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想当厨子的生物学家是个好黑客 第5章 在野外诊断传染病
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在委内瑞拉的高地平原上，贫穷的农民依靠贫瘠的热带土壤勉强维生。牛仔们在一望无际的草原上放牧，而草原每年都要受到洪水和干旱的交替摧残。草原依旧能维持外来野生动物的生存，可自身却毫无生机与活力。啮齿类动物在这种极端的环境下活得特别好，其中便有水豚，它们身长有四英尺，口鼻扁平，是世界上最大的啮齿类动物。
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但是，在这个国家西部中央地区的一个小型农业城镇瓜纳里托（Guanarito），我们更为熟悉的啮齿类动物才是这里的隐患。1989年，医生开始收治来自瓜纳里托高烧不退的农民。这些农民身体虚弱，处于脱水状态，鼻子和牙龈出血，还会吐血。这类患者中的三分之一会死去。很多患者最初被诊断为患有登革热，这是一种世界范围内常见的热带疾病，委内瑞拉境内每年就会有成千上万例确诊病患。
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最终，实验室检测结果显示，这是一种新的疾病，因为这里是最先发现病例的地方，所以这种疾病以小镇命名为瓜纳里托出血热。瓜纳里托全是贫穷的农村人口，医疗设施简陋，却得面对突如其来的一种新型危险传染病的威胁。工作在委内瑞拉海岸的科学家在小鼠和大鼠的粪便中发现了导致这种传染病的病毒。十二月到次年三月的旱季中，清理农田的农民经常会接触到这些动物粪便，而半数以上的瓜纳里托出血热病例正是在这几个月间出现的。
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第一例传染病例出现的时候，吉多·努涅兹-穆希卡（Guido Nunez-Mujica）只是个小孩儿。他在梅里达长大，现在依然住在那里。那是委内瑞拉安第斯山脉中的一个城市偏远居民区，里面居住了25万人，距离传染病最初爆发的地点约130英里。他在委内瑞拉总统乌戈·查韦斯（Hugo Chavez）当权时成年，进入洛斯安第斯大学读本科。最近几年，洛斯安第斯大学中，支持和反对查韦斯总统的两派学生间发生了一些冲突，这些冲突渐渐演变成了暴力事件。努涅兹-穆希卡对总统并没有特殊感情，但是至少有一件事情上，他跟总统先生是立场一致的。这个国家农村里的穷人饱受折磨，因为他们得不到富人视为理所应当的现代生活中的基本福利。查韦斯相信他的国家能消除这种不公平。努涅兹-穆希卡则相信生物技术能改变目前的状况。
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他现在26岁，专门研究如何将计算机技术应用于生物学中。他觉得自己是个“不循规蹈矩的人，并且是个有远见的极客”。他致力于使生物技术的工具和技能可以为更多人所用，相对于欧美那些在做同样事情的人，这个理想对他来说更饱含私人情感。发达国家中都是体制外的生物学家自愿去当生物黑客。企业和学校里有研究所需的工具，但是DIY生物学家宁可放弃这些工具，换取以自己喜欢的方式做事情的自由。但是，努涅兹-穆希卡说，他的学校里的实验室的预算只有美国类似学校里的十分之一，不仅如此，在委内瑞拉，设备成本又是发达国家的两倍，这都要拜实验室设备分配制度的垄断所赐。面对如此困境，雄心勃勃的委内瑞拉科学家通常会选择离开祖国，这便造成了长期性的人才流失。努涅兹-穆希卡并没有随大流。如果不跳槽到其他国家那些有十倍预算的实验室，而是选择用十分之一的花销去建造实验设备，会怎么样呢？
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努涅兹-穆希卡希望能为像他一样的人创造出更多的选择，但只需要付出更少的开支，这个愿望使他倍受鼓舞。与此同时，他实验室里足智多谋的气氛也鼓励着他。在美洲中部和南部，南美锥虫病（也称为查加斯病——译者注）十分流行。被称为“接吻虫”的一种昆虫身上携带有会使人生病的单细胞寄生虫。这种昆虫得名于它们喜欢趁人睡着时咬他们的嘴唇这个癖好。南美锥虫病的患者只会在感染最初的几周或几个月的急性期里出现轻微的症状。之后，病原生物会在病患体内潜伏数年甚至数十年之久。但是，如不加以治疗，病程将最终进入慢性期。最坏的情况是，结肠和心肌发炎将导致充血性心力衰竭和心脏骤停。
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由于患者必须在发病早期开始服药才能防止感染，所以能够迅速做出诊断对病人来说非常关键。在安第斯大学，努涅兹-穆希卡本科期间工作的实验室开发出了一个诊断工具盒。患者被致病寄生虫感染后，机体会尽力与之顽抗。实验室开发的这种工具盒能够检测出人体免疫系统产生的针对锥虫的专一性抗体，其中包含了检测所需的所有试剂和工具。为了降低工具盒的成本，实验室成功地自产了所有试剂。努涅兹-穆希卡认为，如果他们能够用如此有限的条件完成这个项目，那他们也能在这样的条件下做更多的事情。
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为了检测美洲锥虫病的抗体，试剂盒里用到了一种叫做“ELISA”（酶联免疫吸附测定）的标准技术〔24〕。ELISA的操作方法非常简单，只要把塑料盘里的小槽中填满一种蛋白质就行，这种蛋白质能充当致病寄生虫的标记蛋白。如果病人感染了寄生虫，其血液中的抗体就会吸附在致病寄生虫的标记蛋白上，测试就会显示出阳性结果。ELISA测试结果非常可靠，但一个ELISA测试不能测出所有疾病。每种ELISA测试都需要用针对被测疾病的特定蛋白。想要检测多种疾病就需要几套独立的工具和测试体系。更麻烦的是，将每个测试系统所需的不同蛋白集合起来要花费很多人力物力。
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努涅兹-穆希卡设想出了一种不同的诊断方法，比ELISA更精确、简单，而且在任何地方都能方便地使用。他的测试系统是针对寄生虫本身的基因特征设计的。最直接的方法可能就是最有效的。但是，把测试所需的设备拉到丛林里非常困难，除非那些最重要的设备只有苹果手机那么大。他深刻了解在野外作业的工作人员需要便携简洁的设备，对努涅兹-穆希卡来说，这种体察会让他对自己那个制造野外诊断快速反应工具盒的宏大计划更加坚定，这个工具盒能真正让生物技术工具和技术服务于每个人。
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约瑟夫·杰克逊（Joseph Jackson）的生命中本来有诸多可能性。比如，成为投资银行家、参议院议员。他甚至也有可能成为稳健的中型生物技术公司里负责商务拓展的副总裁，手头上有几个正在进行第一期和第二期的临床试验的药物，还有一些有前景的筹备中的实验药物。但是，他现在的工作是，努力以尽可能低的价格把一个小金属盒子卖给没钱的人，这些小金属盒子就跟几个苹果手机摞起来一样大。
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杰克逊2004年毕业于哈佛大学，他在那里学习经济学和政治学。与他的同学不同，他没有一头扎进投资银行、咨询公司或者政府。他不满足于追随其他人的脚步。而且，他经历了近代历史上难忘的一刻，这在他脑中挥之不去。
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杰克逊刚上大学的时候，全校和全国的学生都在通过Napster下载音乐。查尔斯河对面的东北大学里的学生，肖恩·范宁（Shawn Fanning），在1999年初创办了这个Napster音乐文件共享平台，那时他还只有十几岁。杰克逊的朋友们当时都忙着往自己的硬盘里装满免费的音乐，但是他有预感马上会有更重要的事情发生。
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Napster让杰克逊深受触动，不过不是因为这个平台把唱片公司经纪人的饭碗给砸了，而是因为它能够让无数用户中两个兴趣相似的人找到对方。在Napster上，用户会因为一首歌走到一起。但是，杰克逊看到了，歌曲只是这种新的网络能够给志同道合的人分享的诸多内容、概念和信息中的一种。他决定，不能让点对点网络仅仅是一种分享音乐的方式。它应该拿来分享所有的知识。
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杰克逊听完了约凯·本科勒（Yochai Benkler）的一个演讲后，这些直觉终于确定为专一的目标。那时，约凯·本科勒是耶鲁大学的一名法学教授，是信息共享空间的早期拥护者。本科勒写道，将知识封锁在著作权法的围墙之内就是各种进步的最大阻碍力量。2006年，他出版了一本有影响力的书，叫做《网络的财富》（The Wealth of Networks），在书中，本科勒提出，互联网使类似开源式的协作成为可能，这种协作被他称之为“共同对等生产”，这不仅仅是21世纪互联网把让世界广泛联通的必然结果，也是赚钱的最好途径。本科勒常常引用这样一个例子：他发现，2003年IBM公司通过帮助消费者运行任何人都能免费下载的开源操作系统——Linux——赚了20亿美元。尽管这家公司在过去的十年中，每年都比美国的其他任何一家公司申请到更多专利，但是，同年IBM依靠知识产权许可和版权得到的收益才不到10亿美金。杰克逊认为，生物科技领域没有理由不去借鉴这种做法。
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这些想法是在杰克逊在伦敦经济学院学习哲学和科学史的时候开始产生的。在这个过程中，他开始更深入地钻研超人类主义（transhumanism）〔25〕的激进的技术乐观主义。在2005年加拉加斯的一场超人类主义会议上，杰克逊第一次见到了努涅兹-穆希卡。两年后，他们在芝加哥的一个类似会议上又遇到了。那时候，杰克逊开始尝试寻找一种可行的方法，将开源科学从知识分子的理想变成实践领域的一场运动。而努涅兹-穆希卡则希望将开源协作精神应用到药物开发当中。他们看了对方的展示报告，意识到他们有同样高亢的表达热情。
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关于未来，超人类主义有个大大的梦想，超人类主义者希望未来人类寿命能延长到几个世纪，全世界都不再有饥饿问题，人类大脑的计算能力能与微型集成电路相媲美。更重要的是，他们不希望将这些伟大的成就由遥远的未来人类来实现。他们相信自己的目标不是科幻梦，只是工程学问题而已。正是在这种氛围中，他们决定去努力实现努涅兹-穆希卡的宏图大志，为发展中国家开发便宜的诊断方法。杰克逊希望，在开发工具的过程中，他们能将通往点对点式生物技术的大门再敞得更开些。
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LavaAmp的样机〔26〕是用金属薄片做成的，一端有个小小的圆筒形突起部分，上面绕着两根细导线。你可以用五号电池给它供电，或者直接把它连接到笔记本电脑上的USB接口也行。LavaAmp内部分成三部分。这个小盒子的基本功能听起来并不是很炫：它能加热、冷却，然后再加热；液体可以流进流出，看起来没什么变化。小朋友一开始也许会把它误当成玩具。不过他们戳一戳、晃一晃这个玩意儿，不一会儿可能就会觉得无趣，然后丢下它到一边玩去了。
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总之，LavaAmp看上去平平无奇。不过表面缺乏吸引力也正是它的卓越不凡之处。杰克逊和他的搭档精心制作了这样一个机器，它能证实生物科学家过去3000多年解开的不可思议的难题。
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LavaAmp可能是世界上最小的链式反应仪——能快速复制DNA的最基本的生物技术设备。链式反应仪可以规律地升高降低机器内的温度，从而使聚合酶链式反应——也就是PCR——得以进行。这个反应的发现以及如何控制这个反应是1983年基因工程发明后真正能够应用于工业规模的基础性成就之一。PCR的能力不仅仅是可以复制DNA，它还能让研究者复制特定的DNA片段。只要生物技术员知道如何配制合适的试剂，他就能用链式反应仪在短时间内合成大量他们想要剪接的基因。生物技术药物、转基因作物和合成生物燃料都需要PCR反应，这是制造过程中最基本的环节。长久以来，链式反应仪对所有基因工程项目都至关重要。
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以前，一台链式反应仪得花去实验室好几万美金。在某种程度上，这是可以理解的。这机器虽然听上去可能与高级电陶锅没啥区别，但是PCR需要精确的温控才能进行反应。即使如今链式反应仪已经算是生物实验室的常规设备，它所做的事情依旧非常不可思议。DNA在原始浆液中形成后的几十亿年来，就一直在不停地按自己的节奏、以自己为模板进行自我复制，这个过程只是地球历史的一瞬。现在，我们有了可以想要的时候订制特定DNA序列的机器。这样一台机器应该所费不菲吧？毕竟，就连上帝的工具箱里也有一台。
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杰克逊不这样认为。LavaAmp就是他的得意之作。谈论到这个机器时，他表现得就像宋飞（Senfield）〔27〕所说的“亲昵的话痨”一样。杰克逊会像政客一样身体前倾，这种姿势会暗示自己感同身受和认真的态度。他有点南卡罗来纳州的口音，谈话要点蹦得很快。他将这种技能归功于每个年轻企业家都会经历的家常便饭——旋风一般的会议和推销。有一个事情他不会经常提到，就是他小时候住在哥伦比亚，在那儿见过凯利·穆利斯（Kary Mullis）。穆利斯也是卡罗莱纳州人，是他家的朋友，那时候他刚刚因为发明了PCR技术而被授予诺贝尔化学奖。
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也许，1993年穆利斯领奖时候的演讲在小杰克逊的潜意识中播下了一颗种子，随后开花结果，便有了他现在的科学观。他在演讲中回顾了20世纪60年代初期，他是如何在南卡罗莱州的中学里度日的：“我们可以随便进入化学实验室，不需要经过谁的批准。我们在那里度过了一个又一个下午，随心所欲的玩。没人受伤，也没人惹上官司。现在他们可不会让我们进去了。放到现在，我们肯定要被人视为社会不稳定因素了。”
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LavaAmp预期的零售价不到100美元。这是为了达成一个目标：让科学家即使身处刚果的村庄，也能像在旧金山湾地区的生物实验室里一样方便地操纵DNA。或者，至少差不多一样方便。DIY生物技术的一个基本的常用精神是，足够近似就挺好。
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杰克逊和努涅兹-穆希卡相信，LavaAmp便于携带、用途广泛、价格低廉，这些特点最终会让它成为发展中国家诊断工具盒中一个重要的组成部分。不同于如今公共医疗工作者使用的典型工具盒，利用LavaAmp工具盒检测不同疾病的标记不需要针对每一种细菌准备单独的试剂体系。相反，医生或者公共医疗技术员只需要一小组不同的引物就够了，引物是一小段遗传密码，可以标记需要剪切和用像LavaAmp一样的链式反应仪复制的DNA片段的起始和终止点。
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