生命科學與社會進步

21世紀是生命科學的世紀。生命科學所帶動的生物產業將繼信息產業之后，成為21世紀的重要支柱產業。生命科學涵蓋的基因和基因技術為源頭的生物產業，能夠解決食物、能源、材料、環保、醫療保健以及國防方面的諸多難題。21世紀初，作為擁有13億人口的中國，雖然參加了世界生命科學前沿的人類基因組計劃的研究，但所作貢獻僅僅在1.3％。與國際同行比，我們的科研基礎、起步時間、實踐條件，以及科學家的現有素質，都有較大差距。面對經濟全球化的挑戰，我們強力提高經濟競爭力、綜合國力的必由之路，就是推動中國的生命科學和生物產業快步走向世界。本期“特別報道”從理論與實踐諸多方面提供了相關精論和典例，相信對讀者有所裨益。

21世紀是生命科學的世紀。生命科學所帶動的生物產業將是21世紀的支柱產業之一，它在國民經濟中的地位同信息產業一樣重要。現在，生命科學的前沿是人類基因組的研究，也就是大家所知道的國際人類基因組計劃。

人類基因組工作框架圖的完成

以及中國所做的貢獻

2000年6月26日，是值得載入人類自然科學史冊的一個日子。這一天，參與國際人類基因組計劃協作組的6個國

家、16個中心同時宣布：人類基因組計劃工作框架圖勝利完成。

人類基因組計劃是人類科學史上的偉大科學工程，它對于人類認識自身，推動生命科學以及相關產業的發展具有極其重要的意義。中國政府對人類基因組計劃提出的共有、共為、共享三原則是認同的。因為它的序列是全人類的序列，它的成果是全世界人民都有權利平等分享的成果。中國參與人類基因組計劃，是中國的生命科學走向世界的一個里程碑，一個切入點。這是一個歷史的必然。因此它理所當然地引起國際生命科學界的重視。

1999年9月1日，國際人類基因組計劃協作組的5個國家15個中心，聽取了中國代表5分鐘的報告。報告中國現在具備的工作條件；匯報中國已經做了哪些工作，表明我們完全有能力參與國際人類基因組計劃；中國可以承擔的具體任務以及詳盡的財政預算和完成期限；同時承諾，要在8個月內，與國際人類基因組協作單位同步完成工作框架圖，并且要把其中的一半工作做到最后完成圖測序量的要求。

國際人類基因組計劃協作組成員認真聽取了中國代表的報告，認同了中國作為國際人類基因組計劃協作組的正式成員，立即把一個區域給了中國。

1999年10月3日，中國的三個實驗室——中國科學院遺傳所人類基因組中心、國家人類基因組北方中心和南方中心開始了這項緊迫的工作。這就意味著，自那時至2000年3月31日的200天內，我們一天要做2500個實驗反應。我們達到了每天測定200萬個堿基對的能力。這項全國測序實驗的工作總量，相當于世界上兩個最大的人類基因組研究中心（美國的一個中心和英國的一個中心）1993年一年的分析能力之和。可以這樣說，中國在那8個月內就走過了國外同行8年、甚至16年的歷程。正是由于我們通過參與國際人類基因組計劃，根據國際人類基因組計劃合作分享的原則，分享了國際同行用了8年乃至16年的時間建立起來的所有技術、策略，以及可用的實驗材料，分享了人類基因組計劃所有的實驗數據和結果，也分享了對人類基因組計劃這一重大計劃有關問題的發言權。國際同行都承認，中國在這個領域已經進入了生命科學的前沿。

由于我們艱苦卓越的工作，我國已于2000年3月圓滿地完成了我們所承擔區域的工作框架圖的繪制任務，并且在參與人類基因組計劃的6國16個中心里，我國居第6位。我們承擔的區域向外延伸了400萬個堿基對，中國的貢獻至少在1.3％以上，而不是以前承諾的1％。

我們的工作成果贏得了國際同行對中華民族在這一領域所做工作的認可。我們的承諾和貢獻，無愧于我們的國家和民族，無愧于生養和哺育我們的土地。

但是，作為一個中國的科學家，我認為1％的貢獻還是太小太小。我們國家肩負著世界上1/4人口生存和發展的責任，按世界人口比例來講，我們的貢獻應該在25％以上。但我們從另外兩個方面來看，其一，1％與99％所反映的所有技術要求是一樣的。我們所承擔的1％區域是以其他成員同樣的技術要求、同樣的質量要求完成的。假如把

人類基因組看成是一個非常大的太空站的話，它是由6個國家的16個工廠分別建造的太空船對接而成的。而實現這個太空站的對接，那缺少我們就是萬萬不可的了。我們造的太空船毫無縫隙地與人類基因組的巨大太空站實現了對接。因此就質量、技術水平而言，我們與發達國家的實驗室完全一致。其二，與國際同行相比，無論是我們的基礎、起步時間、實驗條件，還有我們科學家現有的素質都還不如人家，但重要的是，我們在8個月的時間里，做了別人至少8年的工作。和西方發達國家相比，我們的綜合國力還落后于別人，但中國參與人類基因組計劃與做出的貢獻，是起步比較早、積累比較多的。實踐證明：中國生命科學和生物產業走向世界是歷史的必然。

基因、基因組與人類基因組計劃

什么是基因呢？換句話說，用我們的眼睛能不能看到基因？根據它的現象，根據它在一個家系里表現的幽靈，我們能看到。自然的實質是任何實驗觀察手段都不能最終看到的。就是我們把DNA都搞清楚了，我們還不能夠說我們已經清清楚楚看到了基因。

中國有一句老話“龍生龍，鳳生鳳，老鼠生兒打地洞”。這句話的意思就是，動物的許多行為確確實實是與基因有關系。比如說，實驗室里養的小老鼠從來沒有見過貓，它的爸爸媽媽也沒有告訴它貓是它們的敵人，可你給它一個貓的模型，給它貓的氣味，給它聽貓的聲音，它都像如臨大敵一樣。從遺傳學上來講，可以看到老鼠上下代之間的相似，也可以看到同一代之間的差異。

如果我的兒子站在我的身邊，大家就看到，他的鼻子完全像我，他的眼睛像他媽媽。可是，我給兒子的DNA只有一半，他媽媽給了他另外一半。我們這里又隱隱約約地看到了基因。舉一個乳腺癌病患的例子，我們真的能看到一個“疾病基因”的幽靈在那個家族中世世代代地徘徊。美國一位三十幾歲的女士，兩個乳房都已經切除了。她現在很認真地考慮她自己女兒的問題，為什么？她的媽媽和外祖母都患有乳腺癌，她媽媽死于乳腺癌。她也聽她媽媽說過：“她媽媽的媽媽的媽媽也是死于乳腺癌”。如果我們把這個家庭畫一個家系圖，男的畫成方框，女的畫成圓形，沒有病的是白色，乳腺癌患者涂成黑色。啊！一個乳腺癌的“幽靈”出現，這個幽靈就在這個家族中徘徊。它總是用同一種方式——乳腺癌奪取他們女兒之中的一些家庭成員的生命。

我們只能說，我們已經隱隱約約感覺到了基因的存在。那么，用顯微鏡把我們眼睛的觀察能力擴大一點，我們也僅能看到細胞和“承載”基因的染色體。因為現有的生命科學研究成果還遠遠不能揭示生命奧秘的最后本質。

什么是基因組呢？我們可以說，基因組的意思就是一個物種所有基因的總和。也可以說，是我們人體遺傳信息的載體——DNA分子的組合。從另外一個意義上來講，它也是同生老病死相關的遺傳信息的組合。人的每個細胞里的DNA接起來的話，有兩米長，是由30億個組成成分構成。可以把人的基因組想象為一條鐵路，這條鐵路是由30億根枕木鋪成的。這個用30億根枕木鋪成的鐵路，枕木的材料只有四種：要么是水泥的，要么是鋼鐵的，要么是石頭的，要么是木頭的。人類基因組計劃就是要搞清楚每一根枕木是什么材料，這30億根枕木又是如何排列的。有人把人類基因組比作一本“天書”，說是隱藏著人類所有遺傳信息的天書。人類基因組計劃就是要讀懂這本天書。

20世紀，用了整整一個世紀的時間，從認識和發現生命最重要的兩條遺傳規律開始，到50年代，建立了最重要的遺傳物質分子結構模型——DNA雙螺旋模型；世紀之末的DNA克隆和“多莉”羊的誕生，宣布了這個世紀對生命遺傳規律研究的一步步的成熟。而人類基因組計劃——研究人類本身這個最高級、最復雜的生命科學的計劃，把人類帶入了一個新的時期。

如果說那個表明人體結構的解剖圖奠定了現代醫學發展基礎的話，人類基因組計劃完成的那張序列圖就是第二張人類分子水平的解剖圖，它將奠定21世紀生命科學研究和生物產業發展的基礎。

人類基因組計劃的社會及科學意義

無論從投入的規模、從事該項工作的人數，還有對現代科學的影響來講，人類基因組計劃是繼曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃以后，人類科學史上最宏大的一個研究項目。從科研的合作和共享，從人類的和諧與進步，從世界和平與可持續發展等方面來看，人類基因組計劃的意義遠遠超過了前兩個計劃。人類基因組計劃所倡導的“共有、共為、共享”的原則，特別是作為發展中國家——中國的參與，實實在在的是在縮小發達國家與發展中國家的差距。我們所要歌頌的也正是這樣一種精神，我們中國科學家也應該為自己所做的工作感到自豪和驕傲。

中國作為人類基因組計劃中惟一的發展中國家，意味著中國在人類基因組研究這個大家確認的生命科學前沿領域中，我們確確實實地走向世界了。在涉及人類基因組的一系列問題中，中國更有發言權了。

基因同人的健康問題息息相關。生命科學對社會的最大影響，就是提高人類的健康水平。健康的問題是每一個人、每一個家庭、每一個社會團體、每一個政黨、每一個政府，都得考慮的問題。人總是追求健康的，人類基因組計劃的初衷之一就是讓大家活得更好、更健康、更快樂。

中國是一個發展中國家，可我們面臨的卻是發達國家和發展中國家所面臨的雙重挑戰。比如，我國目前還有3000多萬同胞生活在貧困線以下，可是同時卻有10％的城市兒童患有肥胖癥。現在治療肥胖比解決一個人的溫飽不知要貴多少倍，而到今天為止都沒有真正找到針對肥胖病因的“特效藥”。那個導致肥胖的“肥胖基因”，據說價值1.4億美元。對其開發利用所產生的效益將是一個天文數字。眾所周知，腫瘤、血管病、老年性癡呆、帕金森病等威脅人類健康的疾病也是我國人群的常見病和多發病。每一種疾病都是我們認識一個基因的極好機會。這些基因的認識和研究對患者來講，又是最大的福音。我相信，隨著我們對人類基因組的認識，對那些致病因子在基因水平上相互作用的研究，我們會很快地攻克那些疾病的。

隨著我們對自身認識的不斷深入，人類又會面臨新的挑戰，面臨來自社會倫理道德法律方面的挑戰。比如講長壽，人類基因組計劃完成以后，有人預測人類可以活到1200歲，但過長的壽命會帶來資源和生活空間問題，以及現實生活中許多問題，比如醫療保險，本來個人的所有與醫學有關的數據都應該讓保險公司知道，你確實生病的風險高就應多交錢，假如大家都一樣，對不生病的人就顯得不公平。但對個人的基因信息的了解和公開是否會引發新的社會歧視？如基因檢測能夠在胎兒時期推斷可能存在基因缺陷，那個基因缺陷所引發的疾病將使孩子自身不能享受人生的幸福，他的家庭擺脫不了經濟負擔和心理負擔，還會使我們社會發展不快。這就使我們認識到基因技術的應用讓我們有了更多的選擇。基因研究和基因技術的運用將會改變傳統的社會倫理、道德和法律。

基因同疾病又是怎樣的關系呢？

第一，所有的疾病都可以說是基因病。人類所有的疾病，都直接或間接地同基因有關。例如，艾滋病、感冒等感染性疾病就是人類基因與艾滋病毒、感冒病毒等基因相互作用的結果。一場感冒病毒來了，即使所有的人都暴露在同樣的環境，同樣的病毒類型，同樣的病毒密度之下，也并非百分之百的人都得感冒。解放以前有些地方發生的霍亂，每次傳染都是“萬戶蕭疏鬼唱歌”，但總是有幾個人活了下來。再舉一些外傷出血的例子，《三國演義》里說趙子龍百戰百勝。可民間有這樣的傳說：實際上他并非百戰百勝，因為他受點輕傷，一出血就活不成了。趙子龍可能是一個典型的單基因遺傳病——血友病。一個血友病的患者，稍微內出血就疼痛難熬。顯然，止血就是基因在起作用。血友病人正是缺少第Ⅷ凝血因子。從這個涵義上來講，我們真的可以說，所有的疾病都是基因病。

第二，大多數的藥物都是通過修飾基因的結構，調節基因的表達，改變基因的功能而奏效的，特別是中草藥。患同樣疾病的兩個人用同一種藥物治療，其療效截然不同就是典型的例證。另一方面，人類基因組計劃的完成使我們對人類基因有個更加全面的認識，可使我們生產更多種類的基因藥物。治療糖尿病的胰島素就是用基因工程來生產的，在中國市場上，基于人的基因生產的胰島素已經占60％以上了。

第三，更加重要的一方面，就是要了解自己的基因，通過改變自己的生活環境、調整自己的生活方式和調節自己的心理狀態（心理活動影響我們的“腦下垂體”，它所分泌的那些激素就是基因調節的相關因素），建立同自身基因的和諧關系。

現在有200多種疾病可以在基因水平上作出診斷，并且在還沒有發病以前就可做診斷，稱為癥狀前診斷。那么，根據我們對基因的了解，完全可以少生病。

生命科學在國民經濟和

可持續發展戰略中的地位和作用

21世紀是生命科學的世紀，生物產業將繼信息產業之后成為21世紀的重要支柱產業。當然，很多產業都很重要，一點兒都不能忽視。如信息產業、生物產業、能源產業、材料產業，還有國防工業等等。但其中有兩個是支柱產業，就是生物和信息。

到目前為止，所有科技的進步，包括物理的、化學的、電子計算機的，它都是我們的腦子想出來的，都是我們手的延長，或者說是工具的改進。以基因和基因技術為源頭的生物產業，就能解決食物、能源、材料、環保、醫療保健的問題，還有國防的問題。

我們看到，食品（物）生產除了依賴生物技術對原有物種進行優化改良，達到優質高產的要求，又可以通過生物技術手段建立新的品種。這就是我們中國原來對食物同藥物結合的一個概念。不久的將來，我們在超級市場購買的食物（如水果、蔬菜等），吃了以后等于接種了疫苗。這類食品已經在實驗室獲得了成功，幾年之內就會上市。

自然界給我們的能源，最主要的就是生物能源。有兩條途徑，一條是利用自然生長的植物和農作物的秸稈發電。通過生物技術改造，獲得一些生長得非常快并且耐燃燒的植物來發電。另一條是，生物界中的許多動、植物利用生物技術，轉變為可燃油和燃油添加劑。目前一些國家利用酒精作為石油添加劑，最高的技術水平達到25％酒精、75％石油的比例，大大地提高了石油的燃點，增加了石油的利用率，減少了空氣污染。由此可見，利用生物技術轉化得到的“生物”油既解決能源，又不污染環境，還能循環再生、取之不盡。美國的生物能利用已占整個國家能源的10％左右。

材料呢？現在的紡織品，要么是植物的——棉絮，要么是動物的——絲綢。現在把絲綢的蛋白質引到牛奶里面表達出來了。牛吃的是草，擠出來的不只是奶，也不只是藥品——人的胰島素可用牛的乳腺做生物反應劑，還可以給我們做衣服。動物蛋白纖維所做的紡織材料，人體更適應，感覺更好。在今后的幾年內，生物材料的耐火性、牢固性以及抗絕緣、抗張力問題都基本解決了，它必將越來越廣泛地運用于制造業、建筑業和日用品生產，同其他合成材料一起改變我們的衣食住行。

討論轉基因時還有一個環境問題。遺傳工程改造的農作物因具有抗蟲和抗病基因，可以少用農藥和化肥，從而減少環境污染。由于生物材料的可降解性和能源的生物工程生產過程及其產品的低污染度將大大地改善人類居住環境和生存空間。

生物產業有哪些特性呢？

一是技術的通用性。人類基因組研究所使用的技術，可應用于其他生物基因組研究。同樣，生物產業技術，或者稱為生物工程技術也具有通用性。

二是產業的上游性。以IT產業為例，計算機軟件平臺和“芯片”技術即是其上游。而我們的計算機曾一度出現過“軟件靠盜版，硬件靠走私”。現在盜版、走私不能干了，那就得付錢。上游就是這樣一個東西，你一旦失去，再奪回來，需要的時間就更長，付出的代價就更大。

三是資源依賴性。第一次工業革命是資源依賴性的。——沒有鋼鐵、沒有煤炭、沒有石油行嗎？都不行。世界因為爭奪資源打得你死我活。如果說信息革命是第二次革命的話，第二次革命資源依賴性就很弱。而生物產業既具有第一次工業革命那樣的資源依賴性，又具有第二次革命——信息革命那樣合法的專利壟斷。所以它就會像第一次工業革命那樣，為資源而導致全球范圍的爭奪。

生物產業還具有上游資源的序列化、信息化特點。只要幾臺機器進行DNA分析，就能把資源的主要成分搞清楚并轉變為信息，成為他們的東西，成為他們的專利。生物資源本來是大自然的、落地生根的，現在已經變成了可以占有的、可以爭奪的。

可以這樣講，生物資源的系列化、信息化、產權化、產業化和生物技術的產業化是生物產業的兩條腿，缺一不可。

第三次工業革命真是資源依賴性的。2001年1月13日，美國最大的搶人類基因組計劃所得成果的那個公司就聲稱，得到中國的、富甲天下的植物、動物和人的遺傳多樣性資源，是我們公司全球業務和擴大基因組信息的基礎性的工作中必不可少的。日本有家叫龍基因的公司——龍什么時候成了日本人的圖騰——在公司成立的聲明中特地寫上：因為中國人口眾多，所有的DNA就是原料，都在中國制作。這里有一個問題大家一定要注意，外國人把它的機器放到中國來進行遺傳資源研究的合法化問題。

我國已經建立了以ATCG為基礎的、有強大的計算機分析、有我們國家自己的資源特色和自主知識產權的生命科學，亟待加速生物技術產業化、生物資源系列化、信息化、產權化、產業化的步伐。目前，我國基因組分析的能力和計算機分析的能力已經位居第四，超過了法國和德國。現在我們研究中心擁有兩種先進的測序儀，并擁有我國自行生產的、運算能力為每秒4000億次的大型計算機。我們的研究實力已超過日本。這不僅是簡單的實力較量的問題，也是信心的較量。我們已經開始向發達國家，主要是歐洲大陸輸出基因組分析的高科技。中國和丹麥一起做的豬的基因組計劃就是一個開端。

基因組分析還將深入到每一個人的“遺傳特征”。以后身份證、駕駛證、信用卡，恐怕都得用DNA了。

21世紀的生命科學和生物產業對我們是至關重要的。首先，我們需要人才。從現在起，就像計算機從娃娃抓起一樣，生命科學和生物產業人才培養，也要從娃娃抓起。第二，生物產業、生命科學，對我們民族來講，是個機遇，也是個挑戰。很多上游的東西，比如遺傳資源一旦失去，我們就會付出極大的代價。因此我們呼吁，各級領導要重視生命科學的研究，重視生物產業的發展。所有的有識之士、有能之士、有志之士，同我們一起去挑起21世紀我國生命科學和生物產業發展的重擔。

（作者：中國科學院遺傳研究所人類基因組中心主任）