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基因组：生命之书23章 18号染色体 疗法
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疑惑足以败事，一个人往往因为遇事畏缩的缘故，失去了成功的机会。
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——《一报还一报》（威廉·莎士比亚）
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在第三个千年即将到来之际，我们终于得以有能力编辑自身的遗传密码文本。它不再是尘封的珍贵手稿，而是刻录在了光盘上，可供我们增添、删减、重排或改写。本章旨在阐述我们如何做、是否应该做以及为什么要做这种编辑。不过，在即将开始之际，人们似乎勇气不足，想要退却。大家极力想要扔掉整套文本编辑器，并坚持认为基因文本神圣不可侵犯。简而言之，本章是关于遗传操作的。
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对于大多数非专业人员而言，遗传研究的终极目标显然是对人类进行基因改造。这或许意味着在几个世纪之后的某一天，将出现携带全新基因的人。在当下，这意味着一个人可以从别人，或别的动植物那里借用基因。这样的事情有可能发生吗？如果可能，这合乎伦理吗？
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上一章中已经简要地提过，第18号染色体上有一个抑制结肠癌的基因，不过这是一个还未被完全定位的抑癌基因。人们曾认为这是一个名为DCC的基因，但现在我们知道DCC引导脊柱神经的生长，与抑癌无关。抑癌基因的位置靠近DCC，但要找到它并非易事。如果出生时带有该基因的错误拷贝，罹患癌症的风险会大大增加。未来的基因工程师可以像更换汽车上的故障火花塞一样将其取出并换掉吗？在不久的将来，答案是肯定的。
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在我刚开始新闻职业生涯时，整理材料要用剪刀裁下报刊内容并用胶水一一进行粘贴。现在倒好，若要移动、修改段落，只需稍微用下微软软件就大功告成了。（说话时分，我刚把这一段从下一页移到此处。）但是原理是相同的：要移动文本的话，得先将它剪切下来，然后再粘贴到其他地方。
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要对基因文本做同样的事情，也需要剪刀和胶水。幸运的是，自然界为满足自身需求已经发明好了这两样东西。胶水是一种连接酶，它们遇到散开的DNA时会将其缝合在一起。剪刀叫作限制性内切酶，是1968年在细菌中发现的，它们在细菌细胞中的作用是通过切碎病毒的基因来将其消灭。但是人们很快就发现，限制性内切酶与真正的剪刀不同，它们异常挑剔，只切割特定序列的DNA链。现在已知的限制性内切酶有400种，每种都识别并剪切不同的DNA序列，这就好比一把剪刀只有在找到“特定”词的时候才把纸剪开。
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1972年，斯坦福大学的保罗·伯格（Paul Berg）在试管中使用限制性内切酶将病毒的两段DNA切成两半，然后使用连接酶把它们以新的组合方式进行再次黏合，从而制造出了第一个人造的“重组”DNA。这表明，人类开始可以像逆转录病毒那样，将基因插入染色体了。在那之后不到一年的时间里，首个基因工程细菌诞生了，这是一株带有蟾蜍基因的肠道细菌。
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一时，公众哗然。除普通民众外，科学家自己也认为应该三思而后行，不该轮番抢用这项新技术。他们在1974年呼吁暂停所有基因工程研究，这更加激起公众的担忧：如果科学家群体因为担忧而停止了这项工作，那么这事肯定没那么简单。他们认为，大自然将细菌基因放在细菌中，将蟾蜍基因放在蟾蜍中，而我们人类有什么资格，居然想换掉它们的基因？不让人瘆得慌吗？1975年，在阿西洛马尔（Asilomar）举行了一次会议，会上就安全问题进行了反复讨论，最后，才得以使美国的基因工程研究可以在联邦委员会的监督下更加小心谨慎地开展下去。科学加强了对自身的监管，公众的疑虑似乎逐渐消失了。不过，在20世纪90年代中期，公众的这种不安情绪又突然再次蔓延开来，但这次的关注焦点并非安全性，而是是否合乎伦理。
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生物技术诞生了。首先是基因泰克（Genentech）[1]，接着是赛特斯（Cetus）[2]和渤健（Biogen）[3]，然后，其他众多开发新技术的公司如雨后春笋般纷纷涌现。新兴企业蕴藏着无限可能。比如，可以诱导细菌生产用于医药、食品或工业领域的人类蛋白质。可是当时人们发现细菌不能很好地用于制造大多数人类蛋白质，加之人们对蛋白质知之甚少，也不知道作为药物其需求量会很大，因而失望的情绪渐渐涌现。即使有巨额的风险投资，但能为股东赚钱的只有应用生物系统公司（Applied Biosystems）等制售设备的公司。不过，产品还是有一些的。到20世纪80年代后期，由细菌制造的人类生长激素已经替代了死尸大脑中那些昂贵而危险的提取物。迄今为止，伦理和安全方面的担忧被证明是多余的：在基因工程发展的30年间，基因工程实验并未造成任何一起环境或公共卫生事故。到目前为止，一切运转良好。
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与此同时，基因工程对科研的影响大于对产业的影响。如今，“克隆”基因是可能的。不过，这里所说的克隆与人们通常所说的克隆含义不同。在基因组里挑出一个基因就好比在干草堆中寻针。挑出目标基因后，将其放入细菌，使其复制出数百万份，接着就可以纯化基因，继而读取出它的序列。正是通过这种方法，建立起了庞大的人类DNA库，其中包含了上千个人类基因组的片段，它们相互之间有重叠，且每种片段的数量够多，足以满足研究需求。
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正是从这样的库中，人类基因组计划的幕后英雄将整个基因组文本拼凑在了一起。该项目始于20世纪80年代后期，其雄大的目标是在大约20年的时间内解读完整个人类基因组。然而14年来，进展甚微。不过，在接下来的1年里，新的基因测序仪横空出世，立马完成了这项工作。2000年6月26日，该项目宣布人类基因组的“草图”已完成。
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实际上，人类基因组计划是突然发布公告的，令人措手不及。克雷格·文特尔是高中辍学生，曾是专业冲浪手和越战退伍军人，他功劳不小。文特尔有3次颠覆性创举，可谓开遗传学之先河。首先，他发明了一种快速搜寻基因的方法，尽管专家们不太看好，但他还是做成功了；接着，在进入私营企业后，他发明了一种被称为“霰弹法”的快速基因组组装技术，该技术将基因组分解为随机片段，并通过对随机片段中的重叠序列进行重新拼接，进而组装出正确的序列；最后，在专家们一致看衰的时候，他用“霰弹法”成功对细菌基因组进行了测序，再一次证明了自己。
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因此，当文特尔于1998年5月宣布他将首先对人类基因组进行测序，并就结果申请专利时，这对人类基因组计划而言犹如平地一声惊雷。英国惠康基金会（Wellcome Trust）资助了剑桥附近的桑格中心，其投入的资金占人类基因组计划总预算的1/3。得知此消息，惠康基金会立马作出回应，并注入了更多的资金，力促此公共项目尽快完成。同时，桑格中心的负责人约翰·苏尔斯顿（John Sulston）领导了一场声势浩大的反对运动，以对抗文特尔这种在最后关头拆台，唯利是图的不齿行径。最终，大家冷静下来，握手言和，于2000年6月共同宣布草图完成。
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回到遗传操作的话题。将基因插入细菌是一回事，将基因插入人体完全就是另一回事了。细菌很乐意吸纳名为质粒的小型环状DNA，将其据为己有。此外，细菌都是单细胞，而人体有100万亿个细胞。如果你的目标是对人体进行基因改造，则需要将基因插入每一个相关的细胞，或从单细胞的胚胎开始便进行改造。
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1970年，人们发现逆转录病毒可以通过RNA来制造出DNA拷贝，这一发现突然使“基因疗法”变得切实可行起来。逆转录病毒包含有一条用RNA编写的信息，上面写道：“将我复制一份并整合进你的染色体里”。基因治疗过程需要做的就是获取逆转录病毒，切除其中的一些基因（特别是那些在第一次插入后使病毒具有传染性的基因），放入人类基因，然后用这个病毒感染患者。之后，病毒开始发挥作用，将基因插入到人体细胞，这样就得到了一个基因改造人。
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在整个20世纪80年代初期，科学家一直担心这种操作的安全性。逆转录病毒的效果可能太好了，不仅会感染普通细胞，还会感染生殖细胞。逆转录病毒可能会以某种方式重新获得被切除的基因，变得有毒性；也有可能破坏人体自身基因的稳定性，进而引发癌症。任何事情都有可能发生。在1980年，研究血液病的科学家马丁·克莱因（Martin Cline）在未获得允许的情况下，将无害的重组基因插入患有遗传性血液病（地中海贫血）的以色列人体内。操作尽管没有通过逆转录病毒进行介导，但却引发了人们对基因疗法的恐惧，克莱因因此丢掉了饭碗，声誉扫地，他的实验结果也从未发表。这至少可以说明，当时大家都认为人体实验的条件尚不成熟。
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但是小鼠试验结果令人喜忧参半。基因治疗非但不安全，似乎也不太有用。每种逆转录病毒只能感染一种组织，需要仔细的处理之后才能将基因整合其中。此外，基因被随机整合在染色体的任一地方，通常无法开启表达。人体的免疫系统，可被传染病所激发，是不会放过如此毛糙的人工逆转录病毒的。而且，直到20世纪80年代初，都没有几个人类基因被克隆出来，即便逆转录病毒可以派上用场，也缺乏合适的候选基因。
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尽管如此，到1989年还是出现了几个里程碑式的事件：逆转录病毒将兔的基因转入了猴子细胞；克隆的人类基因被转入了人的细胞；克隆的人类基因被转入了小鼠体内。弗伦奇·安德森（French Anderson）、迈克尔·布莱泽（Michael Blaese）和史蒂芬·罗森伯格（Steven Rosenberg）这三位雄心壮志的勇者认为进行人体实验的时机已经成熟。在与美国联邦政府重组DNA咨询委员会进行了漫长而激烈的争辩之后，他们取得了针对晚期癌症患者的实验许可。争辩过程体现出科学家和医生对不同事宜的优先考虑顺序不同。对于纯粹的科学家而言，人体实验显得草率且不成熟。而对于见惯了癌症患者生死的医生而言，仓促行事却是顺理成章的事情。“干吗这么着急？”安德森在一次会议上问道，“在这个国家，每分钟都有一名患者死于癌症。从146分钟前我们开始讨论以来，已有146名患者死于癌症。”最终，委员会于1989年5月20日开了绿灯。两天之后，患有黑素瘤的病危卡车司机莫里斯·孔茨（Maurice Kuntz）成了获准进行基因疗法的第一人。所转入的新基因不是用来医治他的，甚至不会永久地留在他的体内，而仅仅是癌症新疗法的辅助手段而已。同时，一种善于侵入并吞噬肿瘤的特殊白细胞，在体外培养成功。医生用带有少许细菌基因的逆转录病毒感染了这些白细胞，然后将白细胞输回患者体内，以追踪其体内那些白细胞的去向。孔茨最终还是去世了，实验并没有得到任何令人惊喜的结果，然而，基因治疗的时代，从此开启。
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到了1990年，安德森和布莱泽带着更为雄心勃勃的计划再次回到委员会。这次，基因将被真正用于治疗，而不仅仅是作为识别标签。这次的目标是一种极为罕见的遗传性疾病——重度联合免疫缺陷（SCID），这个疾病使儿童无法对感染进行免疫防御，而无法防御的原因是所有白细胞的迅速死亡。这样的孩子必须生活在无菌舱中，或同配型成功（不过配型成功概率极低）的亲属进行一次完整的骨髓移植，否则孩子将处于反复感染和患病的状态，寿命很短。这个疾病是由20号染色体上一个名为ADA基因的“拼写”错误所引起的。
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安德森和布莱泽提出从SCID儿童的血液中获取一些白细胞，用一种带有新ADA基因的逆转录病毒去感染它们，然后将这些白细胞输回该儿童体内。计划再次受阻，但这次的反对声音来自其他方面。到了1990年，SCID有了一种名为PEG-ADA的治疗方法，这种疗法不是转入ADA基因，而是巧妙地将牛的ADA基因产生的蛋白输入到患儿血液中。这种治疗方法类似于治疗糖尿病（注射胰岛素）或血友病（注射凝血剂），SCID几乎可以通过蛋白质疗法（注射PEG-ADA）得到治愈。那么基因治疗到底又有什么必要呢？
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新技术在诞生之初似乎毫无竞争力。正如，最初的铁路要比当时的运河贵得多，可靠性也差得多。然而，随着时间的推移，新的技术不断降低成本，提高效率，直至可以与旧技术相媲美。基因疗法就是如此。在治愈SCID的技能比拼之中，蛋白质疗法虽然赢了，但这种疗法需要每月都向臀部进行注射，有些痛苦，费用很高且需要持续一生。如果基因疗法有效，只需一次性向患者体内导入正常的基因，便可彻底治愈，可谓是一劳永逸。
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1990年9月，安德森和布莱斯获准使用经过基因改造的ADA治疗3岁女孩阿珊蒂·德希瓦（Ashanthi DeSilva），治疗效果立竿见影。她的白细胞数目增加了2倍，免疫球蛋白数目也猛增，并且ADA几乎达到了正常人的1/4。因为她当时同时也在接受PEG-ADA治疗，所以不能说她是被基因疗法所治愈的，但是基因疗法确实奏效了。迄今为止，世界上已有的SCID患儿中，有超过1/4接受过基因治疗。虽然没有一个患儿被完全治愈从而告别使用PEG-ADA，但是基因治疗的副作用可以说是相当小了。
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逆转录病毒基因疗法可以治疗的疾病很多，除了SCID，还将包括家族性高胆固醇血症、血友病和囊性纤维化。不过毫无疑问，癌症将是治疗的主要目标。在1992年，肯尼思·卡尔弗（Kenneth Culver）进行了一项大胆的实验，他首次将带有外源基因的逆转录病毒首次直接注射到人体内（而非用病毒感染体外培养的细胞，再把这些细胞输回人体）。他把逆转录病毒直接注射到了20个人的脑部肿瘤内。无论向脑部注射什么东西，听起来都令人毛骨悚然，更不用说是注射逆转录病毒了。不要着急，还是先听听逆转录病毒里面有什么吧：每个逆转录病毒都带有取自疱疹病毒的基因，肿瘤细胞会吸收逆转录病毒，因而疱疹病毒的基因得以能够表达。所以，精明的卡尔弗博士靠疱疹药物就可以治疗病人——药物攻击了癌细胞。这种疗法似乎在第一位患者中见效了，但接下来的5位患者中有4位都以失败而告终。
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