一個經過周密論證的大科學計劃:

人類基因組計劃的提出再回顧

作者:李建會  北京師範大學哲學系    上網日期 20010223  

     繼2000年6月26日科學家公佈人類基因組"工作框架圖"之後,中、美、日、德、法、英等6國科學家和美國塞萊拉公司於2001年2月12日聯合公佈人類基因組圖譜及初步分析結果。這次公佈的人類基因組圖譜是在原"工作框架圖"的基礎上,經過整理、分類和排列後得到的,它更加準確、清晰、完整。對它的初步分析表明,人類基因組由31.647億個堿基對組成,共有3萬至3.5萬個基因,比線蟲僅多1萬個,比果蠅多2萬個,遠小於原先10萬個基因的估計。另外,科學家還發現與蛋白質合成有關的基因只占整個基因組的2%。

  這一重大成果是人類獻給新世紀、新千年的一份厚禮,標誌著生命科學又向縱深邁進一步。在迎接生命科學不斷取得的新突破的同時,重新回顧一下人類基因組計劃是如何在激烈爭論和論辯中經過嚴格論證提出並實施,對我們跟深入地瞭解人類基因組計劃以極大科學計劃制定和實施,都有特別的意義。

  人類基因組計劃(簡稱HGP)是繼曼哈頓原子彈計劃、阿波羅登月計劃之後科學史上的第三大科學計劃。它往往被稱爲生命科學的"登月計劃",但實際上它是曼哈頓計劃遺留問題的産物。

  1945年,曼哈頓計劃的成功使美國在日本的廣島和長崎各投擲了一顆原子彈,這兩顆原子彈不僅造成數十萬平民的死亡,而且使大量幸存者遭到大劑量的核輻射。核輻射可以破壞DNA的結構,因而造成基因的突變。

  爲了研究核輻射對人類的影響,美國國會責成原子能委員會,也就是現在的美國能源部(DOE)的前身,開始了長達數十年的核輻射對人類基因突變作用的研究。從理論上計算,受過輻射影響的人的突變頻率應該比對照組高出3倍。但當時的技術沒有能夠檢測到12,000名核輻射受害者所生兒童的基因突變。要檢測出這樣的突變率需要分析受害者大量的DNA序列。按照當時的DNA分析技術這是根本做不到的。結果是,受害者明明已經表現出突變性狀,但卻檢測不出DNA結構的變異比對照組有什麽顯著差異。

  1984年12月9日至13日,受美國能源部和國際預防環境誘變劑和致癌劑委員會的委託,猶他大學的雷蒙·懷特(Rnymond White)在美國猶他州的阿爾塔組織召開了一個小型學術會議。參加會議的有美國能源部的官員史密斯(David Smith)以及DNA分析方面的學者共計19人。這次會議的主要目的就是研討有沒有新的方法可以非常有效地檢測出人類基因的突變。在5天的會議期間,與會者交流了自己在DNA結構分析方面的研究進展,並對在DNA水平上檢測可遺傳變異的方法和途徑進行了討論。當會議結束時,與會者已經達成默契,解決這個問題的最好辦法是對受害者及其後代的全基因組序列進行測定,要做到這一點,必須首先測定出人類基因組全序列的參考文本。

  1985年5月,美國能源部在美國加利福尼亞州的聖克魯茲召開了又一次會議,會上第一次認真提出了測定人類基因組全序列的動議,由此形成了美國能源部的"人類基因組計劃"草案。1986年3月,在美國新墨西哥州的聖菲又進一步討論了這個計劃的可行性。

  也是在這一年的3月,諾貝爾獎獲得者達爾貝克(Dulbecco, R.)在《科學》雜誌上發表了題爲"癌症研究的轉捩點--人類基因組的全序列分析"的短文,文章回顧了70年代以來癌症研究的進展,是人們認識到包括癌症在內的人類疾病的發生大都與基因有直接或間接的關係。同時他指出,不能繼續用"零敲碎打"的方法來瞭解人類的基因,而應當從整體上研究和分析整個人類基因組及其序列。

  分析人類基因組的全序列的確是一個大膽的設想。1986年5月,當史密斯作爲美國能源部人類基因組計劃的負責人,在冷泉港會議上宣佈這項計劃時,會場上一片譁然。儘管有包括三位諾貝爾獎獲得者(Walk Gilbert, Paul Berg, James Watson)在內的資深生物學家堅決支援這項計劃,但仍遭到許多生物學家特別是年輕的生物學家的反對。這些生物學家反對的原因不僅涉及計劃的內容本身,而且涉及該計劃可能對現行生物學研究的影響以及計劃的管理方式等。

  就這項計劃本身的原因來說,反對者認爲,當時的作圖和測序技術能力與計劃目標之間存在著顯著的差別,因此對該計劃的可行性表示懷疑;另外,若沒有與其他較易進行實驗操作的模式生物的基因資訊的比較研究,人類基因組全序列所含的資訊的絕大多數將是無解的,因此,將計劃僅限制在人的基因組是不夠的。就對生物學的影響來說,一些反對者擔心,國家撥出30億美元作爲人類基因組計劃一個課題的資助,勢必會削弱對生物科學、醫學和其他基礎性研究的資助,這樣會使大批依靠自由選題、單獨申請研究基金的科學家得不到足夠的經費,從而失去了或減少了在各個學科領域媊v爭、拚搏、一展身手的機會,將影響個人的研究,影響生物科學和醫學的全面發展。就管理方式來說,反對者認爲,能源部很少資助有關重組DNA的研究專案,缺少全面瞭解遺傳學發展動態的資深科學家和管理人員;並且能源部的領導人一直是物理學家,因而由DOE來組織和管理這項計劃必然是生物學家從屬於物理學家。另外,該計劃涉及的許多倫理的、法律的和社會的問題也另一些科學家憂心忡忡。

  在冷泉港的這場爭論很快引起美國國家科學院生物學部基礎生物學科學委員會的重視。在8月份的一次會議上,成立了一個隸屬於國家科學研究委員會(National Research Council, 簡稱NRC)的專家小組,小組由15人構成,任務是起草一份有關人類基因組計劃的專題報告。經過14個月的努力,該小組完成了題爲"人類基因組的作圖和測序"的專題報告。該報告考慮了冷泉港會議上的反對意見,對原計劃進行了修改。

  與此同時,美國國會能源和商業委員會下屬的技術評估辦公室(Office of Technology Assessment, 簡稱OTA)也對該計劃進行了專題研究,就實施該計劃的科學和醫學價值,所需經費的規模和通過什麽機構撥款資助,如何協調政府各部門和私人組織機構之間的工作,以及如何在開展國際合作的同時還能確保美國在生物技術上的競爭優勢等,撰寫了一份專題報告。雖然對寫作該報告的要求是不要有傾向性意見,要如實反映情況供國會考慮,但該報告給人的資訊是:人類基因組計劃勢在必行,而且時機已經成熟。

  這時美國國立衛生研究院(NIH)也開始考慮人類基因組測序的問題。過去,NIH對該計劃並不積極支援,原因很大程度上是由於NIH已習慣於資助那些對特定科學假說進行檢驗的小型研究專案,而對實驗設備或資料處理方面的專案缺乏熱情。另外,NIH還未曾支援過大科學的研究專案,支援大科學專案是DOE的特長。但要真正實施人類基因組計劃,NIH的參與是必不可少的,因爲,NIH資助著這項計劃的主要用戶,即絕大多數的人類遺傳學、分子生物學和細胞生物學的科學家。1988年10月,DOE和NIH簽署了一項諒解備忘錄,以協調雙方在人類基因組測序方面的工作。

  這樣,經過美國能源部、美國科學院、美國國會和美國國立衛生研究院分別組成的專家小組的反復調查論證和辯論,1990年10月經美國國會批准,人類基因組計劃正式啓動。

  人類基因組計劃的最初目標是,通過國際合作,用15年時間(1990-2005),構建詳細的人類基因組遺傳圖和物理圖,確定人類DNA的全部核苷酸序列,定位約10萬基因,並對其他生物進行類似研究。其終極目標是:闡明人類基因組全部DNA序列;識別基因;建立儲存這些資訊的資料庫;開發資料分析工具;研究HGP實施所帶來的倫理、法律和社會問題。1990年美國國會批准"人類基因組計劃",聯邦政府撥款啓動了該計劃。此後,德國、日本、英國、法國、中國等國家的科學家也正式加入了這一計劃。

  HGP啓動以後進展順利,計劃進度一再提前。1998年,最後一個五年計劃制訂出來,預計HGP將提前2年於2003年完成。原定2001年完成的草圖已於2000年初提前完成。2001年2月12日,美、日、德、法、英、中等6國科學家和美國塞萊拉公司聯合公佈了人類基因組圖譜及初步分析結果。

  人類基因組研究已經延續了十年,通過全世界科學家的努力,才取得今天的成績。人類基因組的初步分析結果,與科學家們對其他動植物基因組研究所獲得的最新進展一起,將爲生命科學在新世紀實現飛躍構築起堅實的"平臺"。人類基因組計劃也將爲推動醫學進步帶來空前機遇。基因診斷、基因療法和基因藥物等的開發,有可能成爲未來醫學發展的重要分支。此外,人類基因組計劃等的推進,還將促進生命科學與資訊科學、材料科學等相結合,帶動一批新興高技術産業的發展,使生産力得到進一步的提升。

  生命科學進一步走向縱深,再次逼迫我們思考以科技爲核心的人類文明的未來走向。以人自身爲物件的人類基因組研究,給人類的未來展示了美好的前景,在迎接生命科學不斷取得的新突破的同時,如何充分考慮到這些突破可能帶來的負面影響、讓它們最大限度地造福人類,已成爲新世紀之初擺在我們面前的一項迫切課題。 

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