林小春

　

　　１３８８年，明朝大将蓝玉率师１５万雄兵北进捕鱼儿海（今贝加尔湖），寻找北元决战。然而，四顾茫茫，粮草殆尽，却怎么也找不到敌人。过去几十年中，生命科学面临着与蓝玉同样的难题：造成人类致病的敌人在哪里？

　　蓝玉后来幸运地在一个风沙弥天的日子发现敌踪并一举歼灭没有准备的敌人，彻底破灭北元重整势力入主中原的希望。现在，生命科学家们也遇到好时光，尤其在今年，大量常见疾病的基因根源被找到。

　　“这并不意味着我们已能根除疾病，但它确实意味着我们第一次遭遇敌人了，”美国布罗德研究所创建者、被美国《新闻周刊》列为２１世纪生命科学领域爱因斯坦十大候选者之一的埃里克·兰德尔说。

　

　　在某滑雪场的旅馆房间内，劳拉·斯科特坐在电脑前精心修改一篇有关糖尿病致病机理研究的论文。这位美国密歇根大学的遗传流行病学家是来休假的，却“很少想出去滑雪”，因为论文要赶紧发表。

　　一个多月后，她和同事的３篇有关糖尿病致病机理研究的论文出现在美国《科学》杂志网络版上。幸亏斯科特没有放松，就在其论文发表的同一天，另一个研究小组也在英国《自然遗传学》上发表了一篇类似的论文。“如果你投资大量资金和大量时间来进行某项研究，你不会希望在别人做出同样的发现之后一个月才发表论文，”英国牛津大学教授彼得·唐纳利说。

　　　 这是今年上半年生命科学激烈竞争的一个缩影。科学研究总充满了竞争，但在生命科学领域内，过去两年的竞争则达到了空前激烈的程度。英国《自然》周刊评论说：“发现致病基因的竞赛已经白热化。”

　　谁都想迅速摘取最容易摘的果实。出现这种情况的原因是技术的突破：出现一种名为全基因组关联分析的新研究方法、基因芯片技术的发展以及和研究成本直线下降，使科学家们突然拥有了强大的工具，可以去从未到达过的渔塘捕鱼。结果是，科学家蜂拥而至，鱼儿一只接一只上钩，猎物一只接一只被逮，有关常见疾病致病机理的研究成果如雨后春笋般涌现出来。

　　仅今年以来，除了Ｉ型和ＩＩ型糖尿病外，精神分裂症、抑郁症、肠炎（克罗恩氏病）、青光眼、肥胖、风湿性关节炎、高血压、冠心病、乳腺癌、肠癌和前列腺癌等常见症状和疾病相关的ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）序列的特定变异一个一个地被科学家找到。这种速度在生命科学的历史上是前所未有的，而且与以前不同的是，这些研究结果都可重复验证。

　　唐纳利领导的韦尔科姆基金会病例对照协会支持的一个研究项目，一次就发现了与风湿性关节炎和高血压等７种常见疾病的２４种ＤＮＡ序列的特定变异，而这只是在一个巨大油田上打出的第一口探井。唐纳利说：“我们的研究还只触及皮毛。今后几年随着此类研究深入，我们对常见疾病遗传学原理的理解将发生翻天覆地的变化。”

人人都意识到这个领域变化太快了。美国《科学》周刊断言，生命科学正迈入一个伟大的新阶段，在未来一段时间内，各种新成果只会出现得越来越多、越来越快。“经过多年挫折，基因猎手们感到自己终于将猎物逼到了死角，”这份世界顶级的科学期刊５月在一篇题为《对致病基因的研究正进入“收网期”》的文章中评论道。

也正因此，斯科特根本没心思滑雪，“感觉就是，必须离开那儿（滑雪场）”。

　

　　每当伟大发现或变革发生时，人们由于身处其中，常常过后才会意识到。但这次，美国普林斯顿大学分子生命科学教授李·西尔弗指出，２００７年将是一个奇迹之年，“这次，发生变革的领域是生命科学，被粉碎的是有关基因和遗传的旧观念……就像物理学在２０世纪震惊这个世界，生命科学将在２１世纪震撼世界”。

　　　 １９０５年，爱因斯坦发表有关相对论和量子论等的４篇重要论文，指明了物理学新的发展方向。随着原子弹爆炸等一系列前人未敢想像的科学突破，人类的时空观到２０世纪中期发生了天翻地覆的变化，１９０５年自此被公认为物理学的奇迹之年，２０世纪被称为物理学世纪。

　　２００７年真是生命科学世纪的奠基之年吗？

　　１８６６年，一位名叫孟德尔的奥地利修道士从豌豆杂交试验中发现了基因。１９５３年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克拉克等人发现ＤＮＡ的双螺旋结构，２０００年人类基因组被破译……这一切的发现，都化为厚厚的积淀，默默地在为生命科学的群体性突破在做准备。

　　在前人的肩膀上，西尔弗试图从一个全新的视角分析生命科学，他认为一场概念和技术的革命将吹响生命科学总攻的冲锋号。在１０月份的《新闻周刊》中，他写道，基因已属于“旧词汇”，许多生命科学家已经认识到，决定遗传现象的基本单位不是基因，而是单核苷酸多态性（ＳＮＰｓ），也就是ＤＮＡ序列的特定变异，这是，将使人们对生命现象有更深入的了解。这颠覆了以往通过基因寻找疾病的思路，而是从ＤＮＡ的第一个分子去寻找。

　　生命是美好复杂的，但是决定生命的ＤＮＡ的基本结构却非常简单：ＤＮＡ的字母表只包含４个字母Ａ、Ｃ、Ｔ和Ｇ，分别代表４种核苷酸，这些核苷酸按照一定顺序排列。当一个片断表达一定遗传信息时，这个ＤＮＡ片段就被称为是基因。多数人至今仍认为，基因是决定遗传现象的基本单位。

　　但是，在不同人的同一条染色体（由ＤＮＡ和蛋白质组成）、同一个位置的核苷酸序列中，有可能存在绝大多数核苷酸排列序列一致、只有一个地方的核苷酸序列不同的现象，这种现象就是单核苷酸多态性。对人类基因组图谱的分析表明，人类基因组（遗传物质总和）存在３００多万个单核苷酸多态性。

部分科学家认为，正是这种多态性，决定了每个人的与众不同。“一旦科学家摒弃了有关基因的固有观念，转而研究基因组中ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）中单个字母——Ａ、Ｃ、Ｔ和Ｇ，便立即开始发现这些字母与许多疾病之间的因果关系，”西尔弗说。

然而直到今天，《自然》和《科学》这两大世界顶级科学期刊仍在用基因这样的“旧词汇”来描述今年的一系列新发现。西尔弗认为，这足以显示其新的观念到底有多新。

　　如果西尔弗是正确的，那么意味着生命科学已经从大量的革命实践中总结出了革命规律，进入下一个阶段，即用革命规律去指导革命实践。熟悉毛泽东《实践论》的朋友一定会想到，那意味着生命科学的新突破和大突破。

　

问：西尔弗等人的看法是否正确呢？

答：还不知道，但生命科学确实存在着未解之谜。

首先，２０世纪７０年代ＤＮＡ测序方法发明后，生命科学家发现，基因只占据人类基因组的２％，剩下的ＤＮＡ似乎没有任何用处，因此称它们为垃圾ＤＮＡ。垃圾ＤＮＡ难道真的是垃圾？当然不是，现在人们已经知道，垃圾ＤＮＡ包含有重要的调节机制，比如干预基因“开关”（即曾得诺贝尔奖的“基因沉默”）机制。具体来说，垃圾DNA能够让某个基因发挥作用或者不发挥作用，而基因能否正常发挥作用，正是许多疾病的总根子。

紧接着，又出现了一个后来获得诺贝尔奖的发现，使人们更加疑惑。科学家曾在研究中发现囊性纤维变性、亨廷顿舞蹈病和杜兴肌营养不良症等疾病的致病基因，这也成为基因理论的一个佐证。但是，新发现却表明这些只是特例。

前面说到，基因就是ＤＮＡ分子上载有遗传信息的片断。如果它是正确的，那组成生物体的核心物质蛋白质就都应该分别由不同的ＤＮＡ分子片断负责。这类似于承包制，一个基因负责制造一种蛋白质分子。但科学家发现，蛋白质并不总是这样制造出来的，编码蛋白质的ＤＮＡ通常是分离、散落在基因组中，不是由一个特定的ＤＮＡ分子片断负责。

囊性纤维变性等疾病之所以好研究，是因为它们是单基因疾病，只与ＤＮＡ的单个蛋白质编码区的变异有关。然而，多数常见疾病并非如此，这就是花了大量人力物力对于很多疾病的基因病理研究一无所获的原因。

第三，ＲＮＡ干扰技术出现了。在人们的传统认识中，基因靠蛋白质执行命令，但ＲＮＡ干扰无须涉及蛋白质就能调节ＤＮＡ表达，使ＤＮＡ序列发生特定变异（即单核苷酸多态性）。这一发现后来也获得诺贝尔奖。

以基因方式解释生命，存在困难，那么能不能从更基本的概念去解释呢？西尔弗认为，这些疑问都说明基因并非遗传的基本单位。

然而，发现这更基本的概念曾经非常困难。在很长一段时间里，物理学家和化学家都瞧不起生命科学研究，因为这个领域的研究是政府出钱、教授带学生“小作坊”式的小打小闹。所有人把所有实验室时间花在单调、重复的机械和化学程序上。破译完整的人类基因组可能就要十万人数年的时间。这时的研究就如瞎子摸象，摸到一点算一点，难免以偏概全。ＤＮＡ自动测序仪改变了这一切。

ＤＮＡ序列是一部密码书，破译它至少有两条路。一是利用少许特征、科学家的智慧加远在天边的好运气，去碰，这无疑是一种赌博；二是破解这套密码的所有基本信息，然后去总结。后一种方法更可靠，但却被无穷无尽的破译工作量挡住了。ＤＮＡ自动测序仪打通这堵厚墙。

　　一名叫勒罗伊·胡德的人意识到，ＤＮＡ和蛋白质分别只由４种核苷酸和２１种氨基酸组成，这个简单事实表明，也许能用计算机来帮助测序。于是，他拉了一些私人赞助，招了几十名科学家、工程师和电脑程序员，研究出一种ＤＮＡ自动测序仪。一夜间，ＤＮＡ测序速度发生天翻地覆的变化。生命科学家终于能自豪地说，可以搞一点可以称为是大科学的东西了。

　　１９９０年，包括中国在内的多国政府出资启动人类基因组计划，有人把它比喻成曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划。破译人类基因组，绘制人类基因组序列图，使科学家具备了攻克癌症和心脏病这样重症的初步条件，是在人类揭示生命奥秘、认识自我的漫漫长路上迈出的重要一步。

人类基因组的完整图谱也使科学家正在抛弃基因的旧观点，今年每个月都至少有一种常见疾病的ＤＮＡ序列变异被破译。也许不出几年，医生或许就可通过对个人基因组的电脑分析，得出你健康状况的详细描述。

　　西尔弗说：“许多今年出生的婴儿到下一世纪初可能还健康地活着，或许到那时，他们将怀着敬畏之情回望２００７年这个生物医学和遗传学上的奇迹之年。”（完）