把合成DNA的目標(biāo)設(shè)的遠(yuǎn)大些?對(duì)人類基因下手怎樣(基因工程對(duì)人類有哪些影響
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佚名 2024-05-19 11:42:01

把合成DNA的目標(biāo)設(shè)的遠(yuǎn)大些?對(duì)人類基因下手怎樣

2015年7月

，100位遺傳學(xué)家在紐約基因組中心匯聚一堂

，圍繞酵母展開討論

。包含1200萬堿基對(duì)的釀酒酵母基因

，是目前為止科學(xué)家成功合成產(chǎn)生的最長(zhǎng)基因組。Autodesk軟件公司Bio/Nano研究組的研究員安德魯·何塞爾(Andrew Hessel)獲邀在會(huì)議上發(fā)言

。臺(tái)下觀眾問他接下來會(huì)是何種有機(jī)體被合成

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！拔覀?cè)趶氖率澜缟献顝?fù)雜的遺傳工程

。”何塞爾說

，“為什么不把目標(biāo)設(shè)的更遠(yuǎn)大些？對(duì)人類基因下手

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！?/p>

大膽的發(fā)言引起與會(huì)人員的討論。不久之后

，何塞爾聯(lián)系到哈佛大學(xué)著名遺傳學(xué)家喬治·丘奇（George Church）

，試探他對(duì)所謂“人類基因組計(jì)劃2.0”的興趣

?div id="jfovm50" class="index-wrap">！霸谖铱磥磉@是顯而易見的，”何塞爾回憶道

，“如果我們能夠讀取和分析人類基因組

，那我們也應(yīng)該能夠編寫它

?div id="jfovm50" class="index-wrap">！?/p>

一年后，何塞爾的愿景成真

。2016年5月

，多位科學(xué)家

、律師和政府代表聚集在哈佛大學(xué)

，商議“人類基因組編寫計(jì)劃”（HGP-Write），這一計(jì)劃旨在實(shí)現(xiàn)從化學(xué)成分合成人類的整個(gè)基因組

，并讓它們?cè)诨罴?xì)胞中獲得功能

。此前科學(xué)家已經(jīng)開展了規(guī)模宏大的“人類基因組計(jì)劃”（HGP），耗資30億美元的HGP計(jì)劃希望能夠測(cè)定人類染色體中所包含的核苷酸序列

，繪制人類基因組圖譜

，最終達(dá)到破譯遺傳密碼的目的。截止到2005年

，人類基因組計(jì)劃的測(cè)序工作已經(jīng)基本完成（92%）

。此番新的HGP-Write計(jì)劃將在之前研究的基礎(chǔ)上展開。

丘奇是哈佛研討會(huì)的主要倡導(dǎo)人之一

，丘奇實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行大腸桿菌基因組450萬堿基對(duì)的合成工作。另一位倡導(dǎo)人是遺傳學(xué)家杰夫·伯克（Jef Boeke）

，他曾領(lǐng)導(dǎo)紐約大學(xué)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)七年成功合成釀酒酵母染色體

。“我想我們都意識(shí)到我們兩人在這兩個(gè)基因組上已經(jīng)做得足夠好了

，我們應(yīng)該向更大的目標(biāo)進(jìn)發(fā)?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！鼻鹌嬲f

。

會(huì)后發(fā)表的科學(xué)論文正式提出研討會(huì)的建議：大力發(fā)展DNA合成技術(shù)，讓人工生產(chǎn)基因變得更容易

、更快速和更便宜。目前

，我們可以合成包含200個(gè)堿基對(duì)的短鏈DNA

，但自然基因上的堿基對(duì)平均可達(dá)數(shù)千個(gè)。而且當(dāng)下的基因合成手段也有過于低效和耗資高昂的缺點(diǎn)

。在生物科學(xué)中

，DNA合成是一切實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)

。癌癥研究和疫苗開發(fā)都有賴于此

。所以，盡管當(dāng)前的手段笨重?zé)o比

，但科學(xué)家們別無選擇

。

人類基因組的30億堿基對(duì)被視為項(xiàng)目的終極目標(biāo)

，它像巨大的獎(jiǎng)賞吸引研究者向前奮進(jìn)

。科學(xué)家預(yù)期投入十年時(shí)間以及10億美元的資金來完全合成一個(gè)活細(xì)胞的DNA

。HGP-Write計(jì)劃的研究成果或?qū)?duì)現(xiàn)實(shí)世界帶來廣泛而真切的影響

。不過在目前，合成生物學(xué)的技術(shù)進(jìn)步仍是最要緊的事

。值得一提的是，五月份的研討會(huì)也收到了一些冷淡回應(yīng)

。主辦方出于保密的考慮拒絕了新聞界參加

，少數(shù)被邀請(qǐng)參加活動(dòng)的科學(xué)家因此拒絕出席。

此外還有更大的問題：人工生產(chǎn)的基因組在倫理上引發(fā)的基因?qū)＠麊栴}

。在CRISPR基因編輯技術(shù)問世之初，一些涉及基因優(yōu)化和無親嬰兒的擔(dān)憂便隨之產(chǎn)生

。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院院長(zhǎng)弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）承認(rèn)

，“從DNA讀取到DNA編輯是一個(gè)自然的步幅”。不過他也提出警告

，“任何對(duì)真實(shí)世界有影響的項(xiàng)目都需要從不同角度進(jìn)行廣泛討論，最重要的是需要普通大眾的參與

?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?/p>

實(shí)驗(yàn)室之外的實(shí)際應(yīng)用尚且遙不可及，甚至有可能人類基因組的合成在最后被證明根本不可行

。在任何情況下

，項(xiàng)目的成果都不會(huì)“像新生兒那樣令人興奮或感令人回味”

，何塞爾說

。“會(huì)后所談到的一些事情十分荒唐

，讓人想要趕快結(jié)束這一場(chǎng)科技泡沫

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HGP-Write的中心目標(biāo)是改進(jìn)合成技術(shù)

，使編寫更長(zhǎng)的遺傳物質(zhì)鏈變得更容易。當(dāng)前的技術(shù)使用軟件設(shè)計(jì)DNA鏈的布局

，然后實(shí)驗(yàn)室機(jī)器根據(jù)這些模版完成合成和裝配

。這一笨重的過程限制研究人員只能制造短鏈DNA

。何塞爾看到增強(qiáng)版軟件更精確設(shè)計(jì)基因組的潛力

，以及利用酶來構(gòu)建DNA的新手段所帶來的便利?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！叭绻覀兡軌?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)

，在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成大型基因組的編寫將成為可能

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！彼f

。

更小的動(dòng)植物基因組的合成也可作為研究的附帶成果產(chǎn)生。其中一個(gè)主要的科學(xué)益處是用于藥物測(cè)試的活細(xì)胞系的產(chǎn)生

。全基因組的合成也可幫助降低基因編輯的成本

。相對(duì)于CRISPR的單獨(dú)編輯

，生成一個(gè)完整的基因組允許一次性進(jìn)行成千上萬的編輯

。丘奇舉例提到基因組經(jīng)過編輯可獲得多重病毒抗性的潛力。

以上只是HGP-Write的“副產(chǎn)品”

。何塞爾認(rèn)為：該計(jì)劃的真正目的是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步

，并帶來更長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益

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！坝捎谒羞@些（合成）技術(shù)呈系數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，我們應(yīng)該繼續(xù)推動(dòng)改進(jìn)

，而不是滿足于當(dāng)下

。”丘奇說

。未來20年，人類有可能將合成人類基因組的成本降低至10萬美元

。十年前人們對(duì)這一操作的估價(jià)還高達(dá)120億美元

。

在接下來的幾個(gè)月里，科學(xué)家將嘗試落實(shí)HGP-Write

。當(dāng)然具體情況還取決于資金

。Autodesk公司已承諾出資25萬美元，而組織方希望能夠在2017年年底之前籌得1000萬美元

。同時(shí)

，他們還將擴(kuò)大HGP-Write對(duì)話?div id="m50uktp" class="box-center"> ！拔蚁ＭM可能地開放和透明

，”何塞爾說

，“并保持對(duì)這種強(qiáng)大通用技術(shù)的興趣

，如此使我們可以專注于生命機(jī)制本身。我們需要把它了解透徹

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！?/p>

基因工程對(duì)人類有哪些影響
？

20多年來

，基因工程得到了迅速發(fā)展，對(duì)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)帶來越來越重大的影響

。

（1）基因治療和診斷

①基因治療

美國(guó)衛(wèi)生研究院已批準(zhǔn)對(duì)一些遺傳病

、病毒病和惡性腫瘤實(shí)施基因療法

，這是用正常基因代替致病突變基因來治療疾病的一種方法

。

腫瘤是現(xiàn)在人類生命之大敵

，其發(fā)生的原因是由于原癌基因活化，或抑制癌的基因失活

，使正常細(xì)胞失控而得以迅速繁殖

，形成腫瘤

。如基因治療黑色素瘤是引入腫瘤壞死因子的基因

，使其擴(kuò)增，再輸給患者

，因而專一性殺傷黑色素瘤細(xì)胞

。

基因治療包括：基因補(bǔ)償

，即把功能正常的外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞的基因缺陷部位

，補(bǔ)充缺失的內(nèi)源基因；基因置換

，即切除或滅活內(nèi)源異?div id="4qifd00" class="flower right">

；颍徊迦刖哂姓９δ艿耐庠椿?div id="4qifd00" class="flower right">

；基因添加，即在正?div id="jfovm50" class="index-wrap">；蚰[瘤細(xì)胞內(nèi)加入外源基因

，使之產(chǎn)生保護(hù)組織或抑制細(xì)胞發(fā)生病變。

②基因診斷

基因已開始用于疾病的診斷

，這就是基因探針

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；蛱结樖且欢我阎虻挠嘘P(guān)核苷酸序列

，或是某種完整的基因

。它是利用核酸堿基互補(bǔ)原理，通過基因探針與被檢物核酸進(jìn)行雜交

，來檢測(cè)被檢物的核酸同源系列，特異性高

，重復(fù)性好

，能直接檢出微量病原體。現(xiàn)已有數(shù)十種遺傳病可以用DNA探針進(jìn)行診斷

，為流行病調(diào)查和傳染病的早期診斷提供了重要手段

。

（2）基因工程藥品

自從利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)抗菌素以來，生物技術(shù)在醫(yī)藥上的應(yīng)用就備受關(guān)注?div id="d48novz" class="flower left">

，F(xiàn)在微生物發(fā)酵可生產(chǎn)890多種抗菌素，還有氨基酸

、維生素

、酶制劑、生物制品等

，對(duì)保障人體健康起了十分重要的作用

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；蚬こ痰膯柺烙珠_創(chuàng)了醫(yī)藥生產(chǎn)的新途徑

，為疑難病治療提供了更有力的武器。

20世紀(jì)70年代初期

，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)分子生物學(xué)家博耶和科恩將哺乳動(dòng)物基因插入大腸桿菌獲得成功

，奠定了基因工程技術(shù)基礎(chǔ)。70年代末

，利用基因工程技術(shù)獲得了人胰島素。1982年

，美國(guó)藥品與食品管理局(FDA)批準(zhǔn)美國(guó)禮萊公司的人胰島素產(chǎn)品投放市場(chǎng)

，這標(biāo)志著基因工程技術(shù)已從技術(shù)開發(fā)階段進(jìn)入到商品開發(fā)階段。在隨后的10年左右時(shí)間里

，各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相開發(fā)基因工程產(chǎn)品。到目前為止

，全世界已建立1000多家生物技術(shù)公司

，其中大部分都在從事基因工程藥物的研究開發(fā)。

據(jù)報(bào)道

，到1997年7月

，美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市的基因工程藥物

、疫苗和注射用單克隆抗體有39種?div id="jfovm50" class="index-wrap">，F(xiàn)在日本批準(zhǔn)上市的有24種

，我國(guó)已批準(zhǔn)的有十幾種。其品種主要是胰島素

、干擾素類

、人生長(zhǎng)激素、白細(xì)胞介素

、血細(xì)胞生長(zhǎng)素等，對(duì)提高人體免疫力和對(duì)一些癌癥的治療發(fā)揮了重要作用

。

目前人類對(duì)人類基因的了解達(dá)到什么程度了?

一
系統(tǒng)論是奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲在20世紀(jì)40年代建立起來的.
二
貝塔朗菲在20世紀(jì)40年代建立了系統(tǒng)論以后,在自然科學(xué)中相繼出現(xiàn)了信息論,控制論,混沌論,協(xié)同學(xué),耗散結(jié)構(gòu)理論等等理論,這些理論,現(xiàn)在統(tǒng)稱為“系統(tǒng)理論”.
三
貝塔朗菲在20世紀(jì)40年代建立了系統(tǒng)論以后,不久,在20世紀(jì)50年代一開始,因?yàn)槲稚涂死锟私⒘薉NA雙螺旋結(jié)構(gòu),生物學(xué)進(jìn)入“分子生物學(xué)”的新階段.
四
人類基因組計(jì)劃的完成,是人類科學(xué)歷史上的一件大事情.現(xiàn)在,在我們中國(guó)的普通公民中的印象是生命科學(xué)取得了一個(gè)偉大的勝利.
五
人類基因組計(jì)劃的完成,第一次在生物學(xué)領(lǐng)域引起了對(duì)還原論思想的批判.生命科學(xué)的研究長(zhǎng)期以來受研究手段的局限,只能把復(fù)雜系統(tǒng)分解成非常細(xì)小的局部加以研究,無法完整地理解系統(tǒng)水平的行為規(guī)律,長(zhǎng)期以來的研究方式多是基于“還原論”的思路,把人體分割成許多獨(dú)立的部分,層層細(xì)分進(jìn)行研究.
六
人類基因組計(jì)劃的發(fā)起者和重要帶頭人胡德,在發(fā)現(xiàn)人類基因組計(jì)劃不能解決生命問題以后,立刻從還原論的立場(chǎng)跳出,打出“系統(tǒng)生物學(xué)”的新旗幟.
七
已經(jīng)如前面所說,系統(tǒng)論是奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲在20世紀(jì)40年代建立起來的,貝塔朗菲已經(jīng)是用系統(tǒng)論的思想在研究生物學(xué)
八
胡德的系統(tǒng)生物學(xué),已經(jīng)傳入我國(guó),陳竺的系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究所就是這個(gè)思想的產(chǎn)物.
(“系統(tǒng)生物學(xué)”,已經(jīng)得到充分的宣傳,使許多人不得不用系統(tǒng)論這個(gè)口號(hào)了.當(dāng)然,在還原論向系統(tǒng)論轉(zhuǎn)變的初期,出現(xiàn)表面的系統(tǒng)論,實(shí)際的還原論,這是非常自然的事情,這只是向真正的完全的系統(tǒng)論前進(jìn)的一個(gè)過程,真正的完全的系統(tǒng)論是肯定會(huì)實(shí)現(xiàn)的,比較幾年前,還根本沒有人愿意說自己是系統(tǒng)論的時(shí)候,我們會(huì)感覺已經(jīng)有了非常大的進(jìn)步了.)
マo︵祐穿ヤ回答時(shí)間 2008-04-05 19:36