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文特尔:追逐基因的人生

来源:南方人物周刊
摘要:时任总统约翰逊作出扩大战争的决定后,越来越多的年轻人从舒适的美国乡村来到了充满死亡气息的越南雨林。最后,他决定进入海军医院,成为一名医护兵。这一决定对他产生了深远的影响。残酷的战争也让他对世界产生怀疑,并决定用自杀来逃避这一切。...

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  “复杂而没有生命的化学物质可以构成我们的遗传密码,这是如此的奇妙,更能体现人类的精神,足以让哲学家和诗人们感叹一千年”



  冒险少年的蜕变



  2010年5月20日,克莱格?文特尔(Craig  Venter)宣布成功制造出人造细胞“辛西娅”,引起全球激辩,这个热爱冒险、擅于炒作的科学家,也走进了公众的视野。



  文特尔认为,他的成功很大程度上要归功于自己热爱冒险的天性这点从小就显现出来了。小时候,他家在铁路的旁边,铁路成了他和伙伴们的冒险场所。他们把硬币扔到铁路上,让来往的火车把上面的数字压平,或是在火车到来之前把耳朵放在铁路上,比谁能坚持最长的时间。到后来,他甚至尝试着在火车司机的怒吼声中扒上来往的车厢。



  学习似乎不是他的强项。上高中时,文特尔甚至在单词拼写上还存在困难。幸运的是,在最后一门课程里,他写了一篇热情洋溢的支持共和党候选人的文章,这让持保守政治观点的老师手下留情,给了一个D-,才顺利毕业了。



  因为游泳特长,亚利桑那州立大学给了他一份奖学金,教练也建议他朝职业运动员的方向努力。但是,文特尔厌倦了这种循规蹈矩的生活,又因为带领同学抗议学校受到惩罚,所以来到南加州,白天喝酒和冲浪,傍晚则在一间仓库里帮忙给玩具贴上价格标签,挣点生活费。



  这个时候,美国正被卷入越南内战。时任总统约翰逊作出扩大战争的决定后,越来越多的年轻人从舒适的美国乡村来到了充满死亡气息的越南雨林。在犹豫之后,文特尔不顾父亲反对,把长发剪掉,成为一名海军士兵。



  他的智商测验在新兵中名列第一,所以可以自由选择军队里的工作。最后,他决定进入海军医院,成为一名医护兵。这一决定对他产生了深远的影响。在那里,文特尔见识了很多种疾病,也学会了诸如活体组织切片这样的医疗技术。



  残酷的战争也让他对世界产生怀疑,并决定用自杀来逃避这一切。文特尔计划在大海里结束自己的生命。他从海滩出发,向深海游去,准备在筋疲力尽之后沉入海底。不过,他低估了自己的游泳技术和体力游了一英里后,不仅没有沉下去,反而开始怀疑起自杀的决定,所以,还是先游回去再说。



  越南的经历让文特尔迅速地成长起来,也改变了自己的性格。退役后回到加州,他决定继续学业,成了当地一所社区大学的学生,并连续3个学期获得全A的成绩,随后转入加州大学圣地亚哥分校。在一门课程里,为了完成书评作业,他阅读了生物学家詹姆斯?沃特森的自传《双螺旋》。沃特森介绍了自己和同事发现DNA双螺旋结构的经历,这激发了文特尔对于基础生物学研究的兴趣,他开始师从酶学家Nathan  O.Kaplan进行生物化学研究,并获得博士学位。



  人类基因组测序之争



  我们几乎全部的遗传信息都保存在基因组里。如果把基因组比作一本书的话,那人类的性别性向、眼睛的颜色、智力等可以遗传的形状都被写在这本书里。这本书一共只有4个字母,分别对应4种不同的化学物质。如果可以知道基因组的序列,或是知道这本遗传之书的全部内容,就会帮助理解生命的本质。



  英国生化学家弗雷德里克?桑格首先发明了霰弹枪定序法。这种方法可以把完整的基因组打成很多小片段,分别对每个小片段进行测序,然后再把这些片段的序列按照一定的算法拼接起来。此后,加州理工学院的胡德又发明了自动测序法。随着一些简单生物的基因序列被测出来,科学家开始讨论对人类基因组进行测序的可能性。



  胡德的文章引起了文特尔的兴趣。他说服上司买了一台可以用来进行自动测序的仪器。这时候,詹姆斯?沃特森也来到国立卫生研究院,成为他的上司。



  1990年左右,文特尔的研究取得重要突破。在人的基因组里,绝大部分序列并不被编码,这些不编码的区域占了基因组的95%-98%,又被称为“垃圾基因”(最近几年的研究发现,垃圾基因也存在生物学功能),而文特尔认为,与其测出所有基因组序列,还不如挑出那些确定可以编码的基因,这样不仅可以加快速度,还可能发现新的基因。



  这种新技术简称EST,在EST的帮助下,文特尔发现了大量新的基因。这时他作出了一个决定:准备给自己发现的这些新基因申请专利。不过,沃特森等人强烈反对利用科学发现申请专利。



  专利申请失败让文特尔和沃特森的关系进一步恶化,最终他决定离开,并获得7000万美元的风投,成为一家独立基因组研究所的领导人。在这里,他和同事改进了霰弹枪定序法,成功地对多种微生物进行了测序。不过,研究所和资助方不断产生矛盾,最终决定脱离资助方。因为研究所过去良好的声誉,文特尔很轻松地又筹集到了资金,并创立了一个新的机构:塞雷拉基因组公司。



  在塞雷拉基因组公司,文特尔将注意力转移到了人类的基因组测序。人类的基因组比之前测序的微生物的基因组要大得多,大约有60亿个字母。1990年,美国能源部和国立卫生研究院投资30亿美元,开始了人类基因组计划,领导人是分子生物学家弗兰西斯?柯林斯。



  不同的实验室和科学家都想从政府的巨额资助里分一杯羹,因此展开了明争暗斗。在测序方法上,柯林斯坚持使用准确度高、但进展较慢的桑格测序法;此外,基因组计划牵涉了太多的科学家和独立实验室,协调很不方便,进展很慢。文特尔就不一样,他坚持使用速度快但准确率不高的霰弹枪定序法,同时,利用计算机发展出了相对成熟的拼接算法来弥补霰弹枪定序法的缺点。很快,他们的进展就把整个基因组计划甩在了后面。



  文特尔公开表示,自己的公司会在2000年左右完成计划,并会为测出的基因申请专利。这个决定引起了轩然大波。如果计划实现了,以后无论是科学家研究某个基因或是普通人希望了解自己的基因序列,都要给塞雷拉公司支付费用。支持者认为,申请专利可以保护科学家的劳动成果,鼓励创新;而反对者则认为,科学研究的精髓在于通过论文公开所有的研究结果,这样才能更好地交流。



  这个决定显然不能被柯林斯接受,最后,在克林顿的调解下,文特尔同意和人类基因组计划合作,并在完成测序工作以后的同一时间宣布结果,把所有数据公开放到数据库里,提供免费下载。



  2000年6月26日,包括文特尔在内的几位基因组科学家以及美国总统克林顿、英国首相布莱尔在白宫宣布人类基因组草图完成。文特尔作了一次漂亮的演讲,他说:“有些人告诉我,对人类的基因组进行测序会损失人性,因为生命将不再存在秘密。诗人们则认为基因组测序是对整个世界彻底的还原,因此会剥夺他们的灵感。不过事实正好相反,复杂而没有生命的化学物质可以构成我们的遗传密码,这是如此的奇妙,更能体现人类的精神,足以让哲学家和诗人们感叹一千年。”



  合成基因组



  在过去几十年里,文特尔一直在尝试“阅读”基因之书。而在经历了被迫离开塞雷拉公司又东山再起之后,他希望更进一步,不仅能“读”,还要会写,于是开始致力于合成基因组的研究。



  文特尔选中了蕈状支原体,先合成出和病毒基因组大小相仿的片段,再组装合成完整的基因组。然后,把人工合成的蕈状支原体基因组转移到另外一种细菌山羊支原体中。再除去山羊支原体里原有的基因,这样就得到一个全新的细胞:山羊支原体的细胞质和蕈状支原体的基因组。



  在新合成的基因组里,文特尔加了4个水印,包括了所有研究人员的姓名。在新的细胞里,他们清楚地看到了这4个水印,这说明实验成功了。



  这项研究引起了巨大轰动。很多新闻都以“合成生命”作为标题。不过这离真正的合成生命还有很大的距离,想真正地合成生命,还需要对生命规律有更加深入的了解。如同一个不识字的孩子,也能照葫芦画瓢地抄出一本书,但如果对书中语言的语法和文字没有基本的了解,是不会理解其内容的。



  理解基因组,正是文特尔下一步的研究内容。他把自己的帆船改成了一艘实验船,在大海里寻找形形色色的新生命和新基因。他发现很多海洋微生物可以把二氧化碳转化为甲烷,因此决定展开新的研究,合成出可以在消耗二氧化碳的同时产生能源的新细胞。也许这位充满个性的科学家会在全球暖化和能源问题上给世界一个惊喜。
作者: 2011-9-25
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