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生命科学与社会进步

来源:UC论文网2019-05-18 10:16

摘要:

  21世纪是生命科学的世纪。生命科学所带动的生物产业将继信息产业之后,成为21世纪的重要支柱产业。生命科学涵盖的基因和基因技术为源头的生物产业,能够解决食物、能源、材料、环保、医疗保健以及国防方面的诸多难题。21世纪初,作为拥有13亿人口的中国,虽然参加了世界生命科学前沿的人类基因组计划的研究,但所作贡献仅仅在1.3%。与国际同行比,我们的科研基础、起步时间、实践条件,以及科学家的现有素质,都有...

  21世纪是生命科学的世纪。生命科学所带动的生物产业将继信息产业之后,成为21世纪的重要支柱产业。生命科学涵盖的基因和基因技术为源头的生物产业,能够解决食物、能源、材料、环保、医疗保健以及国防方面的诸多难题。21世纪初,作为拥有13亿人口的中国,虽然参加了世界生命科学前沿的人类基因组计划的研究,但所作贡献仅仅在1.3%。与国际同行比,我们的科研基础、起步时间、实践条件,以及科学家的现有素质,都有较大差距。面对经济全球化的挑战,我们强力提高经济竞争力、综合国力的必由之路,就是推动中国的生命科学和生物产业快步走向世界。本期“特别报道”从理论与实践诸多方面提供了相关精论和典例,相信对读者有所裨益。


  作者:杨焕明


  21世纪是生命科学的世纪。生命科学所带动的生物产业将是21世纪的支柱产业之一,它在国民经济中的地位同信息产业一样重要。现在,生命科学的前沿是人类基因组的研究,也就是大家所知道的国际人类基因组计划。


  人类基因组工作框架图的完成


  以及中国所做的贡献


  2000年6月26日,是值得载入人类自然科学史册的一个日子。这一天,参与国际人类基因组计划协作组的6个国


  家、16个中心同时宣布:人类基因组计划工作框架图胜利完成。


顺发彩票投注  人类基因组计划是人类科学史上的伟大科学工程,它对于人类认识自身,推动生命科学以及相关产业的发展具有极其重要的意义。中国政府对人类基因组计划提出的共有、共为、共享三原则是认同的。因为它的序列是全人类的序列,它的成果是全世界人民都有权利平等分享的成果。中国参与人类基因组计划,是中国的生命科学走向世界的一个里程碑,一个切入点。这是一个历史的必然。因此它理所当然地引起国际生命科学界的重视。


  1999年9月1日,国际人类基因组计划协作组的5个国家15个中心,听取了中国代表5分钟的报告。报告中国现在具备的工作条件;汇报中国已经做了哪些工作,表明我们完全有能力参与国际人类基因组计划;中国可以承担的具体任务以及详尽的财政预算和完成期限;同时承诺,要在8个月内,与国际人类基因组协作单位同步完成工作框架图,并且要把其中的一半工作做到最后完成图测序量的要求。


顺发彩票投注  国际人类基因组计划协作组成员认真听取了中国代表的报告,认同了中国作为国际人类基因组计划协作组的正式成员,立即把一个区域给了中国。


  1999年10月3日,中国的三个实验室――中国科学院遗传所人类基因组中心、国家人类基因组北方中心和南方中心开始了这项紧迫的工作。这就意味着,自那时至2000年3月31日的200天内,我们一天要做2500个实验反应。我们达到了每天测定200万个碱基对的能力。这项全国测序实验的工作总量,相当于世界上两个最大的人类基因组研究中心(美国的一个中心和英国的一个中心)1993年一年的分析能力之和。可以这样说,中国在那8个月内就走过了国外同行8年、甚至16年的历程。正是由于我们通过参与国际人类基因组计划,根据国际人类基因组计划合作分享的原则,分享了国际同行用了8年乃至16年的时间建立起来的所有技术、策略,以及可用的实验材料,分享了人类基因组计划所有的实验数据和结果,也分享了对人类基因组计划这一重大计划有关问题的发言权。国际同行都承认,中国在这个领域已经进入了生命科学的前沿。


  由于我们艰苦卓越的工作,我国已于2000年3月圆满地完成了我们所承担区域的工作框架图的绘制任务,并且在参与人类基因组计划的6国16个中心里,我国居第6位。我们承担的区域向外延伸了400万个碱基对,中国的贡献至少在1.3%以上,而不是以前承诺的1%。


  我们的工作成果赢得了国际同行对中华民族在这一领域所做工作的认可。我们的承诺和贡献,无愧于我们的国家和民族,无愧于生养和哺育我们的土地。


  但是,作为一个中国的科学家,我认为1%的贡献还是太小太小。我们国家肩负着世界上1/4人口生存和发展的责任,按世界人口比例来讲,我们的贡献应该在25%以上。但我们从另外两个方面来看,其一,1%与99%所反映的所有技术要求是一样的。我们所承担的1%区域是以其他成员同样的技术要求、同样的质量要求完成的。假如把


  人类基因组看成是一个非常大的太空站的话,它是由6个国家的16个工厂分别建造的太空船对接而成的。而实现这个太空站的对接,那缺少我们就是万万不可的了。我们造的太空船毫无缝隙地与人类基因组的巨大太空站实现了对接。因此就质量、技术水平而言,我们与发达国家的实验室完全一致。其二,与国际同行相比,无论是我们的基础、起步时间、实验条件,还有我们科学家现有的素质都还不如人家,但重要的是,我们在8个月的时间里,做了别人至少8年的工作。和西方发达国家相比,我们的综合国力还落后于别人,但中国参与人类基因组计划与做出的贡献,是起步比较早、积累比较多的。实践证明:中国生命科学和生物产业走向世界是历史的必然。


  基因、基因组与人类基因组计划


  什么是基因呢?换句话说,用我们的眼睛能不能看到基因?根据它的现象,根据它在一个家系里表现的幽灵,我们能看到。自然的实质是任何实验观察手段都不能最终看到的。就是我们把DNA都搞清楚了,我们还不能够说我们已经清清楚楚看到了基因。


顺发彩票投注  中国有一句老话“龙生龙,凤生凤,老鼠生儿打地洞”。这句话的意思就是,动物的许多行为确确实实是与基因有关系。比如说,实验室里养的小老鼠从来没有见过猫,它的爸爸妈妈也没有告诉它猫是它们的敌人,可你给它一个猫的模型,给它猫的气味,给它听猫的声音,它都像如临大敌一样。从遗传学上来讲,可以看到老鼠上下代之间的相似,也可以看到同一代之间的差异。


  如果我的儿子站在我的身边,大家就看到,他的鼻子完全像我,他的眼睛像他妈妈。可是,我给儿子的DNA只有一半,他妈妈给了他另外一半。我们这里又隐隐约约地看到了基因。举一个乳腺癌病患的例子,我们真的能看到一个“疾病基因”的幽灵在那个家族中世世代代地徘徊。美国一位三十几岁的女士,两个乳房都已经切除了。她现在很认真地考虑她自己女儿的问题,为什么?她的妈妈和外祖母都患有乳腺癌,她妈妈死于乳腺癌。她也听她妈妈说过:“她妈妈的妈妈的妈妈也是死于乳腺癌”。如果我们把这个家庭画一个家系图,男的画成方框,女的画成圆形,没有病的是白色,乳腺癌患者涂成黑色。啊!一个乳腺癌的“幽灵”出现,这个幽灵就在这个家族中徘徊。它总是用同一种方式――乳腺癌夺取他们女儿之中的一些家庭成员的生命。


  我们只能说,我们已经隐隐约约感觉到了基因的存在。那么,用显微镜把我们眼睛的观察能力扩大一点,我们也仅能看到细胞和“承载”基因的染色体。因为现有的生命科学研究成果还远远不能揭示生命奥秘的最后本质。


  什么是基因组呢?我们可以说,基因组的意思就是一个物种所有基因的总和。也可以说,是我们人体遗传信息的载体――DNA分子的组合。从另外一个意义上来讲,它也是同生老病死相关的遗传信息的组合。人的每个细胞里的DNA接起来的话,有两米长,是由30亿个组成成分构成。可以把人的基因组想象为一条铁路,这条铁路是由30亿根枕木铺成的。这个用30亿根枕木铺成的铁路,枕木的材料只有四种:要么是水泥的,要么是钢铁的,要么是石头的,要么是木头的。人类基因组计划就是要搞清楚每一根枕木是什么材料,这30亿根枕木又是如何排列的。有人把人类基因组比作一本“天书”,说是隐藏着人类所有遗传信息的天书。人类基因组计划就是要读懂这本天书。


  20世纪,用了整整一个世纪的时间,从认识和发现生命最重要的两条遗传规律开始,到50年代,建立了最重要的遗传物质分子结构模型――DNA双螺旋模型;世纪之末的DNA克隆和“多莉”羊的诞生,宣布了这个世纪对生命遗传规律研究的一步步的成熟。而人类基因组计划――研究人类本身这个最高级、最复杂的生命科学的计划,把人类带入了一个新的时期。


  如果说那个表明人体结构的解剖图奠定了现代医学发展基础的话,人类基因组计划完成的那张序列图就是第二张人类分子水平的解剖图,它将奠定21世纪生命科学研究和生物产业发展的基础。


  人类基因组计划的社会及科学意义


  无论从投入的规模、从事该项工作的人数,还有对现代科学的影响来讲,人类基因组计划是继曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划以后,人类科学史上最宏大的一个研究项目。从科研的合作和共享,从人类的和谐与进步,从世界和平与可持续发展等方面来看,人类基因组计划的意义远远超过了前两个计划。人类基因组计划所倡导的“共有、共为、共享”的原则,特别是作为发展中国家――中国的参与,实实在在的是在缩小发达国家与发展中国家的差距。我们所要歌颂的也正是这样一种精神,我们中国科学家也应该为自己所做的工作感到自豪和骄傲。


顺发彩票投注  中国作为人类基因组计划中惟一的发展中国家,意味着中国在人类基因组研究这个大家确认的生命科学前沿领域中,我们确确实实地走向世界了。在涉及人类基因组的一系列问题中,中国更有发言权了。


顺发彩票投注  基因同人的健康问题息息相关。生命科学对社会的最大影响,就是提高人类的健康水平。健康的问题是每一个人、每一个家庭、每一个社会团体、每一个政党、每一个政府,都得考虑的问题。人总是追求健康的,人类基因组计划的初衷之一就是让大家活得更好、更健康、更快乐。


顺发彩票投注  中国是一个发展中国家,可我们面临的却是发达国家和发展中国家所面临的双重挑战。比如,我国目前还有3000多万同胞生活在贫困线以下,可是同时却有10%的城市儿童患有肥胖症。现在治疗肥胖比解决一个人的温饱不知要贵多少倍,而到今天为止都没有真正找到针对肥胖病因的“特效药”。那个导致肥胖的“肥胖基因”,据说价值1.4亿美元。对其开发利用所产生的效益将是一个天文数字。众所周知,肿瘤、血管病、老年性痴呆、帕金森病等威胁人类健康的疾病也是我国人群的常见病和多发病。每一种疾病都是我们认识一个基因的极好机会。这些基因的认识和研究对患者来讲,又是最大的福音。我相信,随着我们对人类基因组的认识,对那些致病因子在基因水平上相互作用的研究,我们会很快地攻克那些疾病的。


顺发彩票投注  随着我们对自身认识的不断深入,人类又会面临新的挑战,面临来自社会伦理道德法律方面的挑战。比如讲长寿,人类基因组计划完成以后,有人预测人类可以活到1200岁,但过长的寿命会带来资源和生活空间问题,以及现实生活中许多问题,比如医疗保险,本来个人的所有与医学有关的数据都应该让保险公司知道,你确实生病的风险高就应多交钱,假如大家都一样,对不生病的人就显得不公平。但对个人的基因信息的了解和公开是否会引发新的社会歧视?如基因检测能够在胎儿时期推断可能存在基因缺陷,那个基因缺陷所引发的疾病将使孩子自身不能享受人生的幸福,他的家庭摆脱不了经济负担和心理负担,还会使我们社会发展不快。这就使我们认识到基因技术的应用让我们有了更多的选择。基因研究和基因技术的运用将会改变传统的社会伦理、道德和法律。


  基因同疾病又是怎样的关系呢?


  第一,所有的疾病都可以说是基因病。人类所有的疾病,都直接或间接地同基因有关。例如,艾滋病、感冒等感染性疾病就是人类基因与艾滋病毒、感冒病毒等基因相互作用的结果。一场感冒病毒来了,即使所有的人都暴露在同样的环境,同样的病毒类型,同样的病毒密度之下,也并非百分之百的人都得感冒。解放以前有些地方发生的霍乱,每次传染都是“万户萧疏鬼唱歌”,但总是有几个人活了下来。再举一些外伤出血的例子,《三国演义》里说赵子龙百战百胜。可民间有这样的传说:实际上他并非百战百胜,因为他受点轻伤,一出血就活不成了。赵子龙可能是一个典型的单基因遗传病――血友病。一个血友病的患者,稍微内出血就疼痛难熬。显然,止血就是基因在起作用。血友病人正是缺少第Ⅷ凝血因子。从这个涵义上来讲,我们真的可以说,所有的疾病都是基因病。


  第二,大多数的药物都是通过修饰基因的结构,调节基因的表达,改变基因的功能而奏效的,特别是中草药。患同样疾病的两个人用同一种药物治疗,其疗效截然不同就是典型的例证。另一方面,人类基因组计划的完成使我们对人类基因有个更加全面的认识,可使我们生产更多种类的基因药物。治疗糖尿病的胰岛素就是用基因工程来生产的,在中国市场上,基于人的基因生产的胰岛素已经占60%以上了。


  第三,更加重要的一方面,就是要了解自己的基因,通过改变自己的生活环境、调整自己的生活方式和调节自己的心理状态(心理活动影响我们的“脑下垂体”,它所分泌的那些激素就是基因调节的相关因素),建立同自身基因的和谐关系。


  现在有200多种疾病可以在基因水平上作出诊断,并且在还没有发病以前就可做诊断,称为症状前诊断。那么,根据我们对基因的了解,完全可以少生病。


  生命科学在国民经济和


  可持续发展战略中的地位和作用


  21世纪是生命科学的世纪,生物产业将继信息产业之后成为21世纪的重要支柱产业。当然,很多产业都很重要,一点儿都不能忽视。如信息产业、生物产业、能源产业、材料产业,还有国防工业等等。但其中有两个是支柱产业,就是生物和信息。


  到目前为止,所有科技的进步,包括物理的、化学的、电子计算机的,它都是我们的脑子想出来的,都是我们手的延长,或者说是工具的改进。以基因和基因技术为源头的生物产业,就能解决食物、能源、材料、环保、医疗保健的问题,还有国防的问题。


  我们看到,食品(物)生产除了依赖生物技术对原有物种进行优化改良,达到优质高产的要求,又可以通过生物技术手段建立新的品种。这就是我们中国原来对食物同药物结合的一个概念。不久的将来,我们在超级市场购买的食物(如水果、蔬菜等),吃了以后等于接种了疫苗。这类食品已经在实验室获得了成功,几年之内就会上市。


  自然界给我们的能源,最主要的就是生物能源。有两条途径,一条是利用自然生长的植物和农作物的秸秆发电。通过生物技术改造,获得一些生长得非常快并且耐燃烧的植物来发电。另一条是,生物界中的许多动、植物利用生物技术,转变为可燃油和燃油添加剂。目前一些国家利用酒精作为石油添加剂,最高的技术水平达到25%酒精、75%石油的比例,大大地提高了石油的燃点,增加了石油的利用率,减少了空气污染。由此可见,利用生物技术转化得到的“生物”油既解决能源,又不污染环境,还能循环再生、取之不尽。美国的生物能利用已占整个国家能源的10%左右。


  材料呢?现在的纺织品,要么是植物的――棉絮,要么是动物的――丝绸。现在把丝绸的蛋白质引到牛奶里面表达出来了。牛吃的是草,挤出来的不只是奶,也不只是药品――人的胰岛素可用牛的乳腺做生物反应剂,还可以给我们做衣服。动物蛋白纤维所做的纺织材料,人体更适应,感觉更好。在今后的几年内,生物材料的耐火性、牢固性以及抗绝缘、抗张力问题都基本解决了,它必将越来越广泛地运用于制造业、建筑业和日用品生产,同其他合成材料一起改变我们的衣食住行。


  讨论转基因时还有一个环境问题。遗传工程改造的农作物因具有抗虫和抗病基因,可以少用农药和化肥,从而减少环境污染。由于生物材料的可降解性和能源的生物工程生产过程及其产品的低污染度将大大地改善人类居住环境和生存空间。


顺发彩票投注  生物产业有哪些特性呢?


  一是技术的通用性。人类基因组研究所使用的技术,可应用于其他生物基因组研究。同样,生物产业技术,或者称为生物工程技术也具有通用性。


  二是产业的上游性。以IT产业为例,计算机软件平台和“芯片”技术即是其上游。而我们的计算机曾一度出现过“软件靠盗版,硬件靠走私”。现在盗版、走私不能干了,那就得付钱。上游就是这样一个东西,你一旦失去,再夺回来,需要的时间就更长,付出的代价就更大。


顺发彩票投注  三是资源依赖性。第一次工业革命是资源依赖性的。――没有钢铁、没有煤炭、没有石油行吗?都不行。世界因为争夺资源打得你死我活。如果说信息革命是第二次革命的话,第二次革命资源依赖性就很弱。而生物产业既具有第一次工业革命那样的资源依赖性,又具有第二次革命――信息革命那样合法的专利垄断。所以它就会像第一次工业革命那样,为资源而导致全球范围的争夺。


  生物产业还具有上游资源的序列化、信息化特点。只要几台机器进行DNA分析,就能把资源的主要成分搞清楚并转变为信息,成为他们的东西,成为他们的专利。生物资源本来是大自然的、落地生根的,现在已经变成了可以占有的、可以争夺的。


  可以这样讲,生物资源的系列化、信息化、产权化、产业化和生物技术的产业化是生物产业的两条腿,缺一不可。


  第三次工业革命真是资源依赖性的。2001年1月13日,美国最大的抢人类基因组计划所得成果的那个公司就声称,得到中国的、富甲天下的植物、动物和人的遗传多样性资源,是我们公司全球业务和扩大基因组信息的基础性的工作中必不可少的。日本有家叫龙基因的公司――龙什么时候成了日本人的图腾――在公司成立的声明中特地写上:因为中国人口众多,所有的DNA就是原料,都在中国制作。这里有一个问题大家一定要注意,外国人把它的机器放到中国来进行遗传资源研究的合法化问题。


  我国已经建立了以ATCG为基础的、有强大的计算机分析、有我们国家自己的资源特色和自主知识产权的生命科学,亟待加速生物技术产业化、生物资源系列化、信息化、产权化、产业化的步伐。目前,我国基因组分析的能力和计算机分析的能力已经位居第四,超过了法国和德国。现在我们研究中心拥有两种先进的测序仪,并拥有我国自行生产的、运算能力为每秒4000亿次的大型计算机。我们的研究实力已超过日本。这不仅是简单的实力较量的问题,也是信心的较量。我们已经开始向发达国家,主要是欧洲大陆输出基因组分析的高科技。中国和丹麦一起做的猪的基因组计划就是一个开端。


  基因组分析还将深入到每一个人的“遗传特征”。以后身份证、驾驶证、信用卡,恐怕都得用DNA了。


顺发彩票投注  21世纪的生命科学和生物产业对我们是至关重要的。首先,我们需要人才。从现在起,就像计算机从娃娃抓起一样,生命科学和生物产业人才培养,也要从娃娃抓起。第二,生物产业、生命科学,对我们民族来讲,是个机遇,也是个挑战。很多上游的东西,比如遗传资源一旦失去,我们就会付出极大的代价。因此我们呼吁,各级领导要重视生命科学的研究,重视生物产业的发展。所有的有识之士、有能之士、有志之士,同我们一起去挑起21世纪我国生命科学和生物产业发展的重担。

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