书城教材教辅激发青少年科学发明的故事(启发青少年的科学故事集)
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第49章 关于基因的“科学物语”

今年“科博会”期间举行的“科技前沿与产业发展中外院士论坛”带来了纯正的学术气息,也把这场注重实用的盛会推上了理论的高度。六场精彩的演讲使得整个大厅座无虚席,听众一半以上是20多岁的年轻人,院士们仿佛在面对着中国的未来演讲,而听众则在院士宏阔的思维大海中感受着知识“沐浴”的酣畅。

人与人之间9999%的基因密码相同

中国医学科学院院长、医学分子生物学专家刘德培在题为《基因表达调控与功能基因组》的报告中回顾了生命科学史上的三次革命,他认为许多疾病其实是基因及其产物相互作用的结果。如果有一张分子水平遗传图,就可为疾病预测、预防、诊断、治疗与个体化医学提供科学参考。

人类基因组图谱及初步分析结果显示,人类基因总数约3万个,人类基因组中因基因密度高低不同,存在“热点”和大片“荒漠”,人与人之间9999%的基因密码相同。

人类基因组的读出与读懂

刘德培院士进而指出,基因的读出需要三个步骤:1测序:测出共含30亿个碱基对的DNA片段序列。2拼接与组装:用生物信息学方法,通过计算机,将片段恢复到原来的链状结构。3标注:用科学语言读出人类基因组,找出3万多个基因的确切位置与作用。

基因的读懂意味着生命奥秘的破译,如能读懂,所有基因的表达调控规律将得到系统阐述。

世界对生物技术的重视

中国工程院副院长、医学病毒学专家侯云德在题为《加入WTO后我国生物药物产业面临的挑战与机遇》的报告中指出,“生物技术产业化工程”在“十五”计划高技术产业化规划中已列为12项重大项目之一,“功能基因组和生物芯片”在“十五”计划科技规划中也被列为12项重点科技之一。

美国参议院2002年4月18日通过决议,指定4月21~28日为“国家生物技术周”,以示国家对生物技术的重视,采用现代生物技术可从事医药、农业、工业和环境的研究和开发相关产品,对付生物恐怖主义;生物技术对改进人类生活质量产生了重要作用。2002年5月1日,世界卫生组织发表了关于基因研究的报告,指出“基因研究可以大幅度地提高发展中国家的医疗保健事业”。

“一头牛的乳腺每年可生产300公斤蛋白质”

基因制药包括基因诊断、基因治疗、基因疫苗等,生物制药前景无限。侯云德院士说,可采用牛、羊等动物的乳腺生物反应器生产药物,一头的牛乳腺每年可生产300公斤蛋白质。转基因植物如玉米、烟草和大米等也可用来生产药物,转基因水稻和油菜可解决维生素A缺乏症和缺铁性贫血,功能性食品将得到开发,吃土豆就相当于口服腹泻疫苗。但是,药物的质量控制问题还难以在短期内解决。

20世纪的三大科技计划

侯云德院士认为,20世纪的三大科技计划“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”及“人类基因组计划”中,对人类基因的探索及了解人类自身以致操纵生命,其意义比前两个计划更为深远。研究表明,人体有100万亿个细胞,每个细胞核内有23对染色体,约30亿对核苷酸,编码约3~10万个蛋白质,负责个体发育和维持生命活动。

基因治疗技术

侯云德院士列举了能通过基因治疗的疾病种类,它们是:遗传病、恶性肿瘤、艾滋病、乙型肝炎、心血管疾病、代谢性疾病等。目前,全球临床方案数达300多项,病例数超过3500人,其中美国的病例占80%;61%的病例为恶性肿瘤;24%为艾滋病DNA和基因疫苗。目前存在的问题是:治疗肿瘤的靶基因尚不很清楚,基因表达调控尚未完全解决。

基因芯片将为疾病预防提供导向图

侯云德院士介绍了计算机科学与生命科学相结合而形成的新学科-生物信息学,而生物芯片则是将成千上万个与生命活动相关的大分子样品,借鉴半导体技术,集成在一块数平方厘米的载体片上进行化学反应,并将检测数据进行分析处理的一种崭新技术。目前的生物芯片主要是DA和蛋白质微阵列芯片。

在未来5~10年内,生物芯片将发展成在人类健康保健、医药、环保、食品、农业以及其他生命科学研究领域内的巨大产业。生物芯片可用来检测核酸的变异和多样性,分析疾病组织的基因表达及疾病易感性,其市场每年将增加50%,到2004年将达33亿美元。

胚胎干细胞工程可用来治疗多种疑难病

侯云德院士指出,克隆羊的成功,证明哺乳动物的体细胞具有发育潜能,因而有可能将受者的体细胞或脏器特异性干细胞,培养于特定的环境中,使之增殖、分化为特异性功能细胞。多能胚胎干细胞分化为神经细胞、血液和免疫细胞及肝细胞等实验已经成功。它将在医学上引起一场革命,治疗多种疑难病症。

日本东京大学生物学教授Makoto在国际上首次采用青蛙的胚胎干细胞培养出人工眼球。2001年6月的一则报道发现,一种鱼的基因可触发干细胞分化发展成组织,形成内脏。但其产业化的路途尚不明晰。

约6000种遗传病与基因变异有关

随着人类基因组计划的实施,已知人与人之间核苷酸不完全相同,许多疾病的易感性、得病的严重性均与基因的变异有关,据统计,约6000种遗传病与基因变异有关。感染个体的病毒、微生物对药物的抗药性不同,个体对药物的敏感性也不同。

侯云德院士指出,《科学》杂志上发表的文章表明:没有任何一种已知基因是单一形式的,人类每个单一基因平均有14个版本可被遗传,从约四千个基因中发现有6万个以上的基因版本。假如人类只有3万个基因,那么其版本则有50万个。药物的安全性和副作用在很大程度上决定于其基因的版本。

1000多种生物新药中治疗癌症的有400种

2001年美国食品和药物管理局正式批准上市的生物制药为117种,市场资本总额为3300亿美元,处于临床研究阶段的药物有1000多种。全球约一半人已使用过生物技术产品。侯云德院士指出,近20年来生物制药在整个药物和生物制品中所占份额不断增加。美国食品和药物管理局近5年批准上市的生物技术药物已超过过去13年的总和。尽管美国经济不振,但生物技术公司在经济效益上处于其25年来最好的时期,去年上市公司增加了13%,生物技术公司的资产增加了330亿美元,高于过去5年投资的总和。1000多种新药中治疗癌症的有400种;儿童需要的新药200多种。

我国医药生物产品14年翻了100倍

侯云德院士认为,我国生物医药产业的总体技术水平与国外差距相对较小,1986年我国生物技术产品的销售额仅2亿人民币,2000年达200亿,增加了100倍。1999年我国从事生物技术研究和开发的公司约为320家,生产厂家80多家。从事生物技术的科研院所和大学有297家,2000年近20种基因工程药物和疫苗批准进行商业化生产,奠定了我国生物高技术产业的基础。约20~30种基因工程药物处于临床前或临床I、II期试验。