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基因预测:遇见未来的自己

2010-02-07
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基因预测:遇见未来的自己
2010年02月07日大洋网-广州日报作者: 金叶

  有一个古老的寓言:最早的人类原本有一条尾巴,分成10节。当其中的9节均已变黄时,表明这个人已快走近生命的终点。终于有一天,上帝意识到,这个尾巴的存在是件残酷的事情,于是将尾巴收走了。从此之后,人类对自己的命运走向开始无法察觉。

  而在21世纪,聪明的人类,正在努力将这条“尾巴”重现。

  这条“尾巴”就是位于我们细胞内部的23对染色体,那上面蕴藏着关于我们生命现象的全部谜底。随着人类基因组图谱被逐一解密,基因检测技术在全世界方兴未艾。也许不久之后,不再是生辰八字、也不再是星座属相,而是科学技术充当起你的“算命先生”,它用冷静到不容置疑的语气,揭示出你的性情、天赋、甚至在未来会患有某种疾病……

  “未卜先知”的基因检测,究竟是新技术,还是伪科学?提前预测出未来的自己——你,做好准备了吗?

  策划:赵洁

  撰文:金叶

  摄影:黎旭阳(署名除外)

  后基因组计划:

  人类共有的“生命天书”

  我们都知道,人一共有23对染色体,上面分布了30亿个碱基对,它们构成了一个人的全部遗传信息。

  从某种程度上说,染色体仿佛是一部“生命天书”——这部“天书”上一共只有4个字母:A、C、G、T,分别代表一种碱基;它们三个一组构成特定的“单词”,这部“天书”一共有10亿个这样的词,完全称得上是一部“鸿篇巨制”——假设你每秒读一个词、每天念8小时,那么需要100年的时间才能读完这部书。

  1985年,美国的科学家率先提出:我们能不能把这部“天书”破译出来呢?这项工作最终于1990年启动。由于工作量过于浩大,美国联合了其他国家的科学家一起参与进来,包括英国、法国、德国、日本,还有中国——唯一一个发展中国家。这项计划一共投入了30亿美元,平均破译一个“字母”,需要花1美元。

  2006年,随着“块头”最大的1号染色体测序工作的完成,解读“生命之书”的最后一个章节也被破译成功。先前,虽然科学家不止一次宣布该计划完工,但推出的均不是全本,而是人类基因组草图。这一次,科学家杀青的“生命之书”更为精确,覆盖了人类基因组的99.99%。

  不过,这还只是把这部“鸿篇巨制”中每一个字母忠实地记录了下来而已,我们依然不明白这部书究竟讲了些什么:哪些排列组合表示一个基因?而这种基因又如何决定了人的行为?

  广东省医学科学院院长助理余细勇教授告诉记者,“解读”生命天书的工作属于“后基因组计划”,是各国科学家当前都很关注的一个课题。科学家已经在“天书”中破译出了3万个左右的“小故事”——每一个“小故事”就是一个基因。它们各有不同的功能,不同的组合又能呈现出另外的不同功能。

  我们每个人都拥有属于自己的那一本“生命天书”。虽然世界上的人形形色色,可任何两个人,他们细胞核中存放的“生命天书”,99.9%的内容是完全一样的。换句话说,这本“天书”里有30亿个字母,只有几百万个字母因人而异。但也就是这0.1%的区别,使我们成为独一无二的个体。

  我们因此呈现出不同的相貌和个性,拥有不同的命运——比如,有的人生来健康,有的人却一出生就带有遗传病;有的人又抽烟、又喝酒却可以活到100岁,有的人谨小慎微地生活,却罹患心脏病、肺癌……这些千百年来被看作只能逆来承受的“命运之谜”,原来并非全无来由,它们的根源都在这因人而异的0.1%之中。

  所以,如果每个人都可以得到并且读懂属于自己的那本“生命天书”,从某种程度上说,就几乎了解了自己生命的全部真相。

  定制“生命天书”:

  离我们有多远?

  30亿美元,16年的时间,这是彻底完成人类基因组测序工作时付出的时间和金钱。

  2007年,世界上第一份属于个人的基因图谱在美国诞生,一共花了两个月的时间,外加100万美元。它的主人正是被誉为“DNA之父”的詹姆斯·沃森,DNA双螺旋结构的发现者之一。

  由于测序仪器核技术不断改进,个人基因图谱的成本在这两年下降得很厉害。2008年,美国破解一份个人基因图谱的成本已经下降到了10万美元。“每年下降九成,降价速度比电脑更快。”哈佛大学基因学教授丘奇形容道。

  2009年8月,美国斯坦福大学教授斯蒂芬·夸克只用了5万美元,为自己成功“自绘”了一套基因图谱。他是运用一台冰箱大小的单分子测序仪器完成这一工作的。“一项曾花费一架飞机的钱的任务,现在降到了一辆中等豪华轿车的价格。”他说。过去绘制图谱至少需要上百名的工作人员参与,而夸克的图谱绘制工作只需要3个人就可完成。

  5万美元,并不是最低价格。一家名叫BioNanomatrix的美国生物公司声称,他们最快可以在2010年将个人基因图谱的价格下降到100美元,并且每次测序只需要8小时。

  夸下如此“海口”,是因为BioNanomatrix开发了一项全新的测序技术。传统的基因测序采取的是“霰弹法”,需要把DNA长链切割成若干片段,对每个片段进行测序,每次只能阅读大约1000个碱基对。而BioNanomatrix开发的“纳米流体”芯片,其中纳米级的流体可以拖曳出DNA分子长链,让其中的分子徐徐展开,通过像保龄球瓶一样排列的管道。芯片会取一个基因组作为参考,用荧光标记被测DNA链中与参考基因组不同的碱基对。DNA链通过管道时,探测器顺势读取这些用荧光做过标记碱基对的顺序,然后添上与参考基因组相同的碱基对,完成整个基因的序列。这种快速方法每分钟可以测序大约20万个碱基对。

  该项目的首席科学家瑞多基·德芒纳克表示,这个“8小时、100美元”的基因测序计划,最迟在未来3~5年就可以完全实现。到那时,每一个普通人都可以用最小的代价,获悉属于自己的“生命天书”。

  基因检测——

  新技术还是伪科学?

  “个人化医疗时代”即将来临

  如果你拥有了属于自己的“生命天书”,你的生活将会发生怎样的改变?余细勇教授告诉记者,基因检测的普及将意味着“个人医疗时代”的降临。医生可以根据这些“生命密码”为病人设计个性化医疗方案,做到因人施药,更精确地治病。

  位于广东省医学科学院、广东省人民医院内的华南临床基因检测中心已经在开展这方面的实践:“每个个体,因为具有不一样的基因突变,适合的治疗方式也是不同的。比如肺癌患者:其中有一部分人的体内EGFR基因发生突变,而另外一部分人的EGFR基因则没有这种突变,这个微小的差别,使得同一种药物对于这两种患者会取得截然不同的效果。对EGFR基因发生突变的患者有效率达到80%的药物,对EGFR基因非突变的患者疗效甚小甚至接近于无。如果患者在接受治疗之前去做这种基因检测,更有效率的治疗不仅可以大大减少患者的痛苦,还可以节省非常大的一笔开支。”

  其次——也是和健康人群更加息息相关的,基因检测可以告诉我们身体中具有什么样的“易感基因”,指导我们的日常生活。

  60多岁的科学家温特尔,是全世界第二个获得个人基因图谱的人,他的行动可以为我们做个示范:2007年,他在拿到自己的基因图谱的第二天,吃的早餐是一碗麦片,外加一杯脱脂牛奶。吃一顿如此寡淡的早餐,完全是因为DNA报告显示,他患心脏病的几率比一般人要高很多。不过,也有一个好消息:他可以更加放心大胆地享用牛排了:因为他所拥有的一个基因,使他大大减少了感染疯牛病的危险。

  由此可见,如果你身上带有某种“坏基因”,也不必特别担心,因为你可以调整自己的生活习惯,让这种“坏基因”不要被激活。

  中国工程院院士巴德年认为,在未来,医生问前来就诊的病人的第一个问题可能会是:“你带基因图谱来了吗?”因为在看完病人的基因图谱后,临床医生更容易断定病人会发生什么问题,更有针对性地开处方,也会更准确地建议病人在日常生活中如何加以预防。

  提醒:基因不能决定一切

  然而,令一些专家感到担忧的是,人们会像迷信“占星术”那样迷信“基因检测”。

  目前,在国内北京、上海、广州等地,出现了不少基因检测机构。记者从广州的一家基因检测机构了解到,该机构并不是对人体全部的基因组进行测序(虽然在未来这样做有可能只需花费100美元,但目前来看技术难度还很大,国内的报价在40万以上),而是针对一些目前已被证实的“坏基因”进行针对性的检测。一份涵盖了百余项重大疾病易感性的报告收费近5000元。检测的过程很简单:检测人员用专门的刮勺或棉签,从被检测者的口腔里刮取少许的口腔组织标本,放到专用试管中封存,然后将其寄到上海一家“具有资质”的机构进行检测。一个月后,你就可以知道自己的身体当中埋着什么样的“定时炸弹”了。

  “对大部分疾病,基因能起到的作用不超过20%。环境、生活习惯、医疗水平、及早就医的程度,都会影响到你最终是否会得这种疾病。基因检测甚至不能取代例行体检,但可以提醒你在体检中更多去注意身体发出的危险信号。”一位工作人员说道。

  除此之外,这家检测机构还提供“儿童天赋基因”的检测,这份收费四千余元的报告中将显示涵盖了性格、情感、艺术、智商、运动、成瘾、保健、环境八大类近四十项的基因检测,不仅有乐观基因、冒险基因、爆发力基因、高度近视基因,还包括早恋基因、网络成瘾基因、二手烟敏感基因……

  这位负责人告诉记者,检测报告的准确率可以达到99%以上。许多专家却对这样的检测表示担忧。“人类只有3万个左右的基因,比小小的线虫和果蝇多了不到两倍。但是人体却有极为复杂的机能。包括癌症、心血管疾病在内的大部分疾病,都是多种基因和环境共同作用的结果。”余细勇说,“在对某种疾病整体的发病机理没有搞清楚的前提下,只是检测少量基因就下结论说这个人可能会得这种复杂性疾病,我认为是不可信的。”

  相形之下,近几年另外一项流行的“儿童天赋检测”则更加接近“伪科学”。“如果说天赋是指个体智力在某一方面或某几方面的突出表现,那么可以肯定,它绝不是十几个或几十个基因所能够决定的,检测如此众多的相关基因,超出了目前国内相关检测机构的能力。” 首都师范大学教育科学学院心理学博士上官芳芳撰文表示。

  事实上,遗传与环境因素在人的生长发育过程中缺一不可。上官芳芳举例:“把刚出生的小鼠经常与母鼠分开,小鼠长大后精神会很紧张……不同的环境,会让我们体内的基因不定期地发生这种叫做‘表观遗传学’的变化。” 这似乎意味着:也许你在基因测试时显得很“平庸”,但这不意味着你无法在将来为自己创造一份“天赋”;而就算你被测试出拥有“天赋基因”,也很有可能,这种基因在你的身体里终其一生也没有办法被激活。

  遇见未来的自己

  然而,一旦技术完善,你可以清晰看见未来的自己,也意味着你可能知道你本不愿意知道的事情。

  2007年拿到人类第一份个人版的基因组图谱的沃森博士,就表示他不想分析一种叫做ApoE的基因,这种基因的某种类型将会导致阿尔茨海默氏病(早老性痴呆症),而他不想知道自己是否会患上这种疾病。

  对于大部分疾病而言,可以通过改善生活方式而减小罹患的概率,但有一些疾病,DNA上一个小小的异动,就可以决定我们命运的最终走向。其中最为“臭名昭著”的就是“亨廷顿舞蹈症”。这种病的患者会在某个时刻陷入神智失常的状态:智力下降、四肢震颤、幻听妄想……并且无法医治。患者会在经受15~25年病痛的折磨后死去。而这悲惨命运的始作俑者,只是因为他们的某个基因片段上,一个叫“CAG”的单词重复次数过多。在你的基因组里有10亿个3个字母组成的“词”,而这个词的重复次数,就决定了你是正常还是发疯。

  “你想知道你什么时候死吗?尤其是在你无能为力的时候。”事实证明,大多数的回答都是“否”。从1986年至今,亨廷顿舞蹈症的高危人群中,只有20%的人选择去做了相关的基因检测。

  类似由“基因决定命运”的疾病还有不少,比如血友病、唐氏综合症等等,它们的学术统称叫“单基因遗传病”。规避这些疾病最通常的办法是做产前检测,将生命扼杀在“萌芽”状态。而在2009年,一个“更好”的办法在英国诞生了,这种名为“胚胎植入前遗传学诊断(PGD)”的技术,是让母亲的卵子在体外受精,当受精卵发生分裂后,科学家提取一个或多个细胞进行活检,然后选择将没有“坏基因”的胚胎植入母体。

  也许有一天,所有婴儿在出生前先要经过一番“基因改造”,我们体内不会再有那些会致病的基因,甚至秃头、近视、肥胖这些不招人喜欢的基因也会被剔除,我们生来完美。然而,那样的世界果真完美吗?如果物理学家史蒂芬·霍金的妈妈也曾经做过这样的测试,患有肌萎缩脊髓侧索硬化症的霍金肯定会在胚胎时期就被筛选掉了,这个世界也会因此失去一名最伟大的科学家。

  “优化人种”是否合乎伦理,基因技术发展的尽头或者说底线在哪里……相关的问题正引发越来越多的讨论。而生命的底片,正一天比一天变得更加清晰……
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本栏目主要介绍基因工程方面,包括人类基因组计划、转基因、基因技术、基因预测:遇见未来的自己等。特别关注有关人与文化方面的研究。

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