第四章 意義與機會

我們對基因的了解日新用合。而了解基因,使我們得以不再受後命的主宰。這是解放我們的工冥,丹了科學Z嗇,讓我們得以探究靈魂。是的,我們天生由某種基因組成,但那並不表示我們無法控制自己的命運。任何科學家,或者觀察入微的父③,都不相後我們天生就如白紙,全靠後入的戴著塑造成人,夫鍵在於我們天生就有硬體和後天添加的軟體,問題不是先天「紐」後天,而是先天「和」後天。真實,回應後天的教養,正是我們的天性。

——哈然、柯普藍

醫學領域的革命

人類基因組計畫的確立,最重要的意義是在於加深我們對人類自身的認識,從而提高我們的生存質量。它的直接體現就是醫學領域的革命。這些革命都包括哪些內容呢?

一基因診斷、檢測和生物晶元隨著人類基因組計畫的不斷推進,用不了幾年,人們將看到一份描述人類自身的說明書,它是一本完整地講述人體構造和運轉情況的指南,屆時危害人類健康的5000多種遺傳病以及與遺傳密切相關的癌症、心血管疾病、關節炎、糖尿病、高血壓、精神病等,都可以得到早期診斷和治療。另外,一個新生兒出世時,如果法律允許,他的父母願意的話,可以拿到孩子的基因組圖。這張圖,將記錄一個生命的全部奧秘和隱私。它不但能顯露出這個孩子成年後,是不是一個色盲,大概長多高,會不會禿頂、發胖,還可準確地告訴艾母:是什麼病,會在什麼時候可能要這孩子的命。

據基因專家楊煥明講,將來,測一個人的全部基因序列不那麼昂貴時,看病就方便多了。把人的基因圖記錄在一個光碟上,診斷時,醫生先打開光碟,首先檢查幾個可能的「候選基因」,並把重要區域、重要基因、重要位點搞清楚;再看著需要注意什麼,因為基因組的「情況」不同,某種藥物有人用就靈驗,有人用就不靈驗,甚至會有生命危險,針對個體差異,醫生開出「特效藥」就行了。

利用基因技術篩查各種遺傳病症也已經或將要實施。

DNA晶元是一項革命性的新技術。醫生將利用DNA晶元對某人的基因組編排進行掃描,得到他或她的各項具體遺傳資料,它對人的未來的精神和身體健康狀況的檢測評估可請一清H楚。DNA晶元是把上千個不同的DNA片段放在硅晶元上。這種晶元上標記著遺傳差異,可為醫生整理和分析個體的現有疾病和潛在疾病提供有價值的線索。

目前已有的篩查實驗項目,包括乳腺癌、唐氏綜合征。亨廷頓舞蹈症、脆性X綜合征、囊性纖維化、GM神經節著脂貯積症變異型B(舊譯家族性增性痴呆)、高歌氏病以及鏡狀細胞貧血等等。

對於治兒的基因檢測現在也已經可以進行。

雖然在受孕前挑選基因的困難度極高,目前不太可能做到,但是,成功受孕後,要知道受精卵的基因組合結果,卻是很容易辦到的。只要在懷孕三個月左右,抽取羊水或極微量檢體細胞,進行DNA分析或染色體形狀與特徵分析即可判斷。

目前已有許多產前檢驗及先天性遺傳疾病的常規檢驗,在各大醫院及診所實施,如地中海型貧血、鐮刀形紅血球疾病縮檢、苯酮尿症、戴薩克斯症等等。可以預知的是隨著對疾病基因的了解愈多,產前篩檢的項目會更完整,無法治癒的先天性殘疾人口會愈來愈少。

基因研究、檢測的一個重要工具就是生物晶元。生物晶元的運用可以說是生物科學的一次革命。關於這個問題,請看我們對清華大學生物晶元研究中心主任程京博士的採訪:

生物晶元研究中心在清華大學生命科學研究中心的樓上,這是一個相對封閉的單元,由微電子、生物、化學和材料幾個學科的科學家組成的小組在這裡緊張地工作。

在主任的辦公室里,程京博士向我們介紹了生物晶元的有關情況。他說:「簡單地說,生物晶元是一些器件,這些器件很小很輕,上面可以放上很多的生物分子,可以把生物分子排成陣列放上去進行分析。有了各種類型的生物晶元以後,再加上過去20年其他方面做的工作,像泵、閥門,加熱冷卻器件和一些分析器件,就可以做一些集成,把我們原來要佔幾層樓的生物實驗室集成到一個很小的器件上去,對人和生物的樣品進行分析。生物晶元本身分析對象不是電訊號,我們可以把微電子技術與生物技術結合起來,在電腦上分析這些信息。」

聽了他的介紹,我們好奇地請求他能否讓我們看一看生物晶元,他從柜子里拿出一個精緻的小企,盒子里放著拇指大小不同類型的生物晶元,形狀有些像我們熟悉的CPU晶元,但是有些是玻璃制的,他說:「從生物晶元來看,有主動式和被動式兩種類型。

被動式生物晶元僅僅是一個小型的實驗平台,沒有電路等裝置,不能做比較高級的複雜的分析工作,是一個簡單的由大到小的器件。主動式生物晶元則是除了採樣以外,而且能做比較複雜的分析工作,主動式生物晶元和被動式生物晶元在材料上有所不同,由於材料科學在過去幾十年的進步以及在微電子技術方面的技術成熟,因此現在的生物晶元大多是用硅作晶元的片基,只有一些是玻璃做的。」

他拿起一個玻璃制的晶元,說:「這是一個玻璃製成的體外受精生物晶元,我們看到玻璃上刻有很多迴路,有直角的,有彎角的,在上面放很多精子,在一個特定位置放一個卵子在顯微鏡下,可以看到精子的活動特點,精子直行,在活動到直角刻痕的時候不會拐彎,就死在那裡,而在彎曲處可以掙扎通過。在這個「馬拉松」似的長途跋涉中,精子活動也有分工,有打掩護的,有衝鋒的,這些都是我們原來不知道的現象,經過這個被動式的生物晶元的取樣觀察分析以後,我們對生命的形成有了更深的認識」。

我們原先的印象是生物晶元將以往許多龐大的生化分析設備縮小,對此程京博士進一步介紹說:『確實,生物晶元技術可以把生命科學研究中許多不連續的分析過程,比如樣品製備、化學反應和分離檢測,移植到晶元中使其連續化和微型化。原來這些各自分離的分析設備要佔用很多層樓。在分析速度成千上萬倍提高的同時,所需樣品的量也成千上萬倍減少。生物晶元的一個好處是它的兼容性,它不像有的生物儀器和分析儀器,一次只能做一種分析,除此以外別無他用。生物晶元是一個平台,沒有太多歧視性,它是開放的。另外,生物晶元的設計都是並行設計,可以同時做很多事情,不像原來有的儀器一次只能完成一項測試,它可以一次進行多個測試,取得成千上萬的數據。從量的關係上來看,生物晶元從宏觀世界進入到微觀世界,在微米、納米級的線路上,將原來的生物實驗裝置很慢的生物分析處理過程,加速到只有幾秒鐘的過程。」

那麼這個過程是如何集成到一個晶元上去的?程京博士說:「這個問題比較複雜,不是一兩句話可以說清楚的。」他拿起一片被稱為「主動式」的生物晶元說:「在這片生物晶元上,硅基上布排著電路,然後通過焊接工藝封裝。」在這塊晶元的外面還套著一個塑料器件,他解釋說「因為生物晶元分析的是液體的生物樣品,因此在生物晶元外面還套有一個流體通道,流體由光學系統進行檢測,形成一個完整的迴路。這個流體通道是一次性使用的。」

「如果我們觀察一個生理檢測的生物晶元,就可以發現上面有很多點,在顯微鏡下可以看見一個個方陣,有進口和出口。生物樣品經過這些節點時,就可以得出很多信息。」

談到生物晶元的第二次「硅革命」時,程京博士認為生物晶元所用的材料是很廣泛的,如同電子計算機開始也並不是硅基,只是由於半導體材料的發展,人們對娃的認識加深了,用得多了,硅才成為電子集成電路的主要載體。

程京博士指著這一盒生物晶元說:「在這些生物晶元中,有些是研究用的,有些是醫學檢測用的。有的晶元可以將腫瘤細胞分離出來,這樣對腫瘤的診斷和疾病的診斷,可以一次拿到很多分析結果」。

「作研究用的晶元,我們可以稱為「鍋碗瓢盆」,以前一般是從國外進口,不僅價格貴,而且由於在美國需求量大,他們優先考慮本國的需求。而這些東西我們自己完全能做出來,我認為工具性的東西如果依賴於別人,在一些情況下會受制於人。再者我們如果靠別人的信息做研究,但是別人產生的信息依賴的是自己的工具。

「在疾病診斷生物晶元上,清華大學已經用自己的專利在美國成立公司,這是一個產業化過程,靠我們自己的專利,產品的附加值很大」。

我們從最近的報道中知道生物晶元主要是實驗手段上的革命,程京博士為我們展示了生物晶元的廣闊應用前景。生物晶元對人類的好處首先是醫學上的,他說:『將來我們甚至可以有一些很小的『傻瓜型」分析儀,可以攜帶在身上,攜帶者按說明書的指示自己取樣,這個分析儀就可以告訴你身體出了什麼問題,然後通過網際網路將這些數據傳送給醫生,這

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