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基因是所有生命的底层逻辑

《基因启示录》,仇子龙著,浙江人民出版社出版。

如果把所有的病毒列出来,人类发展史看上去就是一部与传染病做斗争的历史。这些直径约10-300纳米之间的微生物,在人类不经意间就可以完成一次入侵。我们人类大部分的疾病都是由先天或后天的基因突变引起的,比如胎儿出生缺陷、遗传代谢性疾病、各类癌症等,每个人身上的基因都是不完美的,每一个人都可能因为基因缺陷而患病。任何一个生物体都是由基因构成的,基因是所有生命的底层逻辑。在生命科学蓬勃发展的21世纪,基因科学应该成为每个人的常识。

在与病毒的斗争过程中,科学家们学到了什么?

第一,利用细菌的免疫系统。2012年,科学家发现细菌用来对抗噬菌体的免疫系统很厉害。有4位科学家把细菌的这套基因武器成功地改造成了基因编辑系统,可以用来改变基因,改变DNA序列。这套基因编辑系统非常强大,可以修改动植物的基因,最终我们也可以用基因编辑的方法来修改基因缺陷,还可以为人类治病。

第二,利用病毒来造福人类。病毒始终是人类健康的大敌,那么有没有可能化敌为友,让病毒为我所用呢?病毒是一类能对人体细胞及其它动物细胞进行有效感染的微生物,病毒的本领是把自己的基因高效地放到宿主细胞里去。所以,病毒目前已经被科学家们改造成为进行基因治疗的主要递送工具。比如,有一些人患有因先天性基因缺陷引发的遗传病,包括眼睛、血液、免疫细胞都有基因缺陷。科学家们就利用病毒的特点,改造病毒的基因组,不让病毒自己复制,把坏的基因都删掉,把好的基因装进去,然后用病毒作为载体,就像一辆小货车一样,拉着正常的基因送到病人体内来给人治病。从2016年到2019年,用改造过的这种无害病毒作为载体的基因药物,已经被用于治病,有很多基因治疗的药物已经上市了。

人类如何利用基因改造生命,治愈“不治之症”?

100年前,人类社会的最大威胁是细菌和病毒引起的传染性疾病,在找到抗生素、发明疫苗以后,相应的疾病已经完全被控制住。现在,因基因缺陷导致的疾病成了人类最大的威胁。在后信息时代的物质丰裕之时,人类社会前进的最大限制就是基因。因此,科学家们正在操纵基因,主动改造生命。人类对基因的改造有两个主战场:

第一个主战场是通过操纵基因,增强生产力。基因操纵技术已经成了人类社会的重要技术力量之一,又被称作基因工程。基因工程有两个主要的应用场景,一个是让其他生物为我们生产蛋白质药物,另一个是改变动植物的性状,为人类生产更多、更好的食物。

基因工程在疾病治疗方面经过了两个时期。基因工程1.0时代,科学家运用重组DNA技术把基因转移给微生物,为人类生产蛋白质药物,比如胰岛素。基因工程1.0还不至于影响人类社会走向。基因工程2.0时代,科学家把人体免疫系统的一系列基因转移到小鼠身上,让小鼠生产人类抗体,进而为人类的疾病治疗带来了革命性的影响。基因工程2.0能利用动物生产对人体非常重要的抗体,这是与人类性命密切相关的新一代蛋白质药物。

什么是抗体?抗体是免疫系统用来对抗外来病原体的蛋白质。每当病毒、黏性末端细菌入侵人体,我们的免疫系统就会记住这些入侵者,然后产生抗体。抗体需要有抗原的刺激才会产生。抗原和抗体之间的厮杀在人的一生中会发生许多次。

抗体药物在人类药物史上处于什么地位?在蛋白质药物和抗体药物出现之前,药物一直是用化学方法合成的,而掌握了基因工程技术之后,我们可以成功生产蛋白质药物,还可以用免疫系统的精确制导导弹——抗体来作为药物。抗体药物现在仍未普及。基因工程的革命才刚刚开始,它的未来与每个人息息相关,是人类社会继续向前发展的又一巨大推动力。

操纵基因的第二个主战场是治愈疾病。人类大部分的疾病都是由先天或后天的基因突变引起的。我们希望操纵基因的一个重要原因,就是修复自身的基因缺陷,保持健康。

几百年前,医学界发现很多疾病是由上一代遗传给下一代的,因此将这些疾病归类为遗传疾病。自从发现了基因以后,人们知道了遗传疾病的病因就是基因缺陷。科学研究发现,基因缺陷导致的疾病可以分为两类,一类是由于先天基因突变导致的遗传病,另一类是由于后天基因突变导致的疾病。目前的基因检测手段绝大部分都用来检测先天的基因突变。对于先天基因突变导致的遗传病,我们可以通过全基因组测序来发现患者遗传的基因突变;对于后天基因突变导致的癌症,我们需要通过最新的检测手段,如检测血液里的DNA碎片中具有的基因突变,帮助患者对症下药。

(作者为中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员)

[责任编辑:焦杨]
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