近期的发展趋势表明,在可预见的未来,信息技术和生命科学将是世界科技中最活跃的两个领域,两者在未来有交叉融合的趋势。而两者相比,方兴未艾的生命科学对于许多国家来说不仅具有现实意义,而且面临巨大的机遇。
人类将延长生命
对现在的人类来说,延长生命已经不再是美丽的梦想。众所周知,位于染色体末端的端粒(telomere),具有保护染色体的作用,就像是鞋带头保护鞋带一样。它是人类维持健康和生命长久的钥匙。然而,在经过大约100次的细胞分裂之后,这些端粒会变短,因而也就失去保护染色体的能力。
如果能够找到一种方法来保持人类的端粒完整不受损伤,那么,在理论上,人类细胞就能够永远存活下去。加长、保护和再建端粒的酶叫端酶(telomerase),当细胞中拥有这种酶的时候,细胞就“永生不灭”。因此许多生物学家将端酶称为“长生不老酶”。几年来,科学家一直在寻找这种强有力的酶的基因。格龙公司和美国科罗拉多大学的科学家发现了这种基因,并将其命名为hTRA。拥有了这种基因,科学家就能找到生产端酶的蛋白质的方法。
1998年1月,格龙公司宣布,他们已通过把hTRT注入细胞中激活了端酶。格龙公司的科学家们能够延伸受过处理的细胞中的端粒,从而延长了培养基中细胞的寿命,通过所谓的自然限制的细胞分裂,至少延长了20次分裂。同年晚些时候,格龙公司宣布,在一个独立的实验中,他们已经重组了胚胎干细胞中的端粒,如果格龙公司能够使类似的干细胞长生不老的话,此类物种就可以通过简单的注射使它的任何器官变得年轻。
出生的婴儿必定是健康的
美国西弗吉尼亚州的律师马克 · 亨特原本有一个幸福的家庭,妻子特雷西温柔漂亮,儿子安德鲁聪明可爱,可是祸从天降,儿子出生就有许多先天性缺陷,在10个月大时,由于动一次大手术而不幸死亡,亨特夫妇悲痛欲绝。他们太爱安德鲁了,决定克隆一个小安德鲁,作为“活着的纪念品”。于是他们就出资秘密建立了一个实验室,希望克隆出安德鲁,但是后来事情败露,克隆进程不得不中断。尽管如此,今后也许人们可以设计将要出生的婴儿是什么样子:让还未出生的孩子非常健康、非常聪明、非常漂亮。要达到这些目的也许很简单,只要对胎儿的DNA作些修改就可以了。减少一些低质量基因,增加一些高质量基因。
在“组合”未来的“非常婴儿”方面,父母们面对的是一道多项选择题,他们可以选择让婴儿能抵抗常见疾病和抗感染的基因,这样婴儿不会再害怕癌症、心脏病、艾滋病等疾病。父母还可以让孩子拥有惊人的记忆力、优秀的品格或者弹钢琴的天赋等等。
美国一些基因科学家现在已经开始研究如何从精子和卵子上入手,在受精卵刚刚形成的时候就对其进行控制。
防病治病方法的革命
科学家预测,今年30年,人类基因组研究将对人类自身的发展产生重大影响。到2010年,科学家将开发出可检测10多种疾病的遗传检测手段。在糖尿病和心脏病等疾病形成过程中,人体基因起了很大作用,因此,利用遗传检测,医生们将可以对那些今后有患病危险的人及时采取措施,如劝告有可能患心脏病的人进行更多的锻炼和少吃含胆固醇的食物,以防疾病发作等。
一种称为“植入前遗传诊断”的技术将被广泛使用,以检查在试管中培育的胚胎植入母体前是否存在遗传缺陷。目前,这种技术已用来检查胚胎是否患血友病和肌营养失调等病症,今后还可用来检查更多的疾病。今后10年,向患者体内输人转基因病毒来矫正患者基因缺陷的基因治疗,将作为重要的治疗手段,用以治疗复合性免疫缺乏综合症等疾病。现在,这方面的实验已经开始。
20年后,医生们将可以用基因工程药物治疗几乎所有的疾病。根据对遗传因素在糖尿病、高血压、心脏病和精神分裂症等疾病中所起作用的认识,人们将开发出更先进的药物,从根本上治疗这些疾病。
癌症治疗将产生根本性变革。由于肿瘤通常是DNA受损后健康细胞产生缺陷并无限制分裂导致的,因此,科学家通过解读其遗传机理,将可选择最佳治疗方法。普通医疗也将大为改观。届时,医生们根据储存的患者遗传数据即可开出处方,而不必像现在这样先进行检查后,才能确定治疗方案。对一些特定药物,还可事先确定是否会对患者产生不良副作用。随着对精神分裂症、抑郁和孤独症等疾病生物学基础理解的加深和新药的开发,精神类疾病的治疗将取得质的飞跃,这方面的进步不仅为治愈这些疾病提供了机遇,同时也将铲除长期以来精神病患者所承受的歧视与偏见。
引起争议最大的将是种系(germline)基因治疗。它可改变一个人的基因构成,并使其将获得的基因传给下一代。这一技术需要利用一种病毒携带新的DNA进入人体细胞,对患有亨廷顿氏病等隐性遗传疾病患者的DNA进行矫正,以防将这种病遗传给子女。今后20年,如果人们能像实施外科手术般地对染色体上的单个硷基对进行操作,以清除病因,现代医学将会进入一个全新的天地。
一个潜在的大机遇
人类基因组工作草图绘毕的消息像打开了阿里巴巴宝藏的大门,以基因技术为核心的生命科学市场正吸引着越来越多的淘金者。为了解决处理数据所需的庞大计算能力的问题,世界上最大的12家生命科学公司目前把近10%的科研预算用于资讯科技投资,而且这个比例可能还将增长。据美国IBM估计,与生命科学有关的资讯科技市场将在今年达到35亿美元,到2003年达到90亿美元,2006年将高达200亿美元。
一些著名的It企业,已将眼光瞄准了这一潜力巨大的市场。例如,IBM已经决定投资1亿美元,用五年时间研制一种名为“蓝基因”的超级电脑。
“蓝基因”的运算能力将是美国现有40台最快的超级电脑运算能力总和的40倍,它主要用于模拟人类蛋白折叠成特殊形状的过程。世界最大的个人电脑制造商美国康柏公司也垂涎这块“肥肉”。IT公司进军生命科学领域,与各国政府对基因研究的支持密不可分。为了在基因组研究的下一个阶段——分析蛋白质结构的国际竞争中领先,不少国家积极采取措施,促进信息业与生物产业的结合。
科学家认为,从更广的视野看,生命科学处于刚刚起步阶段,人类基因组图谱刚刚绘制成功,转基因技术和克隆技术也刚刚取得实质性突破,因而在这一领域存在大量的课题,世界各国在这一领域的研究水平相差并不悬殊,这对于像中国这样有一定科研基础的发展中国家而言,意味着巨大的机遇。
英国伦敦生命科学研究中心的资深学者斯特朗 · 马丁指出,目前对生命科学的研究仍然局限在局部细节上,尚没有从整个生命系统角度去研究,未来对生命科学的研究应当上升到一个整体的、系统的高度,因为生命是一个整体。对生命科学的应用研究目前由于经济、法律和伦理等各种原因仍然没有达到应有的水平,一些有条件的国家应当抓住这一机遇加强这一方面的研究。