基因是所有生命的底層邏輯

日期:2020-03-23 12:07    來源:北京日報

分享:
字號:        
  • 未標題-2.jpg.jpg
  • 未標題-2.jpg.jpg

  原標題:基因是所有生命的底層邏輯

  

  《基因啟示錄》,仇子龍著,浙江人民出版社出版。   

  如果把所有的病毒列出來,人類發展史看上去就是一部與傳染病做鬥爭的歷史。這些直徑約10-300奈米之間的微生物,在人類不經意間就可以完成一次入侵。我們人類大部分的疾病都是由先天或後天的基因突變引起的,比如胎兒出生缺陷、遺傳代謝性疾病、各類癌症等,每個人身上的基因都是不完美的,每一個人都可能因為基因缺陷而患病。任何一個生物體都是由基因構成的,基因是所有生命的底層邏輯。在生命科學蓬勃發展的21世紀,基因科學應該成為每個人的常識。

  在與病毒的鬥爭過程中,科學家們學到了什麼?

  第一,利用細菌的免疫系統。2012年,科學家發現細菌用來對抗噬菌體的免疫系統很厲害。有4位科學家把細菌的這套基因武器成功地改造成了基因編輯系統,可以用來改變基因,改變DNA序列。這套基因編輯系統非常強大,可以修改動植物的基因,最終我們也可以用基因編輯的方法來修改基因缺陷,還可以為人類治病。

  第二,利用病毒來造福人類。病毒始終是人類健康的大敵,那麼有沒有可能化敵為友,讓病毒為我所用呢?病毒是一類能對人體細胞及其他動物細胞進行有效感染的微生物,病毒的本領是把自己的基因高效地放到宿主細胞裏去。所以,病毒目前已經被科學家們改造成為進行基因治療的主要遞送工具。比如,有一些人患有因先天性基因缺陷引發的遺傳病,包括眼睛、血液、免疫細胞都有基因缺陷。科學家們就利用病毒的特點,改造病毒的基因組,不讓病毒自己複製,把壞的基因都刪掉,把好的基因裝進去,然後用病毒作為載體,就像一輛小貨車一樣,拉著正常的基因送到病人體內來給人治病。從2016年到2019年,用改造過的這種無害病毒作為載體的基因藥物,已經被用於治病,有很多基因治療的藥物已經上市了。

  人類如何利用基因改造生命,治愈“不治之症”?

  100年前,人類社會的最大威脅是細菌和病毒引起的傳染性疾病,在找到抗生素、發明疫苗以後,相應的疾病已經完全被控制住。現在,因基因缺陷導致的疾病成了人類最大的威脅。在後資訊時代的物質豐裕之時,人類社會前進的最大限制就是基因。因此,科學家們正在操縱基因,主動改造生命。人類對基因的改造有兩個主戰場:

  第一個主戰場是通過操縱基因,增強生産力。基因操縱技術已經成了人類社會的重要技術力量之一,又被稱作基因工程。基因工程有兩個主要的應用場景,一個是讓其他生物為我們生産蛋白質藥物,另一個是改變動植物的性狀,為人類生産更多、更好的食物。

  基因工程在疾病治療方面經過了兩個時期。基因工程1.0時代,科學家運用重組DNA技術把基因轉移給微生物,為人類生産蛋白質藥物,比如胰島素。基因工程1.0還不至於影響人類社會走向。基因工程2.0時代,科學家把人體免疫系統的一系列基因轉移到小鼠身上,讓小鼠生産人類抗體,進而為人類的疾病治療帶來了革命性的影響。基因工程2.0能利用動物生産對人體非常重要的抗體,這是與人類性命密切相關的新一代蛋白質藥物。

  什麼是抗體?抗體是免疫系統用來對抗外來病原體的蛋白質。每當病毒、黏性末端細菌入侵人體,我們的免疫系統就會記住這些入侵者,然後産生抗體。抗體需要有抗原的刺激才會産生。抗原和抗體之間的廝殺在人的一生中會發生許多次。

  抗體藥物在人類藥物史上處於什麼地位?在蛋白質藥物和抗體藥物出現之前,藥物一直是用化學方法合成的,而掌握了基因工程技術之後,我們可以成功生産蛋白質藥物,還可以用免疫系統的精確制導導彈——抗體來作為藥物。抗體藥物現在仍未普及。基因工程的革命才剛剛開始,它的未來與每個人息息相關,是人類社會繼續向前發展的又一巨大推動力。

  操縱基因的第二個主戰場是治愈疾病。人類大部分的疾病都是由先天或後天的基因突變引起的。我們希望操縱基因的一個重要原因,就是修復自身的基因缺陷,保持健康。

  幾百年前,醫學界發現很多疾病是由上一代遺傳給下一代的,因此將這些疾病歸類為遺傳疾病。自從發現了基因以後,人們知道了遺傳疾病的病因就是基因缺陷。科學研究發現,基因缺陷導致的疾病可以分為兩類,一類是由於先天基因突變導致的遺傳病,另一類是由於後天基因突變導致的疾病。目前的基因檢測手段絕大部分都用來檢測先天的基因突變。對於先天基因突變導致的遺傳病,我們可以通過全基因組測序來發現患者遺傳的基因突變;對於後天基因突變導致的癌症,我們需要通過最新的檢測手段,如檢測血液裏的DNA碎片中具有的基因突變,幫助患者對症下藥。

  (作者仇子龍 為中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心研究員)

您訪問的連結即將離開“首都之窗”門戶網站 是否繼續?