需要的性状。古希腊哲学家任务生物体内存在“泛生子(pangene)”颗粒,它记录了遗传信息并在交配后进入下一代体内。19世纪达尔文和进化论提出生物进化,孟德尔提出基因的显性和隐形,证明基因会在生物的一代代繁衍中顽强的存在,并在合适的情况下重新表现出来,影响生物的性状。20世纪以来,人类逐渐在实验中证明了 DNA 是遗传物质,发现了 DNA 的双螺旋结构和在遗传过程中的半保留复制,并通过实验证明了 DNA 中每三个碱基对应一个密码子,每个密码子编码了唯一的氨基酸,氨基酸最终被装配为蛋白质,蛋白质催生各种化学反应,最终多种生命现象得以发生。一系列实验的结论最终被概括为“中心法则”:
DNA -> RNA -> 蛋白质。DNA 首先根据碱基互补原则以自己为模板制造一条 RNA 长链;然后 RNA 再根据3碱基对应一个氨基酸的原则制造蛋白质。
随后,基于对基因的了解来诊断、治愈遗传疾病的尝试也被积极开展。镰刀型红细胞贫血症、艾滋病的治愈案例的出现促使全世界展开了上百项基因治疗实验,但是其中却大多数以失败告终。基因治疗成功的案例吸引大量资源和资金的注入,使得更多研究得以展开,但是更多的失败案例则让基因治疗转入低谷。在不断起伏中,“基因编辑”的技术储备逐渐完成。
基因编辑的“三件套”为:
- 基因组GPS:锌手指蛋白组合
- 基因组剪刀:FokⅠ蛋白的剪切模块
- 基因组针线:细胞内天然存在的两套DNA断点修复机制
2011和2012年的“神话”蛋白和CRISPR蛋白的相继发现把人类正式带入了基因的“完整可编程”时代。
目前,基因编辑技术的可以的应用阶段可以简单总结为“来自人体-体外处理-体内治疗”,这样的好处在于安全性,避免外源基因给人来带来危害;未来,为了治疗更广泛的疾病,基因编辑的第二阶段——“来自人体-体内处理-体内治疗”是自然而然的发展;为了实现基因治疗的普适性,降低治疗成本,基因编辑拜托“来自人体”的限制,医药企业将能够开发的大批量生产普适药物,让普通人也能够承担;在未来的未来,“体内预防”也或许能够被实现。关于基因编辑的前景,还有广阔的发展的想象空间。
在美好的发展前景后,基因技术也带来了争议、风险,伦理的讨论也无休无止。疾病的“预防”被实现后,那么“改善”也会随之而来,人类可以按自己的喜好来修改自己或者后代的特征。因为能负担基因改善的人总是少数,那么这是不是会加剧不平等、固话社会阶层?在极端情况下,人类甚至可以通过编辑基因来产生新的物种。那时候,人类自己会处于什么位置?这些问题人类只能随着技术的进步去一一应对。
书中对可以基础研究的价值表示了极大的肯定。在基因技术的发展过程中,出现了无数的柳暗花明,如 DNA 双螺旋结构的证明,到后来锌手指蛋白、“神话”蛋白、CRISPR蛋白的发现统统都是在生物领域的冷门基础研究中,“幸运”地被发现的。而这些幸运的发现总是让人感叹大自然的鬼斧神工。生物进化过程中,获得了一整套无比简洁而高效的机制,比如只使用3个碱基对应一个氨基酸,而绝不浪费额外的资源;基于编辑的“三件套”更是全部本来就存在于生物体内,人类所做的并不是重新设计,而是发现和推广。
作为一个程序员,我相信科技发展是不可逆的,它能够让人类社会想好的方向发展。现在,我们经历的每个瞬间都有可能被载入史册,无论是生物科技,还是人工智能,我们都应该用开放的心态拥抱他们,也用严格的监管管控它们,耐心期待技术的成熟,并为人所用。