時間：2022-05-09 05:41:49
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人類基因組計劃測定24條染色體。染色體是細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂時DNA存在的特定形式。細(xì)胞核內(nèi)，DNA緊密卷繞在稱為組蛋白的蛋白質(zhì)周圍并被包裝成一個線狀結(jié)構(gòu)。
基因（遺傳因子）是產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列?；蛑С种幕緲?gòu)造和性能。儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。環(huán)境和遺傳的互相依賴，演繹著生命的繁衍、細(xì)胞分裂和蛋白質(zhì)合成等重要生理過程。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
從人類基因組計劃到人類基因組單倍體型圖計劃。再到特定群體基因組單倍型體圖計劃。最后到個體化基因組計劃，基因組學(xué)的數(shù)據(jù)發(fā)展速度很快，效率也比兩年前增加了20倍。在1984年測定人的基因需要30億美元，在2004年尚需3000萬美元，而到了2006年僅需150萬美元。我們的目標(biāo)是在未來用1000美元測定一個人的基因組。
面對人類身上10萬個基因30億個堿基對，要真正破解人類生老病死的奧秘，并且找出它們各自所對應(yīng)的遺傳機理,這項浩大的工程才剛剛開始。
除了解碼基因，人類基因組計劃開始了另外一項工作，完成一個多人種相互對應(yīng)和比較的醫(yī)學(xué)遺傳草圖。這項計劃試著在全球選擇了380多位白人、黃種人、蒙古人種和黑人，并通過遺傳基因的彼此對照，比較這些不同種群在人類進(jìn)化過程中存在的不同結(jié)構(gòu)。
科學(xué)家們希望通過比較，了解這些人種結(jié)構(gòu)的不同能否對指導(dǎo)不同人種的生活方式和臨床用藥有所啟發(fā)。這項研究將從基因的層面，探究個體對糖尿病、腫瘤等疾病是否敏感以及個體患上某種疾病的幾率。
過去5年，科學(xué)家們一直試著解決這樣的問題，但在不同的人種之間，情況千差萬別。“相對于30多億的種群人口而言，我們僅僅選擇了四個種群中不多的人來做比較試驗，因此并不能完整地代表每個人種的基因組狀況?！币恢眳⑴c這項計劃的中國科學(xué)家汪建說，“因此，就目前我們的研究進(jìn)展情況看，還不能回答有多少因素是我們在出生前就被父母親的遺傳鎖定的?！?/p>
他認(rèn)為，人類基因組計劃要解決這個難題，需要對成千上萬的個體進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的社會調(diào)查和精確測算。
不過，就目前的研究來看，癌癥病人和精神疾病病人將成為基因研究最大和最先受益的人群。基因之父、DNA雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)者詹姆斯?沃森稱，腫瘤通常是DNA受損后，健康細(xì)胞產(chǎn)生缺陷并無限制分裂導(dǎo)致的，因此，通過解讀人類基因的遺傳機理，就可以知道病人或正常人有哪些基因發(fā)生了突變，從而選擇出最佳的防治方法。同樣，精神疾病防治也會因為基因技術(shù)的發(fā)展而取得質(zhì)的飛躍。
沃森表示，精神疾病有明顯的遺傳特征，人類基因圖譜繪制成功后，它將能以此為對照，幫助找到疾病發(fā)病的機理和基礎(chǔ)，從而做出有效的防范措施。
破解癌癥的密碼
在六國科學(xué)家的共同努力下，人類基因組的框架圖得以繪制完成，精細(xì)圖仍在不斷的完善之中。在此基礎(chǔ)上，美英兩國又啟動了癌癥基因組計劃。
國際人類基因組計劃總協(xié)調(diào)人弗朗西斯?柯林斯透露，癌癥基因組計劃總投資1億美元，作為一項前所未有的創(chuàng)新性研究計劃，這項研究在初期將主要針對腦癌、肺癌和卵巢癌三種疾病開展――這是美國發(fā)病率最高的癌癥疾病。
柯林斯說，這項計劃的規(guī)模、工作量和創(chuàng)新程度將會是人類基因組計劃的1000倍甚至10000倍。“因為人類基因組計劃只是對一位白人的基因進(jìn)行解碼，而該計劃在每種研究的癌癥中都會收集至少幾百個樣本，每個樣本都會被精細(xì)分析進(jìn)而找出致癌的真正原因?！边@位來自美國國立衛(wèi)生院國家人類基因組研究中心的主任說，目前他們已向中國發(fā)出正式邀請，并且相信“中國會成為癌癥基因組計劃的主要參與者與重要貢獻(xiàn)者”。
中方對此表現(xiàn)出了積極的態(tài)度。在中方的設(shè)計方案中，中國將與美國在兩個方面開展合作：一是延續(xù)美國已經(jīng)開展的研究項目。目前的研究表明，部分已發(fā)現(xiàn)的腫瘤的遺傳性變化確實具有人種特異性。二是針對美國尚未開展研究，而在中國發(fā)病率比較高、危害比較大的腫瘤。另外，中方還將研究腫瘤發(fā)生的共性問題。
中國目前還沒有明確對具體哪個腫瘤開展研究，但是研究對象至少要具備4個技術(shù)上的要求：發(fā)病率比較高、危害比較大、增長速度最快的腫瘤；具有一定中國特點，在中國發(fā)病率比較高的腫瘤；原來研究基礎(chǔ)比較好的腫瘤；以及確實能幫助闡明腫瘤的發(fā)生與發(fā)展機制、具有特殊臨床意義的腫瘤。
盡管到目前為止，癌癥基因組計劃尚未形成像人類基因組計劃那樣，有明確參與國家、每個國家承擔(dān)多少任務(wù)的具體計劃，但柯林斯堅定地表示，他們將像上次的人類基因組計劃合作一樣，將此次癌癥基因組計劃做成一個有國際影響力和關(guān)注度的國際項目。
10年內(nèi)個人可望擁有基因身份證
目前，可以進(jìn)行基因檢測的疾病涉及行為疾病、癌癥、結(jié)締組織疾病、內(nèi)分泌疾病、泌尿生殖系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病、生長發(fā)育疾病以及和血液、牙齒、眼睛、胃腸、心臟、肝臟等有關(guān)的疾病等。
近年來，在美、英等國，科學(xué)家嘗試將基因檢測方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，一些高校還設(shè)立了基因組醫(yī)學(xué)中心或者分子醫(yī)學(xué)實驗室。
事實上，人類基因組計劃啟動以來，對于醫(yī)學(xué)和科學(xué)專家尋找致病基因和探究致病的機理已開始起到關(guān)鍵性作用。1990年人類基因組計劃尚未啟動之時，人類僅僅發(fā)現(xiàn)了不到100種疾病。而到了2003年，這個數(shù)據(jù)一舉躍升到990種，而在隨后的短短3年半時間里，這個數(shù)量上升到了1292種。
但由于大部分人類基因是否和疾病有關(guān)尚是個未知數(shù)，目前的基因檢測仍然只是初步階段。
人類基因組約有30億個堿基對，雖然測序成本一直在下降，但是測定一個人的全基因組圖譜，成本仍然十分昂貴。雖然有了全人類的基因組圖譜，但是每個人的基因組仍有不同之處。
人們何時能有屬于自己的基因身份證？“如果把成本降到1萬美元，將來也許會有更多的人能擁有自己的個人基因組圖譜?！痹?8歲的諾貝爾獎獲得者沃森看來，繪制人類全基因圖譜成本降低到1000美元的“夢想”，估計要到十年以后才可能出現(xiàn)。
不過，在人類對基因益發(fā)了解的同時，基因研究也引發(fā)了許多問題，特別是極大影響了生物多樣性，而生物多樣性正是自然可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。另一方面，基因研究也引起了人們關(guān)于倫理和道德問題的大討論。
一直備受人關(guān)注的人類基因圖譜最近再次迎來了“喜訊”：由中、美、英等國共同發(fā)起的大型國際合作項目“千人基因組計劃”最新研究成果10月31日在《自然》在線發(fā)表。該協(xié)作組公布了1092個高分辨率人類基因組遺傳變異整合圖譜。
基因治療采取極為謹(jǐn)慎態(tài)度
“千人基因組計劃”從實施到現(xiàn)在，已經(jīng)整整5年時間。
不過在中國科學(xué)院基因研究所醫(yī)學(xué)博士甄二真看來，盡管在科學(xué)研究上，這樣的測序有著比較大的價值和意義，但是實際應(yīng)用到人類的健康和疾病治療，依舊還有很長的路要走。
“就算能夠?qū)?dǎo)致一些疾病發(fā)生的基因片段或者特定位置找出來，現(xiàn)在人類對它們實際上還是無能為力?！闭缍嬲f。
隨著基因科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)外的很多實驗室已經(jīng)可以通過敲除、關(guān)閉、替換具體基因片段或者特定位置的方式對老鼠等一些實驗動物進(jìn)行部分遺傳性疾病的治療實驗，但是，這樣的實驗?zāi)壳耙琅f停留在實驗室階段。
“基因領(lǐng)域中有很多東西對人類而言還十分陌生，盡管人類現(xiàn)在已經(jīng)了解到人體的一些基因片段或者特定位置的變異是某類疾病的緣由，但是將其敲除、關(guān)閉或者替換，會出現(xiàn)什么樣的結(jié)果，存在很大的不確定性。因此人類當(dāng)前實施這樣的手術(shù)在安全性上得不到充分的保證?！闭缍嬲f。
國家人類基因組南方研究中心研究員韓澤廣近些年來一直在基因方向上進(jìn)行肝癌的研究，但現(xiàn)在還沒有可靠的方法改造突變基因來治療癌癥。
韓澤廣說，因為倫理上的一些風(fēng)險和爭議，目前世界各國對于人類基因工程治病一直采取的都是一種極為審慎的態(tài)度。
基因治療存在炒作質(zhì)疑
人類基因組計劃從1990年正式啟動、先后共有美國、英國、法國、德國、日本和中國共6個國家的眾多科學(xué)家共同參與，其預(yù)算高達(dá)30億美元。但是，最近國內(nèi)外不少生物學(xué)家及醫(yī)學(xué)專家也都開始質(zhì)疑基因治療技術(shù)的炒作。
2000年，美國總統(tǒng)克林頓與美兩大人體基因研究組織的科學(xué)家在白宮聯(lián)合宣布：有史以來的第一個人類基因組草圖完成。
“利用這個新知，人類將獲得巨大利益。它能徹底改變我們對大多數(shù)疾病的診斷、預(yù)防和治療的方式?！笨肆诸D當(dāng)時如是說。另外他還預(yù)言，未來幾年人類通過基因手段有望治愈阿爾茨海默癥、帕金森氏癥、糖尿病和癌癥等。但是時至今日，這些疾病依舊還在嚴(yán)重威脅著人類的健康，人類基因圖譜的公布對這些疾病的治療并沒有發(fā)揮實質(zhì)性的作用。
廣州中醫(yī)藥大學(xué)教授曾慶平認(rèn)為，盡管現(xiàn)在高分辨率的人類基因組遺傳變異整合圖譜已經(jīng)公布，但是其在醫(yī)學(xué)上的價值人類依舊不能過于樂觀。
曾慶平說，如果將人類基因組計劃與千人基因組計劃作一個比較，那么可以說人類基因組計劃的完成是印刷了一部生命的“天書”，而千人基因組計劃的完成就是把這部“天書”重印或再版一次，只不過其間作過重大修改。形象地說，這些基因圖譜上的“基因序列恰如一本火星文小說，沒有幾個地球人能讀懂”，另外現(xiàn)在將基因變異通譯成疾病風(fēng)險的“字典”也還沒有完全編撰出來。
警惕“基因療法”騙局
甄二真說，這些年來，更為嚴(yán)重的是，一些人開始借著全球人類基因組計劃和千人基因組計劃研究成果對患者進(jìn)行忽悠和欺騙。
目前在國內(nèi)，有不少醫(yī)院都在利用“基因療法”或“基因工程”治病。有的醫(yī)院稱自己能進(jìn)行“基因療法”，能以最新的科技治療乙肝病人；有廣告稱，某醫(yī)療機構(gòu)從研究人體基因入手，根據(jù)破譯的人體糖尿病基因密碼，獨創(chuàng)了糖尿病“基因療法”，成功研制出某種新藥。甚至一些皮膚病醫(yī)院也都開始打著“基因療法”的招牌。
甄二真告訴記者，目前國內(nèi)所有的醫(yī)療機構(gòu)聲稱的“基因療法”及“基因工程”根本就不靠譜，他們有很多人甚至自己也不知道“基因工程”是怎么回事，所謂的“基因療法”也更不可靠。
“其實，現(xiàn)在進(jìn)行宣傳的大多是小型醫(yī)院和民營醫(yī)院。真正有實力的三甲醫(yī)院幾乎看不到這樣的宣傳?！闭缍嬲f目前在世界上，還沒有一個國家有過基因工程成功治病的案例，美國1999年曾經(jīng)臨床嘗試?yán)没虿僮鞯姆绞綄σ粋€囊腫性纖維化遺傳病患者進(jìn)行治療，但是在治療過程中，患者卻意外發(fā)生了死亡。
“現(xiàn)在國內(nèi)一些聲稱進(jìn)行基因治療的，他們的說法都比較模糊，只是患者不了解而已。” 甄二真說。
從兩年前提出“測序所有地球生命”的愿景，到BioGenomics2017大會上提出EBP的綱要，這一項目已徹底點燃生物學(xué)家們的熱情，將極大推動所有真核生物的研究――包括所有植物、動物、真菌以及如阿米巴蟲之類的單細(xì)胞生物。
EBP項目將首先集中完成約9 330個真核生物科級別代表性物種的基因組，從而獲得與人類參考基因組相當(dāng)或比人類參考基因組更好的參考基因組。接著，在14萬至20萬個真核生物屬中，對來自每個屬的一個物種進(jìn)行基因組草圖繪制。最后，對剩下的150萬個已知的真核生物物種的基因組進(jìn)行低覆蓋測序。這些精細(xì)度不同的基因組之間還能通過比較分析或進(jìn)一步測序，幫助科學(xué)家獲知更多的信息。
與其說Raymond McCauley是個生物學(xué)家，不如稱呼他為生物信息學(xué)科學(xué)家。而生物信息學(xué)就是利用應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和計算機科學(xué)的方法研究生物學(xué)的問題。
這位生物信息學(xué)科學(xué)家的研究成果頗豐，人類來源的臨床試驗，合成生物學(xué)殺毒平臺，長壽研究和DNA折紙都是他的研究成果，其中他個人最喜歡的還是長壽研究。
科技改變未來。Raymond McCauley曾這樣說過：“人一旦生病了，就會去醫(yī)院開藥。但如果從人出生就清楚個人基因組信息，那么將開啟預(yù)測性藥物模式，這樣的基因組監(jiān)測可以幫助預(yù)測從遺傳疾病到罕見疾病甚至癌癥，能幫助醫(yī)生對病人進(jìn)行個體化用藥。甚至不用等到人出生，通過檢測母親的外周血便可以得到嬰兒的各種基因信息?！?/p>
基因測序?qū)⒆哌M(jìn)普通百姓
他喜歡做這樣的比喻：在我們沖一個馬桶的同時，旁邊放一臺小型測序儀做上一些分析。McCauley認(rèn)為在2020年，人類基因組測序就會變得像只需花費1美分的沖馬桶過程一樣，不費吹灰之力。
如果人類基因組測序只需1美分，每個人都有能力進(jìn)行基因組測序，那么很多疾病是不是能夠及時得到預(yù)防呢？
人類基因組包含30億個堿基對，記錄了人類幾乎所有的遺傳信息，而搞清楚這些堿基的序列，無疑能讓人們對自身的認(rèn)識跨進(jìn)一大步。人類基因組計劃正是基于這個目的而設(shè)立的。然而，要完成這個目標(biāo)并不簡單。傳統(tǒng)的測序技術(shù)，需要摻入經(jīng)過標(biāo)記、能夠阻斷DNA鏈繼續(xù)延伸的人工核苷酸，然后以目標(biāo)DNA序列為模板合成，一系列末端為人工核苷酸的長短不同的DNA鏈。這些DNA鏈經(jīng)過電泳分離后，再經(jīng)過掃描和讀取，才能獲得序列的信息。
這一技術(shù)為基因組研究奠定了重要的基礎(chǔ)，它的發(fā)明者Frederick Sanger也因此獲得了諾貝爾獎，但它的效率還是太低了。而且在真正測序之前，科學(xué)家們還必須將生物體本來的DNA長鏈打斷成合適長度的片段，并一一封裝在細(xì)菌和酵母中保存。人類基因組計劃耗費了數(shù)十億美元和15年以上的時間，而這些資金與時間實際上有很大部分消耗在了對測序樣品的前處理上。
而高通量測序技術(shù)的出現(xiàn)，為測序領(lǐng)域帶來了革命性的變化。在高通量測序中，科學(xué)家們可以檢測到所添加的不同堿基所釋放的不同信號，從而在DNA鏈合成的同時讀出DNA序列。不僅如此，高通量測序能夠一次性讀取上億條DNA鏈延伸的數(shù)據(jù)，因此，雖然讀取的每條DNA鏈的長度不及傳統(tǒng)測序，但數(shù)量上的優(yōu)勢依然使得高通量測序的速度較傳統(tǒng)方法提高了數(shù)萬倍。由于前處理的簡化和速度的提高，測序的成本也大為下降――相比于人類基因組計劃，高通量測序只需要幾個月和數(shù)千美元，就能獲得質(zhì)量相當(dāng)?shù)臏y序數(shù)據(jù)。減少測序成本和測序時間，這正是McCauley研究高通量測序分析軟件的目的。
對于研究機構(gòu)來說，幾個月和數(shù)千美元的投入已經(jīng)完全可以承受，然而McCauley還希望能使DNA測序變得更加快捷和低廉。如果測序所需的時間可以減少到數(shù)天，成本可以低到1 000美元甚至100美元，那么人們就可以像接受普通體檢那樣來對自己的基因進(jìn)行檢測了。事實上，McCauley正在著力于研發(fā)和推廣更低成本和更快捷的測序技術(shù)。基于單分子DNA測序的所謂第三代超高通量測序技術(shù)，就是實現(xiàn)這一目的可能的突破口。
基因檢測將成為醫(yī)療的新方向
幾年前，Raymond McCauley曾供職的Illumina公司開發(fā)了一款面向消費者的基因檢測服務(wù)，而Illumina公司的員工可以花費249美元以取得部分序列。McCauley決定為自己和他的大家庭進(jìn)行檢測，兩個月后，他收到檢測結(jié)果。結(jié)果顯示，McCauley出現(xiàn)心臟病和糖尿病的機會高于一般人，同時他患上老年性黃斑變性（AMD）的可能性是一般人的四五倍。
Raymond McCauley很快發(fā)現(xiàn)病情，開始預(yù)防。他采取了一些可以降低AMD使他失明概率的措施，不吸煙，避免紫外線的照射。此外，他還考慮到了服用維生素來預(yù)防疾病。他通過基因研究來選擇維生素種類從而長壽。McCauley利用高科技使長壽成為可能。
讓人人都能測定自己的基因組序列，從而發(fā)現(xiàn)可能的基因異常以及健康風(fēng)險，這正是McCauley所期望達(dá)到的目標(biāo)――個性化測序和診療。不過，McCauley的雄心還不止于此。
測序本身得到的只是一串由四種堿基組成的數(shù)據(jù)序列，最多再加上極為有限的一些特殊DNA位點信息。然而，要想真正實現(xiàn)個性化的測序服務(wù)，還得讓消費者們了解這串字符背后究竟包含著怎樣的信息才行。而解讀測序信息，正是McCauley研究事業(yè)的另一方面。
McCauley一開始并不是生物專業(yè)出身，事實上，他最初學(xué)習(xí)的是計算機和電子工程專業(yè)。只不過在他大學(xué)期間，學(xué)獸醫(yī)的女友讓他對遺傳學(xué)產(chǎn)生興趣，進(jìn)而選修了生物學(xué)。畢業(yè)后，他先是做了一段程序員的工作，此后對事物的好奇心驅(qū)使他重新回到大學(xué)，學(xué)習(xí)生物化學(xué)和生物物理。當(dāng)時，剛剛啟動的人類基因組計劃吸引了他。McCauley意識到，這是一個極具前途的發(fā)展方向，于是他將自己的計算機和生物專業(yè)知識結(jié)合到了一起，開始進(jìn)行生物信息方面的研究和實踐。
利用計算機程序，可以自動快速地從DNA序列中篩選到一些和性狀相關(guān)的位點，并在二者間建立聯(lián)系――事實上，這正是McCauley在Qiagen公司所從事的工作。那時，他著眼于研究一些基因位點和癌癥的關(guān)系――因為不少癌變的發(fā)生，都與特定基因位點的變化有關(guān)。
人類腦計劃
2011年9月，在英國召開的一次科學(xué)會議上，美國哈佛大學(xué)分子遺傳學(xué)家喬治?丘奇和哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家拉斐爾?尤斯特的一份提議引起了廣泛關(guān)注。該提議內(nèi)容是：通過合作來開發(fā)一些新技術(shù)，用于追蹤人腦各個區(qū)域的活動，最終達(dá)到可以測量每一個神經(jīng)細(xì)胞活動的水平。此后，不少科學(xué)家開始宣傳這項提議，最終引起了美國政府的關(guān)注。
2013年初，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布，美國政府將“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”（簡稱“人類腦計劃”）。2013年9月，美國國家衛(wèi)生研究院宣布，在2014財年將重點資助9個人腦研究領(lǐng)域。這是美國推出人類腦計劃后，相關(guān)政府科研機構(gòu)首次公布具體研究與實施細(xì)節(jié)。美國采取“集中力量辦大事”的思路，吸納公立和私營的科研機構(gòu)共同參與人類腦計劃。多家聯(lián)邦公立機構(gòu)將為此計劃撥款。例如，美國國家科學(xué)基金會將提供2000萬美元，用于開發(fā)分子尺度的探測裝置，力爭能感知并記錄神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動，并通過“大數(shù)據(jù)”技術(shù)增進(jìn)對人腦思維、情感、記憶等活動的理解。
美國軍方也參與其中。美國國防部高級研究項目局計劃投入5000萬美元，著重開發(fā)一系列能捕捉、處理神經(jīng)元和染色體活動狀態(tài)的工具，建立相應(yīng)的信息處理系統(tǒng)和修復(fù)機制，以期在士兵遭遇應(yīng)激壓力、腦損傷、記憶損失等問題時協(xié)助診斷和治療。私營機構(gòu)中的一些相關(guān)研究項目也納入到人類腦計劃中，例如，艾倫腦科學(xué)研究所每年將提供6000多萬美元用于開展探索人腦活動的研究項目?；羧A德?休斯醫(yī)學(xué)研究所有一片研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的科技園區(qū)，每年將提供至少3000萬美元的資助。
雖然人類腦計劃目前由美國科學(xué)界主導(dǎo)，但是大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，這項研究不可能由美國“吃獨食”。就像人類基因組計劃當(dāng)時由美國科學(xué)家主導(dǎo)一樣，龐大而復(fù)雜的人類腦計劃最終還得靠中國、英國、日本、德國、加拿大等多國科學(xué)家合作完成。
人腦活動圖譜
在人類腦計劃中，一個核心的內(nèi)容就是繪制人腦活動圖譜（英文簡稱為BAM）?；蛟S不少人會誤解人腦活動圖譜就是人腦的三維圖像，其實描繪人腦的“外貌”并不困難。人腦活動圖譜中最困難的部分是“活動”，主要是“記錄每一個神經(jīng)環(huán)路中每一個神經(jīng)元的每一個鋒電位”。也就是說，要記錄每個腦部位中各個神經(jīng)細(xì)胞的活動情況。最終完成的人腦活動圖譜將展示人腦中每一個神經(jīng)細(xì)胞的活動模式，也會展示何種神經(jīng)纖維在何時放電，以及各種神經(jīng)活動是以何種方式同步發(fā)生的。
雖然人腦活動圖譜名為圖譜，但是它不是簡簡單單的一張圖畫，而是一個龐大數(shù)據(jù)庫的集合，其中展示了人腦中的各種生物電活動。就像人類基因組圖譜一樣，人腦活動圖譜也十分復(fù)雜而深奧，我們是難以看懂的，甚至一些腦科學(xué)家也看不懂，因為它其實是一些數(shù)據(jù)的圖示，得借助專門的電腦軟件才能“讀懂”。人腦活動圖譜相當(dāng)于一個標(biāo)準(zhǔn)，把我們的腦部活動和這個圖譜進(jìn)行對比，就知道我們的所思所想。
目前，科學(xué)家只能對人腦活動進(jìn)行粗略的測量。他們可以通過一些儀器對人腦廣闊區(qū)域的活動進(jìn)行探測，或者測量單個或小群的神經(jīng)細(xì)胞的活動。然而，這些儀器掃描人腦生成的是一些模糊的圖像，缺乏對細(xì)節(jié)的描繪。聚焦于單個或小群的神經(jīng)細(xì)胞，倒是能生成相對清晰一些的圖像，但是這些圖像用途不大，因為人類的思維活動是人腦多個區(qū)域共同合作的結(jié)果，涉及的神經(jīng)細(xì)胞至少有幾千個，復(fù)雜一點的思維活動則需要幾百萬個神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)纖維來完成。
正因為目前的人腦掃描方法存在局限性，科學(xué)家希望開發(fā)出新的方法來直觀地展現(xiàn)人腦的活動。這要求新型腦成像技術(shù)具有高時間、空間分辨率，并與電子探針、納米技術(shù)等密切結(jié)合。繪制人腦活動圖譜的方法與繪制人類基因組圖譜的方法有些類似，那就是從局部到整體。人類基因組是從單個基因開始，然后延續(xù)到一些基因片段，最后連接成整個人類基因組圖譜。同樣，繪制人腦活動圖譜得從神經(jīng)細(xì)胞開始，然后延續(xù)到功能區(qū)域，最后擴展到人腦乃至整個神經(jīng)系統(tǒng)。
盡管測繪人類人腦活動圖譜是一項更艱巨的任務(wù)，但這一巨大的挑戰(zhàn)是刺激新工具的研發(fā)以及跨學(xué)科的科學(xué)家通力協(xié)作所必需的。丘奇和尤斯特等人認(rèn)為，人腦活動圖譜相關(guān)技術(shù)的開發(fā)將分四個階段：第一階段，集中研發(fā)新影像工具，可以利用光去穿透腦組織，探測并操控細(xì)胞功能；第二階段，通過利用新一代的電子探針，同時監(jiān)測和操控大量的細(xì)胞；第三階段，利用最新的納米技術(shù)，對單個神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的活動進(jìn)行實時匯報；第四階段，利用人類基因組計劃的相關(guān)模式，建立數(shù)據(jù)分析和共享系統(tǒng)，多國科學(xué)家合作繪制出完整的人腦活動圖譜。
從動物到人類
由于科學(xué)和道德的原因，科學(xué)家開始將不會大規(guī)模進(jìn)行人腦活動圖譜的研究，而是從一些“模式動物”入手開發(fā)新技術(shù)，并積累相關(guān)研究經(jīng)驗。從科學(xué)的層面上來分析，任何科學(xué)研究都是循序漸進(jìn)的，一些低等動物的腦要比人腦簡單得多，它們的腦部活動圖譜相對容易獲得。從道德的層面來分析，新的腦部掃描技術(shù)可能存在一些潛在的危害，先對動物進(jìn)行實驗和觀察，就可以逐步改進(jìn)和完善相關(guān)技術(shù)，最終可以做到?jīng)]有危害或者危害十分微小，這樣應(yīng)用到人腦掃描時就沒有道德風(fēng)險了。
根據(jù)人類腦計劃的相關(guān)規(guī)劃，科學(xué)家在5年以后才能完成對秀麗隱桿線蟲腦部活動圖譜的繪制。秀麗隱桿線蟲是一種低等動物，它的腦部只有302個神經(jīng)細(xì)胞和大約7000個神經(jīng)節(jié)點。10年之后，科學(xué)家預(yù)期可以繪制擁有大約13萬個神經(jīng)細(xì)胞的果蠅的腦部活動圖譜。15年后，預(yù)計可以觀測更加復(fù)雜的斑馬魚的腦部活動，或老鼠腦部皮層中一些區(qū)域的活動。從這些規(guī)劃可以看出，人類腦計劃的研究任重而道遠(yuǎn)，20年內(nèi)是難以完成對人腦活動圖譜的繪制的。
為什么要研究腦部活動
在人類基因組計劃實施之前，曾有人認(rèn)為基因測序是白日夢，然而人類基因組圖譜最終繪制成功，令基因科學(xué)出現(xiàn)了革命性的進(jìn)步，也徹底讓反對者“閉嘴”了?？茖W(xué)家進(jìn)行腦科學(xué)研究，也是希望人類腦計劃能使神經(jīng)科學(xué)的技術(shù)發(fā)生變革，最終使人類對人腦功能的理解發(fā)生革命性變化。
一、從面到點，培養(yǎng)學(xué)生對生物知識的綜合理解能力
綜合科目考試首先強調(diào)的是學(xué)科內(nèi)綜合，在綜合復(fù)習(xí)中，教師通過各種途徑挖掘生物學(xué)各部分知識之間的相互聯(lián)系，建立節(jié)與節(jié)、節(jié)與章、章與章之間的知識網(wǎng)絡(luò)，形成完善和綜合的知識體系，這是學(xué)生形成生物學(xué)科內(nèi)綜合能力的關(guān)鍵，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的基礎(chǔ)。筆者認(rèn)為，在綜合復(fù)習(xí)中采用從面到點的方法有利于達(dá)到此目的。如在復(fù)習(xí)時可通過“細(xì)胞”“新陳代謝”“DNA”“染色體”等專題進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)，以此為面，引出各相關(guān)知識點。在復(fù)習(xí)中教師通過設(shè)疑、引導(dǎo)、提問、討論等方法，讓學(xué)生建立一套知識網(wǎng)絡(luò)，教師再予以完善，以此培養(yǎng)學(xué)生的分析、理解、綜合能力。如關(guān)于“染色體”可形成如下網(wǎng)絡(luò)：
運用這些知識圖解復(fù)習(xí)，可使學(xué)生理解和掌握高中生物教材各章節(jié)知識之間的縱橫聯(lián)系，對一個概念、原理從全面、系統(tǒng)、立體的角度認(rèn)知，避免知識之間的脫節(jié)現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生知識的遷移。
二、由內(nèi)到外，培養(yǎng)學(xué)生對生物知識的綜合應(yīng)用能力
高中生物要求學(xué)生“能應(yīng)用生物學(xué)基本知識分析和解決一些日常生活和社會發(fā)展中的有關(guān)現(xiàn)實問題，能夠關(guān)注生命科學(xué)發(fā)展中的重大熱點問題?！痹诟呖季C合復(fù)習(xí)中，由課本內(nèi)知識聯(lián)系解決課本外的知識，不僅可以鞏固生物學(xué)基本知識，更培養(yǎng)和提高了學(xué)生動用知識解決實際問題的綜合應(yīng)用能力，因此，要求師生多搜集與生物相關(guān)的社會熱點，以此為背景編制成習(xí)題，運用生物學(xué)知識解決。如關(guān)于人類基因組計劃可編制習(xí)題為：
人類基因組計劃（HGP）啟動于是1990年，由美、英、日、德和中國的科學(xué)家研究。2000年6月26日，六國科學(xué)家繪制出人類基因組框架。科學(xué)家對人類基因的面貌又有新的發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過初步測定和分析，人類基因組共有32億個堿基對，包含了大約3萬到4萬個蛋白編碼基因。研究還表明，人類蛋白質(zhì)有61%與果蠅同源，43%與線蟲同源，46%與酵母同源。人類17號染色體上的全部基因幾乎都可以在小鼠11號染色體上找到。
根據(jù)以上材料回答以下問題：
（1）人類基因組計劃需要測定人類 條染色體上堿基的排列順序，它們分別是 。
（2）人類基因共有32億個堿基對，其堿基對的形成遵循堿基互補配對原則，具體講是指 。
（3）人類、線蟲、酵母等生物有共同的基因，說明這些生物在進(jìn)化上具有 。
（4）人類基因組蘊藏有人類生、老、病、死的絕大數(shù)遺傳信息，破譯它將對疾病的診斷 等具有重要意義。
由此可知，應(yīng)用生物學(xué)基本知識分析和解決一些日常生活和社會發(fā)展中的關(guān)知問題，關(guān)注生命科學(xué)發(fā)展中的熱點問題，不僅彌補現(xiàn)行教材的不足，還能體現(xiàn)高考時代感和先進(jìn)性，是高考試題的熱點，因此，在綜合復(fù)習(xí)中一定要予以重視。
DNA元件百科全書
伊薩克·牛頓早就說過，自然不行徒勞之舉，少已夠用，多則何益。既然人類約有30萬個基因，它們肯定是“天生我才必有用”，否則就不會在進(jìn)化中占據(jù)人類遺傳信息如此大的空間。
于是，在2003年人類基因組計劃全部完成之際，研究人員也啟動了另一項為DNA撰寫百科全書的艱巨任務(wù)，探索那些大量的沒有功能的基因到底有什么作用。這個計劃稱為ENCODE，意為DNA元件百科全書，也就是探明人類基因組中的DNA每個元件的功能。正如參與ENCODE項目的英國桑格研究所研究人員珍妮弗·哈羅所說，如果說人類基因組計劃提供了一張地圖，那么ENCODE計劃就是在這張地圖上標(biāo)出了各個基因的功能信息。
這個計劃的參與者包括美國、英國、西班牙等5個國家的32個實驗室的442位科學(xué)家，他們獲得并分析了超過15兆兆字節(jié)（15萬億字節(jié)）的原始數(shù)據(jù)，目前研究人員已經(jīng)在《自然》雜志發(fā)表6篇文章，在《科學(xué)》雜志發(fā)表2篇文章，在《基因組研究》雜志發(fā)表18篇文章和在《基因組生物學(xué)》雜志發(fā)表6篇文章，全面公開了ENCODE計劃的內(nèi)容?？茖W(xué)家對147個組織類型進(jìn)行了分析，以確定哪些特定的基因能開啟和關(guān)閉，以及不同類型細(xì)胞之間的基因“開關(guān)”存在什么差異。
研究人員認(rèn)為，過去所稱的垃圾DNA（基因）實際上是一個龐大的控制面板，這個控制面板至少包含有400萬個基因的開關(guān)，在這個控制面板上可以調(diào)控數(shù)以百萬計基因的活性。如果沒有這些開關(guān)調(diào)控，基因?qū)⒉荒苷９ぷ?，這些區(qū)域的基因也許就會導(dǎo)致人類患病。因此，人類基因組的基因至少80%以上都是有功能的。
“垃圾”DNA是如何起作用的？
研究人員早就發(fā)現(xiàn)，具有共同的基因未必會產(chǎn)生相同的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，關(guān)鍵在于基因能否被激活或激活的程度是強還是弱。例如，同卵雙生的孿生子具有完全相同的基因組，但是他們即使在同樣的生活環(huán)境下也會表現(xiàn)出不同的性格，這是因為他們的基因活性并不相同，同樣的基因，有些基因活性大，有些活性小。而基因活性的大小則由另外一些基因開關(guān)來控制，這些基因開關(guān)在過去就被視為是“垃圾”基因。
那么，“垃圾”基因是如何發(fā)揮作用的呢？研究發(fā)現(xiàn)，人類基因組中大約一半的DNA由重復(fù)性基因片段構(gòu)成，其中包括轉(zhuǎn)座子，它能換位到基因組內(nèi)的不同位置，同時還有反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，可被轉(zhuǎn)錄進(jìn)核糖核酸（RNA），之后被重整入基因組DNA。
人類基因組中最常見的重復(fù)序列是Alu，由于這種DNA序列中有限制性內(nèi)切核酸酶AluⅠ的識別序列AGCT，所以稱為Alu重復(fù)序列。Alu重復(fù)序列也是反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，它擁有超過100萬個拷貝，占據(jù)了人類基因組的大約10%。
美國愛荷華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，過去認(rèn)為無用的重復(fù)性Alu序列其實是新的外顯子的主要來源。外顯子是真核生物基因的一部分，它在剪接后仍會被保存下來，并可在蛋白質(zhì)生物合成過程中表達(dá)為蛋白質(zhì)，而且外顯子是最后出現(xiàn)在成熟RNA中的基因序列，又稱表達(dá)序列。所以，外顯子也就是功能基因或者能調(diào)控基因表達(dá)的特殊基因。
Alu是靈長類動物特異性的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，它可以制造外顯子，這些外顯子可能有助于形成靈長類動物的獨特特性。研究人員使用擁有將近600萬個探針的高密度外顯子微矩陣技術(shù)，用以監(jiān)測人類所有外顯子的表達(dá)模式。對所得數(shù)據(jù)分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)，11個人類組織中330個外顯子是來源于Alu序列。
例如，人類的一種基因SEPN1與肌肉營養(yǎng)失調(diào)有關(guān)。對比來自黑猩猩和短尾猿組織的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，一個來源于Alu的肌肉特異性外顯子是在人類和黑猩猩進(jìn)化分離后產(chǎn)生的，這個外顯子只在人類肌肉中高水平表達(dá)，但在任何其他人類組織或非人類靈長類動物組織中均不表達(dá)，因而才使人類患肌營養(yǎng)不良疾病。
讓功能基因沉默或表達(dá)
有時候，“垃圾”基因的功能更重要，因為它們是調(diào)控功能基因的基因，它們可以讓一些功能基因沉默，也可以讓一些功能基因具有很高的活性，進(jìn)行充分表達(dá)，從而產(chǎn)生功能蛋白質(zhì)?；虻恼{(diào)控手段有一種比較特殊的方式，即對功能基因進(jìn)行甲基化，如此可以讓一些功能基因沉默。相反，如果不對功能基因進(jìn)行甲基化，就有可能讓功能基因獲得表達(dá)，產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。
有一種叫柳穿魚的花卉，大多是對稱的白色花瓣，還有小部分呈現(xiàn)為黃色五角星。一般人面對白色花瓣和黃色五角星的花時，會以為這是兩種不同的花卉，但實際上它們是同一種花卉，它們的基因是一模一樣的。之所以表現(xiàn)為不同顏色和形狀的花卉，不是因為它們的基因不同，而是因為在基因調(diào)控中有一些基因被甲基化，這些甲基化的基因就會沉默，不再表達(dá)，花朵就變成對稱的白色花瓣。而基因沒有甲基化時，這種基因就有活性，它所編碼的花的顏色和形狀也不同，成為黃色五角星花卉。
同時，研究人員發(fā)現(xiàn)了大量的由垃圾基因?qū)δ芑蜻M(jìn)行甲基化的調(diào)控?；虻募谆址QDNA甲基化，是一種對基因的修飾途徑。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。
DNA甲基化主要形成5－甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的7－甲基鳥嘌呤（7-mG），而DNA的甲基化可引起基因的失活，即沉默。
RNA也像DNA一樣攜帶著遺傳信息，研究人員最近發(fā)現(xiàn)，信使RNA(mRNA)并非像過去那樣被生物學(xué)家認(rèn)為是DNA和蛋白質(zhì)之間的簡單中介，它也會通過腺嘌呤加甲基的方式而被化學(xué)性修飾。過去認(rèn)為，mRNA只含4種核苷堿基。但是，新的發(fā)現(xiàn)表明，N6-甲基腺苷(m6A)是mRNA的第五種堿基，它遍布轉(zhuǎn)錄子中。20%的人類mRNA可被常規(guī)地甲基化，5000多個不同的mRNA分子均含有N6-甲基腺苷，這意味著這種修飾可能廣泛地影響著基因如何表達(dá)。
愛國主義是人們對祖國忠誠和熱愛的思想,以及為她的獨立和富強而頑強奮斗甚至英勇獻(xiàn)身的強大精神力量。列寧說:“愛國主義就是千百年來鞏固起來的對自己祖國的一種最深厚的感情。”愛國主義教育的重點是廣大青少年。《醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)》是中等衛(wèi)生職業(yè)教育助產(chǎn)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程。筆者在授課過程中,除了教授學(xué)生醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基本知識外,還結(jié)合課程,不時機地進(jìn)行愛國主義教育,培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的愛國主義情感,提高他們的愛國主義覺悟,從而使他們樹立正確的人生觀和價值觀。
1.關(guān)注我國遺傳學(xué)方面的成就,激發(fā)愛國熱情
在教學(xué)設(shè)計中,筆者有意識地穿國在遺傳學(xué)方面取得的成就,使學(xué)生了解我國科學(xué)家在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)研究中作出的重大貢獻(xiàn),激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。例如在講到我國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的發(fā)展史時,筆者介紹我國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的實驗研究工作開始于20世紀(jì)60年代。60年代初期,項維、吳等科學(xué)家首先報告了中國人的染色體組型,標(biāo)志著我國人類細(xì)胞遺傳學(xué)的開始;上海第九人民醫(yī)院對血紅蛋白病的研究,以及中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院和中山醫(yī)科大學(xué)對紅細(xì)胞葡萄糖6-磷酸脫氫酶缺乏癥開展了實驗性研究,標(biāo)志著我國生化遺傳學(xué)的開始;哈爾濱醫(yī)科大學(xué)有關(guān)PTC嘗味能力的調(diào)查標(biāo)志著我國群體遺傳學(xué)的萌芽。20世紀(jì)80年代后期,我國的細(xì)胞遺傳學(xué)的研究更為深入,引進(jìn)了先進(jìn)的高分辨顯帶技術(shù)、顯微切割及微克隆技術(shù),探針技術(shù)、PCR技術(shù)被迅速應(yīng)用于遺傳病的研究,標(biāo)志著分子細(xì)胞遺傳學(xué)的興起。近些年來,我國在分子代謝病的突變性質(zhì)、癌基因和腫瘤抑制基因的研究、分子生物技術(shù)的應(yīng)用、產(chǎn)前基因診斷及基因治療等方面都獲得了可喜的成果。1999年9月中國加入人類基因組計劃并承擔(dān)了1%的測序任務(wù)。2000年中國與其他擔(dān)任人類基因組計劃的美、英、日、法、德等國家?guī)缀跬瑫r宣布各自承擔(dān)的人類基因組工作草圖繪制成功。這些事例表現(xiàn)了中華民族的聰明智慧,使學(xué)生深信我國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的發(fā)展必將迅速趕上世界先進(jìn)水平,從而增強了學(xué)生的民族自尊心和自信心,激發(fā)了學(xué)生的愛國熱情。
2.肯定優(yōu)勢,正視差距,進(jìn)行中國國情教育
國情教育既要激發(fā)學(xué)生的榮譽感,又要增強學(xué)生的危機感。在向?qū)W生介紹我國遺傳學(xué)方面的成就時,教師應(yīng)結(jié)合實際,肯定我國存在的優(yōu)勢,但也要向?qū)W生實事求是地講清與西方發(fā)達(dá)國家存在的差距,增強學(xué)生的時代使命感和社會責(zé)任感,鼓勵學(xué)生更好地發(fā)揚艱苦奮斗、勤儉建國的創(chuàng)業(yè)精神。例如講到“人類基因組計劃”時,筆者除了向?qū)W生介紹人類基因組計劃的具體內(nèi)容外,還告知學(xué)生人類基因組計劃是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)科學(xué)最前沿的領(lǐng)域,可與曼哈頓原子彈計劃、阿波羅登月計劃媲美,我國于1993年也加入了該項目研究工作,為人類了解自身全部遺傳信息作出了貢獻(xiàn)。但是,在對人類30億堿基對的測序任務(wù)中,我國只承擔(dān)人類基因組1%的測序任務(wù),我國和世界科技水平之間存在著差距。這激發(fā)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、頑強拼搏的精神,受到愛國主義思想的熏陶。
3.結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,進(jìn)行法制教育
《醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)》中有許多內(nèi)容和我國《婚姻法》有著密切聯(lián)系。比如說,《婚姻法》第七條規(guī)定:“有下列情形之一的,禁止結(jié)婚:(一)直系血親和三代以內(nèi)的旁系血親;(二)患有醫(yī)學(xué)上認(rèn)定不應(yīng)當(dāng)結(jié)婚的疾病?！痹谥v授“遺傳病的診斷、防治與遺傳咨詢”這一章時,筆者援引《紅樓夢》中寶玉和黛玉的愛情、寶玉和寶釵的婚姻故事,讓學(xué)生設(shè)想:“在現(xiàn)代,按照《婚姻法》,寶玉能否和黛玉或者寶釵結(jié)婚?寶玉和寶釵結(jié)了婚,兩人生出有遺傳病或先天缺陷的子女的機率會如何?”這引起了學(xué)生熱烈的爭執(zhí)和討論,使學(xué)生更深刻地理解了國家法律禁止近親結(jié)婚的依據(jù),就是因為近親婚配會導(dǎo)致隱性遺傳病的出生率和生出遺傳性缺陷、先天性畸形和流產(chǎn)、死產(chǎn)的幾率比一般群體要高得多。所以,避免近親結(jié)婚是一種防治遺傳病的有效手段。
在我校,大多數(shù)學(xué)生來自農(nóng)村家庭,而農(nóng)村群眾由于普遍受教育程度較低,法制觀念淡薄。曾經(jīng)就有學(xué)生問:“老師,在我家村子有一家人,養(yǎng)有一個重度智力低下的兒子,可他爸媽去年幫他討了一門媳婦,說要沖喜傳后,這樣對嗎?”筆者在課堂上就舉了這個例子,告訴學(xué)生這對夫婦的做法非常錯誤,他們兒子的婚姻也是不合法的。重度智力低下,如先天愚型患者,本身就缺乏生活能力,需要他人長期照顧,且大多數(shù)患者無生育能力,并不能“傳后”,少數(shù)患者有生育能力,但將疾病傳給后代的風(fēng)險較高,這樣的婚配嚴(yán)重違反了《婚姻法》,對家庭和社會的危害非常大。通過課堂知識與法制教育的結(jié)合,學(xué)生提高了法律意識,并直接影響到自己今后的生活和工作。
Why Map a Human
——Impact of Human Genome Project on Human Society & 10th Anniversary Celebration of HGP
Abstract：The Human Genome Project (HGP) has made great progress in ten years.HGP is producing a information that will illuminate secret of life.The effort could revolutionize medical science.But new dangers are arriving，too.Confronted with the dilemmas posed by new technology related to gene tests，pharmacogenomics and gene therapy，human need to make efforts to study and resolve ethical，legal and social quandaries.HGP will demand more guidance when technical gains are applied into human society.
Key Words：HGP;gene test;pharmacogenomics;gene theraphy
人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)自1990年正式啟動，至今已走過了10個春秋。這項跨世紀(jì)工程剛剛走過了它的第一個里程碑：第22號人類染色體被全部破譯!1999年12月2日出版的《Nature》雜志上發(fā)表了該染色體的完整基因序列［1］。這是迄今為止被完全破譯的第一條人類染色體。雖然其基因圖譜中含有一些小的空白點，但它仍然是一項了不起的成就。這項成果的取得足以使科學(xué)家們保持興奮的目光看到完整的人類基因組序列將在今年初步確定，這個完整的基因圖譜將含有關(guān)于人體每個基因及這些基因的蛋白產(chǎn)物的全部信息。屆時，《Nature》雜志若要發(fā)表完整基因圖譜，大約需要59萬頁的篇幅。今天，HGP已提供了數(shù)萬個基因供研究。任何對目前基因數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真思考的人，都會感到束手無策；即便是遺傳學(xué)家，面對包容在DNA中浩如煙海的遺傳信息甚至也會覺得無所適從。
基于同樣的原因，即使是在HGP取得巨大成果的今天，仍然不妨礙我們發(fā)出基因作圖為哪般的疑問和感慨。的確，究竟為什么要對人類作圖?將大量的資源用于得到一本浩瀚的90%以上為意義不明確的非編碼序列的“天書”是否值得?對于人類社會而言，科學(xué)家說基因圖譜將能告訴每個人，你從哪里來?你為什么是你?而與人們的利害直接相關(guān)的是，我們到底在尋找什么?這種尋找對于我們的生活意義何在?
很顯然，就DNA序列信息本身講，它幾乎不能給我們提供特定基因功能的確定信息，更不能回答上述問題。早期的人類基因組計劃倡導(dǎo)者把該計劃描繪為醫(yī)學(xué)萬能藥。這種夸張對吸引人們的注意力以及獲得項目資助是重要的［2］。但是現(xiàn)在我們必須面對現(xiàn)實。基因包含的巨大信息確實有改革醫(yī)學(xué)的潛力，但獲得基因信息的同時也就打開了包含各種倫理問題在內(nèi)的潘多拉魔盒，這意味著遺傳信息的實現(xiàn)從來都不是一帆風(fēng)順的。我們需要培養(yǎng)新一代的科學(xué)家，用完全不同的角度去充分開發(fā)已得到的信息資源，從而闡釋生命的奧秘。
1 人類基因檢查的困惑
當(dāng)越來越多的人類遺傳基因被闡明了的時候，想要知道它對人意味著什么的壓力也增加了。直接的問題是，這個嬰兒患有遺傳性疾病嗎?那位少年帶有致病基因嗎?一個成年人帶有與糖尿病或者其它疾病有關(guān)的DNA嗎?10年前，HGP的始動因素就是要解決包括腫瘤在內(nèi)的人類疾病的分子遺傳學(xué)問題。6 000多種單基因遺傳病和多種大面積危害人群健康的多基因疾病的致病基因和相關(guān)基因，代表了所有人類基因中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的那一部分。因此，疾病基因的克隆在HGP各種競爭中居于核心的位置，也是HGP啟動10年來在社會上顯示度最大的成就［3］。而人們更關(guān)心的是醫(yī)生該怎樣才能從他的DNA中檢查出其罹患癌癥、心臟病及老年癡呆癥的可能性，以便消除它們的致命影響?
基因檢查正嘗試對更多的這樣的問題提供答案。毫無疑問，基因檢查將是與人類社會密切相關(guān)的醫(yī)療診斷中獲得最為迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。事實上，目前全世界每年都有數(shù)十萬胎兒接受像羊水檢查和絨毛膜抽樣檢查這樣一類的技術(shù)檢查。人工流產(chǎn)已經(jīng)作為一種事實的方法來避免出生有可能帶有遺傳疾病的嬰兒。同時這類檢查并非只適用于未出生的胎兒，因為其中有許多方法也可以用來比較正確地檢查兒童和成人疾病。顯然，在今后數(shù)年里，隨著人類23對染色體的完全解密，基因檢查的次數(shù)將成倍地增長。
同樣正確的是，科學(xué)家對人類染色體了解得越多，他們越加意識到疾病的遺傳學(xué)比預(yù)期的要復(fù)雜得多，即使是那些所謂一目了然的疾病(單基因病)其易變性也超過了人們的想象。人類所有疾病中只有少數(shù)是由于單基因的缺損引起的。大多數(shù)比較復(fù)雜的疾病涉及許多只對人的易感性起推動作用的基因。這些疾病是由非單一基因的功能缺陷引起的。在任何相關(guān)基因上的DNA變異都可能導(dǎo)致一種疾病的表現(xiàn)型。一些基因的變異甚至只是對另一個基因的致病等位基因的補償。更為重要的是：疾病的發(fā)生常常是基因的多種功能和這些功能的相互作用造成的；而人類生活的極其多樣的環(huán)境，如我們吃的食物、呼吸的空氣，我們接觸的化學(xué)物質(zhì)以及我們得到的醫(yī)療照顧等也同樣影響基因的表達(dá)。
因此，在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)家嘗試運用基因檢查來預(yù)測病人的健康狀況的努力中，一個不可忽視的現(xiàn)象是，在某些情況下，這些預(yù)測是極為準(zhǔn)確的；但另一些情況下，測出的DNA變異與疾病的可能性之間并無密切聯(lián)系。那么，我們應(yīng)該如何正確對待基因檢查所取得的信息?我們既可以利用這些信息來評估疾病發(fā)生的可能性，從而通過積極的飲食或行為改變來減少對某些普遍而復(fù)雜的疾病(如癌癥、高血壓)有遺傳傾向的人們的患病危險。另一方面，這些信息也將可能導(dǎo)致人們的醫(yī)療保險增加，就業(yè)困難、愛情婚姻家庭發(fā)生問題等。作為遺傳學(xué)研究的結(jié)果影響社會、經(jīng)濟生活的典型事例，目前在一些國家，如英國、美國已通過立法規(guī)定，個人的DNA檢查數(shù)據(jù)不能作為保險和就業(yè)的依據(jù)［2］。
雖然基因檢查的迅速發(fā)展已經(jīng)提出了許多不容易解決的倫理上、法律上、社會學(xué)上以及科學(xué)上的許多難題，但就像其它數(shù)百萬健康的兒童和成人所證明的，基因檢查能夠無法估量地改善個人、乃至整個家庭的生命質(zhì)量。對基因檢查將能帶來的好處無動于衷是一種不道德的怯懦的行為，但是為了明智地使用這種技術(shù)，需要制定深謀遠(yuǎn)慮的社會和法律的政策。對遺傳變異的關(guān)注及其它人類基因組序列的應(yīng)用，我們必須提前預(yù)測、考慮和解決此類倫理學(xué)、法律和社會問題。
2 藥物基因組學(xué)的承諾
DNA信息除了給疾病診斷帶來的改善外，另一個很可能從HGP中較早獲益的是改進(jìn)在現(xiàn)有疾病治療方法中進(jìn)行藥物選擇的方法。盡管都知道個體對藥物的代謝存在差異，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實踐采取的仍是以某一標(biāo)準(zhǔn)體重作為給藥劑量的依據(jù)。而且許多疾病不僅是通過治療進(jìn)行診斷，更為不幸的是，往往在找到正確的藥物之前，你可能已經(jīng)花了4～6個星期去試驗了其他4種不同的藥，忍受了難耐的治療過程和藥物副作用。
不久的將來，理想的場景是當(dāng)你在醫(yī)院看病時，在醫(yī)生給你開出處方前要做一件事，即從你頭上拔下一根頭發(fā)，做個DNA檢測來看看什么藥對你最恰當(dāng)，從而不久你就能用上適合其本人基因組成的藥品。這就是HGP的分支之一——藥物基因組學(xué)的承諾［4］。這門新興的科學(xué)，旨在從基因水平準(zhǔn)確地闡述某些藥物為什么有些人可獲得理想效果，而另一些人則否。
人體疾病都是起因于細(xì)胞內(nèi)正常代謝途徑發(fā)生改變，代謝途徑是有基因決定的。因此，不論是器質(zhì)性病變還是功能性疾病無不與基因密切相關(guān)。從這個意義上說，藥物設(shè)計應(yīng)該建立在基因組信息的基礎(chǔ)之上。科學(xué)家希望運用基因組信息來指導(dǎo)設(shè)計針對個人的藥物預(yù)防計劃并研制切合特殊患者基因構(gòu)造的藥品，從而避免毒害副作用產(chǎn)生。此外，DNA信息將幫助科學(xué)家們改變傳統(tǒng)的從動物到臨床的藥物試驗?zāi)Ｊ?，從而可以大大減少藥物試驗的花費。由于臨床用藥的療效與個體的遺傳因素相關(guān)，對于在特定人群中具有卓越療效的藥物，涉及藥物反應(yīng)的用以鑒定基因差別的DNA序列分析，將有助于確定藥物對小部分人群是否好。在這種情況下，藥物使用前先進(jìn)行DNA診斷將是可行的。誘人的一點是，由于改進(jìn)的臨床實驗，將使更多、更有效、更便宜的藥物出現(xiàn)［2］。美國人類基因組研究所所長Francis S.Colin預(yù)言道：藥物基因組學(xué)將是下一代醫(yī)學(xué)革命的一部分；用藥個體化是其中的一項目標(biāo)；很快，醫(yī)生們將常規(guī)給病人做基因檢測，以確保開給病人的藥品實際上對該病人是最恰當(dāng)?shù)模?］。相對于基因治療，藥物基因組學(xué)的承諾可能更為實際或?qū)崿F(xiàn)的更早一些。
3 基因治療的前景
HGP之所以展開，是因為它似乎能夠帶來最大的希望，使人類最終不僅能治愈長期已知的遺傳性疾病，而且能夠治愈與基因有著更為神秘聯(lián)系的其他疾病(包括癌癥)?；蛟S以后人類再不必?fù)?dān)憂罹患癌癥、AIDS和心臟病之類的致命疾病，因為它們都可以輕而易舉地扎上幾針就可以預(yù)防和終身受益了?；蛑委煹淖罱K目的就是實現(xiàn)這些帶有科學(xué)與科幻色彩的奇跡，從而被喻為醫(yī)學(xué)史上的第四次革命。近年來，基因療法涉足范圍已超出遺傳性失常疾病并進(jìn)入后天獲得性疾病中。實際上如今80%的臨床測試都集中在癌癥和AIDS上，致使基因療法應(yīng)用潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相對較少的遺傳性疾?。?］。隨著HGP繼續(xù)查明更多基因及其功能，基因療法涉足疾病的種類將不斷增加。
當(dāng)前的問題是：人類將面臨體細(xì)胞基因治療和胚系細(xì)胞基因治療的選擇［2］。體細(xì)胞基因治療將基因像藥物一樣的使用，其目的是將基因定向?qū)胫虏〖?xì)胞以便替代或代償這種致病缺陷。初步臨床研究表明這種治療方法是有前途的。這種基因治療效用的發(fā)揮、副作用以及花費的多少，是決定是否使用基因或基因產(chǎn)物的主要因素，這不牽涉道德和法律問題?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的傾向是人們已不滿足只在體細(xì)胞上對致病基因的修修補補，科學(xué)家認(rèn)為在生殖細(xì)胞水平采用胚系遺傳工程(germ-line enginerring)進(jìn)行基因治療，將誕生完美無缺的人類［7］。與體細(xì)胞基因治療情況完全不同，胚系細(xì)胞基因治療的目的是以遺傳的形式改變個體的全身的每個細(xì)胞。這種對生殖細(xì)胞的遺傳修飾將會改變受術(shù)者及其子孫后代的DNA。在技術(shù)上，我們已經(jīng)能夠擁有轉(zhuǎn)基因動物，至于轉(zhuǎn)基因植物或食品早已成為我們生活的一部分。而胚系遺傳工程產(chǎn)生的轉(zhuǎn)基因人，在不久的將來或許比所謂的克隆人更易實現(xiàn)，也是更具意義的實踐。因此許多科學(xué)家對應(yīng)用于人類的胚系細(xì)胞基因治療躍躍欲試。然而在轉(zhuǎn)基因小鼠中，我們能夠隨意增加或者破壞幾乎任何一個基因，而且可以不考慮使用限制。相反，嘗試在人類應(yīng)用則應(yīng)該慎重。鑒于生殖細(xì)胞療法會永遠(yuǎn)改變?nèi)说幕驇?，它是否?yīng)該受到鼓勵或?qū)捤”仨毴Q于生命的質(zhì)量和道德因素［2］。
討論基因療法的前景和問題，如果不涉及倫理上的影響，那是不完整的。尤其是當(dāng)我們開始改變生殖細(xì)胞時，這個狀況將會變得更危險。遺傳成分方面的錯誤可能給后代帶來許多問題。不久，人類或許將面臨更困難的決定，我們已經(jīng)具有了改變我們?nèi)祟惢蚪Y(jié)構(gòu)的能力，我們將能設(shè)計我們的子孫后代。另一方面，遺傳學(xué)知識告訴我們，遺傳變異對物種是一種有意義的資源。在物種水平上的進(jìn)化發(fā)生是保證適者生存。隨著我們對基因調(diào)節(jié)人體功能的機制的了解更加深刻而廣泛，我們?nèi)祟愒摳鶕?jù)怎樣的標(biāo)準(zhǔn)去選擇有利于我們自己的性狀，而對于諸如身材矮小、白化病、耳聾、活動過度和好攻擊等所謂不利的性狀是一律剔除(Knock-out)呢，還是容許這種個體差異的多樣性存在?然而，誰會拒絕提高智力的遺傳工程的誘惑呢?人類已成為地球上的主宰物種。我們已經(jīng)控制了我們未來發(fā)展的大多數(shù)方面，現(xiàn)在我們正渴望通過遺傳控制去掌握自己的進(jìn)化，或許，自然界的下一步進(jìn)化是在一個物種最終獲得了這種能力的時候。美國加州大學(xué)生物物理學(xué)和社會學(xué)家斯托克對此評價道：“進(jìn)化正被技術(shù)所替代，人類正變向有意識的設(shè)計對象?！保?］福兮?禍兮?這是一個問題。
我們的社會已跨入盲目發(fā)展核能的時代，但我們不能盲目地跨入遺傳工程的時代。正如我們在基因療法方面所得到好處那樣，我們必須記住基因療法帶來的危險并保持警惕。這種把醫(yī)療技術(shù)的焦點縮到分子水平的理論和方法正在不斷地給醫(yī)學(xué)革命注入動力，也正是這種理論和方法使我們不得不面臨最為嚴(yán)峻的倫理學(xué)難題。我們必須確定，我們要在何種程度上設(shè)計我們的子孫后代。我們是否有權(quán)利未經(jīng)過后代的允許(實際上也不可能得到這種允許)就改變他們的基因?在設(shè)法解決這一問題的過程中，我們將面臨人類的可塑性與可完善性等問題。
4 展望：迎接后基因組時代的到來
DNA雙螺旋理論第一次讓人類意識到，千姿百態(tài)的生命原來是由這么兩條歪歪扭扭的東西所決定的。生命是如此簡單以至于我們錯誤地認(rèn)為只要將這兩條螺旋搞清楚，就可以掌握人類自身的一切。很幸運的是大多數(shù)科學(xué)家對此已開始有了清醒的認(rèn)識。HGP的完成離解開生命的奧秘仍然有漫長的路要走，這條道路的名稱是后基因組時代。不論這條道路有多漫長，一件事已經(jīng)達(dá)成共識，隨著人類基因組計劃的即將完成，真正有意義的探索將不來自序列而是來自對基因怎樣被調(diào)控的解答。
無論如何，要HGP對諸如胚系基因治療等倫理道德困境負(fù)責(zé)是不公平的。這些問題在計劃實施前就已初現(xiàn)端倪，甚至從遺傳學(xué)應(yīng)用于人類時就意味著潘多拉魔盒的降臨。HGP不是引起了新的問題，只是擴大了它的范圍。HGP的發(fā)展已經(jīng)超出了人們的預(yù)料，它使生命科學(xué)面目一新。其成果已反映在醫(yī)療臨床和制藥產(chǎn)業(yè)上。對人的生命觀、人生觀也會帶來巨大沖擊。因此如何克服其消極影響、最大限度地發(fā)揮其積極作用，使其為人類造福是已經(jīng)擺在人們的面前的任務(wù)。而HGP對人類社會的終極影響/意義或許要很多年后才清晰可見。
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