引子:有统计说,一篇文章如果有一个科技术语,那么读者就会减少一半。可是,要说清2007年诺贝尔生理学或医学奖三位得主的生平和他们工作中令人敬佩之处,又怎能回避科技术语呢?希望本文的读者都是超出统计规律之外的异常聪明之士,不会在晦涩的科学名词前望而却步。
题目:你的基因被瞄准了
——2007年诺贝尔生理学或医学奖解读
10月8日凌晨时分,美国犹他大学的马里奥·卡佩基被电话铃声吵醒了。电话那头是一个男子的声音,“您获得了今年的诺贝尔奖。”在犯了会儿迷糊后,卡佩基感到那个男人真得很严肃,不像是打搔扰电话的捣蛋鬼。经过一番认真的对话,他终于相信自己和老朋友奥利弗·史密斯、马丁·埃文斯一道拿奖了,原因是他们分别走出的那一小步。
(小标题)流浪儿之路
俗话说,三岁看老。如果看到卡佩基3岁时的模样,你可能猜不到他有一天会拿到科学界的最高奖。
卡佩基1937年出生在意大利维罗纳,妈妈是诗人,爸爸是军官。由于父母并没有结婚,因此他是私生子。在第二次世界大战激战正酣时,他的妈妈被恶名昭彰的盖世太保抓了起来,送进德国达豪集中营。
妈妈在临走前,把卡佩基送到一户农民家寄养,并留下一笔钱作为卡佩基的生活费。然而,战争距离结束还有漫长的时间。一年后,妈妈留下的生活费用完了,卡佩基开始留落街头。那时他4岁。
和绝大多数流浪儿一样,他成为街头的一名小混混,有时靠小偷小摸搞到一顿饱饭,而大多数的时候,只能饿着肚子在街上游荡。他也曾被收容进孤儿院,但对于跑野了心的卡佩基来说,那里不可能成为久居之地。
后来,当地政府终于想出管住卡佩基的办法——把他送入医院,然后扒光衣服。没有穿衣服的人,是很难在街上转悠不被发现的。
上帝也许不会照顾所有人,但他确实会照顾一些幸运儿,卡佩基就是这些幸运儿之一。战争结束时,他的妈妈神奇般地活了下来,而且她利用医院记录,找到了自己的儿子。在给光溜溜的儿子置办好行头后,他们一同登上了去美国的航船,寻找卡佩基在那里生活的舅舅。这位研究物理的舅老爷,将把卡佩基引上科学之路。
就在卡佩基扶着船舷,幻想美国时,他未来的好朋友和科研对手奥利弗·史密斯即将大学毕业了。
与卡佩基坎坷的童年不同,史密斯1925年7月23日出生于英格兰西约克郡的一个殷实之家。父亲是一家保险公司的推销员,而母亲是一所技术学院的教师。小史密斯很爱看连环画,并把其中一本书里的发明家作为自己的偶像。
追星并不总是有害的,偶像也能成为生产力。史密斯后来把他的科学灵感归功于那本连环画和儿时的人生偶像。
史密斯天生具有动手能力。他曾经花大量时间自己制造一些小玩意,如使用猪的膀胱制备成为扩音器等。史密斯在高中阶段的成绩非常优秀,毕业时获得了一项奖学金,进入牛津大学的贝列尔学院学习,并以优异成绩在1946年获得生理学学士学位。
航船上的卡佩基、大学校园里的史密斯和1941才出生的马丁·埃文斯,这时都不会知道自己的宿命会关系到人类的未来。
(小标题)生命科学“铁三角”
许多人在小时候都曾经问过:花儿为什么是红的,小猫为什么长尾巴,为什么妈妈胸前鼓鼓的而爸爸没有?
答案很简单,这一切都源于不同的基因。
接下来的问题是,既然基因如此强大,我们能用它来做些什么?
很遗憾,现在能做的非常有限,因为对基因,我们了解甚少。
科学家遇到的难题是,复杂一点儿的动物基因组,往往包括上万个基因。以人为例,原认为人的基因组中有超过10万个基因,虽然后来数字大大缩水,但也在2万个以上。在繁密的基因丛林中,很难不受干扰的研究一个独立基因的功能。
其实有一个办法,就是把动物基因组中的一个特定基因敲掉,然后观察有这个基因的正常动物和没有这个基因的异常动物之间的区别。然而,落实这个方法很难。基因研究是在分子水平上进行的,去掉一个特定基因,其难度要高于从地球上击中月亮表面的一颗乒乓球。
卡佩基等人的工作就是制作了一把超高精度的狙击枪——“基因靶向”技术,它可以准确地把选中基因干掉。
卡佩基、史密斯和埃文斯并不是一个研究团队。埃文斯是地地道道的英国人,卡佩基和史密斯虽然都是美国人,但一个来自意大利,一个来自英国,并没有共同工作过。他们是各自独立工作,共同凑齐了“基因靶向”技术的所需的七巧板。
卡佩基和史密斯可以说是一对竞争对手,他们几乎同时意识到,同源重组可以用来敲除基因。
仍以人为例说明一下同源重组。人体非生殖细胞中都有23对染色体,其中一半来自父亲,一半来自母亲。上个世纪中期,科学家发现属于一对的两条染色体,有时会相互交换各自对应位置所携带的基因。这种现象是人类进化的动力之一,也是兄弟姐妹相貌智力不尽相同的主要原因之一。
1982年,卡佩基发现哺乳动物细胞中含有催化DNA 分子间进行同源重组的酶。在这种酶的刺激下,染色体能够与外来的DNA分子进行同源重组,结果可以使染色体上特定部位携带外来基因,原有的基因则被抹掉了。
史密斯从另外一条道路上发现了相同的规律。史密斯最初是想寻找治疗基因缺陷所导致的疾病的方法。他认为,对于基因有缺陷的患者来说,如果能修正其骨髓干细胞中的缺陷基因,疾病就可以得到治疗。他经历了3年多艰苦探索后,在1985年5月18日将外源基因(β-球蛋白基因)插入到染色体的特定位置。
虽然卡佩基和史密斯在个别细胞内实现了敲除特定基因的目的,但这对于研究基因的功能是不够的。研究基因功能,需要比较动物的整体性状变化,而单个或几个细胞是不能反映出这种整体变化的。
埃文斯在胚胎干细胞方面的工作,为“基因靶向”技术找到了缺失的那块七巧板。胚胎干细胞是一种万能细胞,可以发育成任何东西,它成为卡佩基和史密斯大施拳脚的空间。
这时,他们已经通过书信开始交流。卡佩基说,“我们三个人之间保持了长期的‘科学友谊’,这对各自的工作影响深远。”
原本独立工作的三人,这时已经成为生命科学研究中的“铁三角”。
(小标题)狙击基因的枪
“基因靶向”技术是能够干掉特定基因的枪。目前,这套技术主要用在小鼠身上。这种实验鼠的基因与人类有90%相同,而且繁殖迅速,便于观察。
了解敲除小鼠基因的过程,可以认识这把“枪”发挥作用的途径:
科学家先在小鼠的胚胎干细胞上通过同源重组办法进行基因修饰——就是将胚胎干细胞中的靶向基因敲掉,然后将这种胚胎干细胞植入小鼠的早期胚胎,生成嵌合体小鼠。嵌合体小鼠长大后,体内同时存在被“修饰”过的基因和未被“修饰”的基因。然后让这些嵌合体小鼠产生后代,如果生殖细胞恰巧是被“修饰”过的,则产生的后代就是基因完全被“修饰”过的小鼠,也就是特定基因被完全敲除的老鼠。
卡佩基、史密斯和埃文斯,各自在自己的研究领域迈出一小步,但它们合在一起后,却会影响人类社会的未来。
“基因靶向”技术刚刚诞生20余年,全世界的科学家已经利用该技术先后对小鼠的上万个基因进行了精确研究,这占小鼠总基因数的一半左右。根据导致人类疾病的各种基因缺陷,科学家培育了超过500种存在不同基因变异的小鼠,这些变异小鼠对应的人类疾病包括心血管疾病、神经病变,糖尿病和癌症等。
不需要太多的想象力,我们就可以猜到了解基因后的结果。医院不会再是现在的模样,医疗服务会根据我们每个人不同的基因定制,长期困扰人类的心脏病、癌症等疑难杂症会被一举攻克。
在减少疾病的同时,强化人类能力的基因研究会摆上桌面。虽然这个话题现在仍受到广泛争议,但改造基因的诱惑力太强了,很少会有人挡得住。修改基因,你的孩子智商能高于爱因斯坦,你会接受吗?修改基因,你的能力不会逊于超人,你会同意吗?当一部分人修改基因后,如果保持基因贞洁,就可能丧失竞争力,你会听之任之吗?万一所有人都修改了基因,那时的人类和妖魔有何差异呢?
所有这些问题还是留给后人吧。对于卡佩基这三位老人来说,现在是抓紧时间,享受生活乐趣的时候。
卡佩基把家安在山上,每天都会爬山锻炼;史密斯则一如既往的是“妻管严”,妇唱夫随;已经是英国爵士的埃文斯有更重大的事情要完成。由于获知拿到诺贝尔奖,他把打扫女儿房间的计划推迟了。但这次推迟不能太久,因为他的女儿即将临盆,一个新生命来到世界上,是不会等待的……(完)