基因组先驱:我们拥有了控制进化的魔力

J. Craig Venter是人类基因组计划的制图先驱,他和其他科学家一起在2000年完成了人类基因组的测序工程。最近他探讨了有关人类具有可以对基因进行读写甚至编辑的能力所能带来的机会和危机。
Q:你曾经说过,人类正在进入进化新纪元——从自然选择到智能化方向的发展。为什么会这样说?这究竟意味着什么? A:35亿年到40亿年的生物进化成就了今天的我们,社会进化则快得多。如今我们可以阅读和书写基因密码,将其以数码形式进行储存,同时可将其经过反编译合成新的生命,这有可能使得生物进化的速度赶上社会进化的速度。从理论上来讲,这意味着我们可以控制生物设计过程,可以编写DNA软件,将其引导到转换器,从而创造无限多种类的生物。 今年是我们团队合成第一个人工细胞的第五年。为了合成人工细胞,我们使用计算机的0和1,重写了来自于四瓶化学物质的基因密码,然后将其上传到了一个自复制的的细胞中。这意味着,我们开始拥有控制进化的力量。目前我们正在一些细胞中尝试,通过合成食物、合成化学物质甚至新型材料等可能会引起新的工业革命。最终,当我们能更好地认识我们的基因的时候,我们可以编辑人类基因——这正是去年某些中国科学家们从事的令人不安的实验。所以说我们有这样做的能力。但是,很显然我们目前还没有这样的智慧或者合理使用它的知识。这也就解释了为什么很多参与到该研究中的科学家建议,在我们还没有完全理解所有基因组之前,不能轻举妄动。 [caption id="attachment_6559" align="aligncenter" width="630"]维克森林大学的实验室里,正在清洗猪肾。他们希望找到替代人类器官的方法。 维克森林大学的实验室里,正在清洗猪肾。他们希望找到替代人类器官的方法。[/caption] 然而最终,到我们无法避免地失去对自己的控制。运用知识来消除让人类忌惮的疾病可以说是谁也抵挡不住的诱惑。消除疾病所带来的影响也将是不可避免的,因为我们已经知道如何提高智力以及如何提高运动能力,简言之,就是如何制造更优秀的人类。 Q:那么,你关于基因编辑的忧虑不是它不应该施行,而是在我们还没有掌握关于其影响的合适的知识之前,我们不能轻举妄动。这会有什么区别呢? A:不同在于,当我们有了更全面的知识时,我们可以有更清晰的认识,而这正是我们现在所没有的。让我们以果蝇为例。如果它的翅膀有缺陷,我们可以找出究竟是哪部分结构性蛋白导致了这种缺陷,并且将其修复。但是,其实是某种在早些时候导致了这种蛋白质结构的基因控制了身体的发展,翅膀只是其中一部分。它不过是在最后一步变成了结构蛋白质。因此,如果我们对其进行了干预,认为我们只是修复了果蝇的翅膀,其实我们已经改变了果蝇的整个身体。 假设我们知道我们改变的基因是什么,但是这实际上改变了果蝇的整个发展过程,或者改变了其中一些我们并没有正确理解的生物发展进程,这就是实验。这对于人类来说简直就是梦魇。去标识或制造一些不为人知的人类基因组,这本身就是一个错误的想法。如果我们想要尝试对人类的一些基因进行较大改动,更多的问题将会随之出现。关于这部分题材的科幻电影也有很多。这也是文学作品《科学怪人》的灵感来源。 一句话,我们需要拥有更全面的知识,从而保证我们可以在合适的方式下做出改变,这对于个体来说才是安全有效的,也能对社会有益。 Q:您是人类基因组计划的先驱,那么您能告诉我们关于基因的功能,我们到底知道多少?大约有多少基因的功能是已知的? A:我们在电脑中设计的细胞拥有任何自复制生物中最小的基因。在这种情况下,大约10%的基因,即大约50个基因的功能我们并不知道。我们知道的是,如果一些特定基因不能顺利表达的话,我们不能得到活的细胞。而人类基因的情况则完全不一样。我们仅仅知道差不多10%的基因功能。很多东西我们只是略知皮毛,而我们知道的远远低于我们不知道的部分。我们并不清楚大多数基因的真正功能。但是在接下来的十年中,我们会采用更加先进的电脑来对其进行深入研究,或许可以了解更多关于基因的知识。 Q:那么,人类将面临的障碍是可进行大数据分析的超级电脑?你拥有基础信息,问题是如何分析这些功能吗? A:破译自己的基因组花费了差不多一亿美元,耗时九个月,同时还需要一个厂房那么大空间,里面塞满了各式各样的机器。很显然,这样的工作可重复性不强。但是,现在技术已经更加便宜和高速,尽管并没有十五年前精确。现在,破译一个人的基因成本已经降低至1500美元。现在,我们可以着手获得大量的信息。在十五年前,破译10000个基因都像是天方夜谭,而每个人1亿美元的成本则让人望尘莫及,如今,在我们的预算下获得100万基因也是可能的,且类别差不多有80亿人,而这仍然只是人类很小的一部分。因此,我们还有很长的路要走。为了计算并理解所有我们收集的信息,这又会产生一个巨大的数据问题。这也是一个多因素的问题。人们已有的想法是,这里存在着的是一个关于糖尿病或者癌症的基因,你需要做的就是找到它并且将其修复。这种基因就会在我们理解了人类的功能和疾病之后很快消失。 [caption id="attachment_6560" align="aligncenter" width="630"]华盛顿大学基因研究所 华盛顿大学基因研究所[/caption] 我们知道,大约有一半的基因和大脑相关。这并不是说3个基因,而是大约10000个基因和大脑相关,甚至还有一个我们并不清楚的基因组合。我们目前正在做的一件事就是通过基因密码来预测一个人的面部特征。为了实现这一点,我们对人脸进行了大约30000项测试,以及3D图像的创建,从而发现基因中的有效部分。我们基于线性思维,来简化遗传学和基因组学的表达方式。15年前,许多科学家都奢望获得300000基因组的数据。不幸的是,这并不是我们生物学的工作方式,如果那样的话我们将是非常简单的生物。 Q:你们是如何发现决定人类面部特征的基因的呢? A:现实中这种基因的工作方式是基因决定了你的面部特征,因此这并不是靠想象获得结论。我们相貌的不同,源自我们基因中非常微小部分的差别。我们有一系列的摄像头可以获得面部的3D图像,进行大约30000项不同测试,例如眼睛的距离以及其他一些物理因素。然后,我们观察这30000项测试获得的基因,分析是否可以获得决定特定因素的基因。很明显,人类不同种族之间本身也有很多变化,因此,这并不是一个简单的算法就能解决的。是否可以通过基因组判断出一个人的声音如何,我不能打包票。但是,我们可以得到这样的一些近似,例如完美的音调是遗传的。音律是遗传的。但是,仍然有很多其他因素会影响我们的声音。 打个比方,美国政府为国家安全局的间谍计划辩护时说道,元数据仅仅可以让他们获得这些图样,但是并不会侵犯个人隐私,因为这些数据上都没有个人的名字在上面。但是,你说的是,通过这些基因元数据,我们可以往回看,并且获得个体特征。但是,可以去标识或者抹杀某个特定的人的基因特点——这一论述本身是一个错误。考虑到为研究捐献基因的做法,我们必须修改法律,因为,人们在错误的观念下会认为,研究人员会通过这些样品来对其匿名化。在如今图像身份辨识软件遍地皆是的情况下,这点格外难以做到。如果我们可以通过你的基因来生成一张你的照片或者更精确的描述,那要想匿名将会是非常困难的。目前在大多数情况下,你仅仅需要两点信息来识别身份。你不可能从基因中获得你的电话号码,但是,通过网络或者一些简单的工具,这就不难实现,除非有人完全不接触网络,从来没有在网上出现过。因此,我承认在这一点上我们需要格外注意。在我们的实验室,我们正在创建一个高度安全的数据库,在这里,任何人都不能获取你的基因信息或者通过算法得知你的个人信息。令人诧异的是,这种通过基因信息就可以进行身份识别的谣言竟然持续了这么久。我们必须非常小心地告诉人们,他们将会是安全的匿名捐献者。 去年,一个小组发表的论文和我的家族成员有关,且找到了很多的信息,因为我们的基因在网上可以查到。如果可以重来,我会建议15岁的自己,在充分了解这件事情所带来的影响之后,再决定把自己的基因信息公开。但是,今天我不会建议20岁的J. Craig Venter将基因信息公布,因为我们不知道这个社会会如何对待这些信息。这将会被用于研究威胁人类安全的疾病,还是像1930年代的冷泉港实验室一样,进行优生运动的研究?我们要时刻记住,在我们生活的美国社会中,有一半的人并不相信进化论。如果我们生活在一个科盲的社会,那么,我们或许不该相信这些复杂的信息可以准确地预测人类的特征。 Q:那么自愿暂停是否足以控制相应的技术? A:人在美国,无法控制世界其他地方对这个问题的看法。我们能做的就是让这些研究不会发在顶级期刊上,确保不会有人因为在人类实验而获奖。自纳粹实验以来,这是我们一贯的态度和方法。即使这些研究的信息或许是有用的,基本上我们可以做到禁止所有的数据进入现代科学的范围。如果人们希望得到同行的尊重(绝大多数科学家还是把获得同行尊重作为一大人生目标,觉得这比赚钱更重要),那么,就有可能控制这样的事情发生。但是,在我们的世界,这种控制是随着国家不同而变化的。我相信,中国政府也不愿意通过人体实验来为社会带来新的负担。 Q:您目前也在进行人性化的猪相关的研究工作。能介绍一下这个项目吗? A:我的公司,Synthetic Genomics正在进行一项改造猪的基因的项目,以便让猪的一些器官可以移植到人体。每年大约有100万美国人由于缺乏移植器官而遗憾辞世。即使对于那些身患癌症的病人,我们也没有予以足够的重视,增加可移植器官源可以有效解决这个问题。猪的器官,尤其是心脏和肺部,几乎和人类的器官尺寸一样,如果我们可以改变其中的一些基因,使其具有人类的基因和蛋白质,那么,可以将其移植到人体中而不会产生副反应。目前,心脏可以在移植后持续一年多,而肺部是最难移植的组织,只能在移植后存活很短的时间。我们公司的目标是制造新的细胞,可以进行核移植,让新培育的猪具有人类组织。这个过程非常严谨,我们有大量人员从事这方面工作。虽然这并不容易实现,但是,我们都在努力。 Q:这需要多久才能实现?15年? A:我们希望不需要这么久。我们需要让这个过程更加完美。我们正在努力进行设计,努力改变其中的一些东西。我们并没正确认识了解所有的排斥反应。有各种不同阶段,超短期反应,有中间反应,也有长期反应。但是,我们正在对其进行优化,我们希望的是短于10年,最快5年实现。 Q:我们知道,您的理想是延长人类的寿命。我们有可能活到150岁吗? A:我们的目标不是让人活得更长,而是让人们可以拥有健康人生。我们需要仔细考虑,如果让人类的寿命增加到125岁,会对社会造成什么影响。现在我们已经在过度使用这个星球上的资源了。如果我们的寿命增加,我们应该考虑如何建立一个可持续的,可循环利用的生活方式。我们需要努力实现通过生物方式将二氧化碳转变为化学物质或者能量。需要改变过去那种单纯延长寿命的做法。我们的目标是提升人类的生活质量,拥有正常的生活,而不是疾病缠身。我们都知道,癌症和心脏病给人类带来的痛苦,如果我们可以通过努力消除这些疾病,这将会对人类产生巨大影响。   选自huffingtonpost,作者Nathan Gardels,机器之心编译出品。参与人员:杨超,Gabrielle。

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