实验室中正酝酿着一场革命，其回报将是令人震惊的

波澜壮阔的人类历史在很大程度上是由技术推动发展的。金属制造和改良的农业使文明脱离了石器时代。19世纪的工业革命又导致了大机器和大城市的兴起，到了20世纪，物理学戴上王冠。物理学家们劈开原子，揭示了相对论和量子理论的奇妙世界，还开发利用了小小的硅片。他们通过原子弹、晶体管、激光和微型集成电路改变了世界。现在，许多专家相信，人类已经做好了用新的科学发展浪潮迎接未来的准备。正如1996年诺贝尔奖得主、来自莱斯（Rice）大学的化学家罗伯特?F · 耐尔（Robert F. Curl）所说：“现在是物理学和化学的世纪，但下世纪显然将是生物学的世纪。”

2月22日，比任何人所预期的早了几年，生物学的世纪随着一头羔羊（而不是狮子）突然降临了，一个原先默默无闻的52岁的苏格兰胚胎学家伊恩 · 维尔穆特（Ian Wilmut）以其成果震惊了世界，他宣布，他和同事们在爱丁堡郊外的罗斯林（Roslin）研究所培育出一头成年多塞特（Dorset）绵羊的精确拷贝，一个它的克隆，这头有历史意义的羔羊被命名为“多利”（Dolly），它是用绵羊乳腺中提取的DNA培育的。维尔穆特说：“我们再也想不出还有谁长着比多利 · 帕顿（Dolly Parton）令人印象更深刻的乳腺了。”

维尔穆特的做法是用来自成年绵羊乳腺的DNA来替换正常绵羊卵母细胞或卵子的基因，刺激该卵生长并转入另一绵羊的子宫。去年7月，作为乳腺DNA供体羊遗传学的精确拷贝，多利诞生了。

维尔穆特及其他一些科学家认为，从理论上讲，同样的技术可用于包括人在内的任何哺乳动物，但纽约西奈山（Mount Sinai）医学中心的产科学者乔恩 · W · 戈登（Jon W. Gordon）博士认为克隆人可能不那么简单。已知一些在小鼠中成功的遗传学实验在大鼠中是失败的，反之亦然。这表明所有的哺乳动物并非是完全一致的。他建议作为第一步，应由他人重复维尔穆特令人瞠目结舌的实验来证明其结果的正确性。

一旦维尔穆特的成果被证实了，那就可以放心设想一些结果。牛羊畜牧的改进只是开始，如果克隆人付之实施，可以设想悲伤的父母也许会选择克隆刚死去的孩子。一些人拼命想长生不老而试图克隆他们自己，科学家已经在开玩笑说他们中最富有的极端自我主义者正搭乘下一班飞机去苏格兰。宾夕西法尼亚大学生物伦理学中心主任亚瑟 · L · 卡普兰（Arthur L. Ca-plan）说：“这是一个惊人的进步，不幸的是我们还没有法律和伦理基础去操作它”，该结果宣布后两天，克林顿总统就要一个国家委员会来评估白宫所说的克隆会带来什么样的“麻烦”。

这头舆论注目的羔羊还只代表了下个世纪生物学很小一个角落。科学正处在了解与操作生命的能力空前发展的边缘。直到最近，研究人员还不得不艰苦地逐个搜寻基因。找到囊性纤维化（cystic fibrosis）基因就花了10年时间，耗费逾1亿5000万美元。分离一个肥胖基因也是10年。

然而现在，基因侦探们正从另一方向入手。他们正在解译包括人到细菌在内的各种生物的整个遗传编码，即其基因组。在对基因组进行解译（或称“测序”）的同时，他们分离单个基因并着手了解其功能。

目前，6种微生物的基因组全序列已经发表，费用仅为每基因300美元。到90年代末，包括灾难性的疟原虫及其他一些病原生物在内的另外约50种微生物的基因组全序列也将被测定，雄心勃勃的人类基因组计划和在动物与植物中进行的其他类似努力，将使科学家们在下世纪的头10年得到储存在电子数据库中以备检索的从线虫和芥属植物到小鼠和人的完整蓝图。

马萨诸塞州剑桥怀海特（Whitehead）生物医学研究所的埃立克 · 兰德（Eric Lander）把这些完整的基因组与作为20世纪化学研究基石的元素周期表相提并论。来自斯坦福大学的遗传学家理查德 · 迈尔（Richard M. Myer）则认为了解这些基因组“拓展了人们的想象范围，使他们能提出并回答以前绝不会想到的问题”马萨诸塞州伍兹豪尔（Woods Hole）海洋生物实验室高级学者莫尼卡 · 赖利（Monica Riley）补充说：“在不远的将来，我们会弄清楚参与构建一个活细胞的所有东西，那是从事科学的美妙时光”。

没有人怀疑回报将是巨大的。到2003年，农民们种植的植物会出产足够的塑料以减少我们对石油的依赖。巨量的信息意味着大量新药和治疗方法的出现，以及对人类行为、健康和疾病更深入的了解。基因测序的先驱，基因组研究所（TIGR）所长J · 克雷格 · 芬特（J. Craig Venter）说 :“这使我们有希望能最终战胜细菌。”

回报将不仅局限于生物学领域。摩托罗拉的研究人员正在探索用基因剪接和基因组工程进行计算的潜力。其指导思想是对于某些计算，用DNA分子作为计算机的基础比起今天的数字计算机来更强有力，大学中的科学家们已经造出了原型DNA计算机。更有甚者，通过分析人群间的遗传变异，基因组提供的信息会照亮历史长河中晦暗不明的角落。据华盛顿大学的基因猎手玛丽-克莱尔 · 金（Mary-Claire King）说“我们可以问：‘我们是从哪里来的？我们的祖先离开非洲时进行了几次迁移？’”

当然，没有一件事是轻而易举的。发现一个基因或阐明一条代谢途径也许只是朝治愈或有效治疗迈出了一小步。镰形细胞贫血基因早在20年前就被鉴别了出来，可始终没找到治愈的方法。现在，每年有上千种新基因被发现，药品和生物技术公司正面对着药物作用的潜在对象。“可是发现新药竟已成为一种负担尼克斯德（NeXstar）制药公司的首席科学家拉里 · M · 戈德（Larry M. Gold）如是说。

况且，生物学的世纪还会带来无数道德和法律上的难题。比如，医生们应该测试那些他们实际上对其是无能为力的遗传背景或易感性吗？雇主们和保隆公司能得到这些测试的结果吗？他们能据此而拒绝雇佣或投保吗？现在英国公司就已经宣布使用遗传信息来设定人寿保险的等级和投保年龄的合格标准。

然而，这些障碍和两难窘境远未引起科学家们的关心。他们正在大学和公司的实验室中努力工作，力图了解新的遗传信息展示的生物学知识。他们看到的只是改变下世纪科学和世界的机遇，就像微型集成电路改变本世纪一样，于是故事就从最简单的生命形式之一——---细菌开始了。

1995年6月，芬特科研小组在历史上首次完成了病毒以外的一种生物全部基因序列的测定。这种细菌是嗜血流感杆菌，能引起脑膜炎和儿童耳感染。两年以来，研究人员已经用此序列发现了一种芬特所说的“能彻底改变药物和疫苗发展基础的值得注意的生物学机制”。

牛津大学的遗传学家理查德 · 莫克松（Richard Moxon）发现这种病菌为持续演化必需进行预编程。像所有细胞一样，它的基因包含了制造蛋白质的信息。但隐藏在基因组中的特殊序列使此过程周期性地出错，生成新类型的关键蛋白。于是嗜血流感杆菌以小时计地进行演化并得以躲避人的免疫系统。标准疫苗以这些关键蛋白为靶，所以不十分有效。应该深入研究其基因组以找出细菌不能那么快地改变的蛋白质。马里兰州盖瑟斯堡（Gaithersburg）医学免疫（MedImmune）公司的研究人员正用此策略发展更好的疫苗。

酵母的启发 制药公司对从基因组中搜寻新型抗生素的攻击位点也有兴趣。此类遗传信息的标价可参考马萨诸塞州沃特汉姆（Waltham）的基因组治疗（Genome Therapeutics）公司，它最近将幽门螺杆菌的序列以整整2，200万美元卖给了瑞典制药巨子阿斯特拉（Astra）公司。这种病菌能引起溃疡，也可能引起胃癌。

沿着进化阶梯向上，测定酵母、线虫、果蝇的基因组序列正在进行。自然界一旦发现了一种有效的代谢途径，就倾向于一次又一次地重复使用它。于是，正如设在新奥尔良的路易斯安那州立大学生物化学和分子生物学教授S. 米歇尔，捷茨文斯基（S. Michal Jaxwinski）所说：“大多数人类疾病基因已在酵母（和其他简单生物）中发现了相应基因。”同样重要的是，可在动物身上进行实验以了解那些共有的基因和代谢途径，而在人身上是不能做实验的，纽约冷泉港实验室的遗传学家迈克尔 · 威格勒（Michael Wigler）就是用酵母阐明的ras基因的生物学。ras突变可在人体致癌。

马萨诸塞州剑桥Nema Pharm公司的科学家们用隐杆秀丽线虫进行相似的工作，目标是早老性痴呆。研究者发现了一个与该病连锁的人体基因；早老素（presenilin）。该基因也在线虫中存在。于是该公司的科学家使线虫中的该基因失活，借此T解其功能以及与其他基因的相互作用方式。“我们正在搜寻它的抑制基因。”新近收购该公司的西坤那（Sequana）公司研究与发展部主任提莫西 · J · 哈里斯（Timothy J. Harris）说，当整个隐杆秀丽线虫的基因组序列在1998年初测完时，这种虫子“将有益于本公司内部所有的研究与发展计划”。包括搜寻从导致哮喘到导致肥胖的人体基因。

新兴的基因组学对人类疾病的诊断和治疗的冲击更为直接。马里兰州洛克维尔（Rockville）的人类基因组科学公司（HGS）等采取的方法是找出一个细胞中所有打开的基因。这些基因中许多是未知的。在判明其功能的过程中，可能会发现潜在的新药或药物作用位点。HGS公司正计划用以前未知的蛋白开展临床试验。这些蛋白有助于愈合创伤或治疗关节炎HGS的合作伙伴史克公司已通过这一途径找到了有希望抗骨质疏松和其他疾病的药物。

与此同时，其他公司正在使用DNA列阵或DNA芯片技术。基本概念是把成千上万个不同的DNA片段点在一块硅片上，一个小点是一个DNA片段。列阵些基因或许可以为发展更好的诊断手段的良性前体的遗传差异。华盛顿州波瑟尔（Bothell）的达尔文分子公司的研究人员用这种方法发现了500种在细胞癌变时变化的基因。这些基因或许可以为发展更好的诊断手段或搜寻可以阻断癌变的代谢途径提供线索。

在普通的技术水平上，遗传学知识的传播同样有益于传统的搜寻人类疾病基因的努力。在定位克隆策略中，科学家们首先搜寻患遗传病的大家系，然后寻找家系中带病成员共享的遗传物质，当他们找到那些“位标”时，基因一定就在其附近。

直到最近，位标的缺乏还阻碍着搜索的进行。但近几年，数以千计的新位标已经被定位了。威斯康星医学院的霍华德 · 雅可布（Howard Jacob）说，“我们过去总是说：‘位标的缺乏使我们无法找到疾病基因。’现在不同了。我们还习惯于说：‘这太贵了’。现在也不同了。”

这就是为什么研究人员正在世界各地搜寻罕见遗传病家系或隔离群体的原因。在华盛顿大学，金（King）通过从哥斯达黎加获得的家系正在逼近一个耳聋基因。西坤那的科学家们正在用君士坦德昆纳（Tristan da Cunha）的样本搜寻哮喘基因。一群住在俄国的日耳曼人具有一个导致早老性痴呆的基因。这样的家系不但可以帮助科学家们找到单基因病的致病基因，而且对诸如抑郁症、高血压、心脏病等复杂疾病致病基因的搜寻也是有用的。国立卫生研究院人类基因组计划负责人弗朗西斯 · 柯林斯（Francis Collins）博士说：“我们正向研究复杂疾病的前沿前进。”

有益于癌症治疗吗？ 虽然所有这些致病基因都是罕见的，但了解其作用机制将有广泛用途。例如只有小部分乳腺癌患者从上代获得乳腺癌基因BRCA-1的突变，但该基因编码的蛋白质可能在非遗传性的卵巢癌和乳腺癌中起重要作用。田纳西州纳什维尔（Nashville）范德比尔特（Vanderbilt）大学细胞生物学教授杰弗里 · 霍特（Jeffrey Holt）博士的研究表明，患卵巢癌的小鼠在获得一份该基因的正常拷贝后存活时间可大大延长。金正计划在卵巢癌病人中进行临床试验以确定该技术的可行性。她说：“这可以表明如何用此基因发展一种治疗手段。”

除了新的医学进展以外，这些信息提供了了解人类历史的新窗口，金说 :“人们在世界各地迁移的同时 · 他们的基因也随着一起迁移例如，遗传学家们已经知道，乳腺癌的一种突变的产生先于以色列第二座神庙的毁灭，另一种突变随着犹太移民从波罗的海迁移到美国和以色列。

遗传学知识爆炸的影响远不止于新药和历史。基因研究所的芬特说：“生物学世纪将在三个领域中到来：医药、环境整治和农业。”

以清除污染为例。新的研究表明，在进化的过程中，自然界曾反复地从微生物中增加或减少基因簇，就像调试计算机时增加或减少程序一样。既然自然界能这么做，今天的操纵者也行。于是一个名为“基因组工程”的新领域诞生了。基因研究所目前在测序的一种细菌可以耐受超量辐射。如果插入了它的铀代谢途径的基因簇，科学家们也许就能制成可以清除高辐射废物的细胞。

芬特和其他幻想家们期望着由全能生物导致的绿色高效经济的诞生。这些生物可以做从清除垃圾到用无机物制造甲烷的所有事情，从而可以解决我们面临的紧迫的污染问题。芬特说，基因组工程“不再是科学幻想小说里的事了'

事实上，这种努力已经开始了。几年前，华盛顿卡内基研究所的植物生物学部主任克里斯 · 萨默维尔（Cheis Somercille）曾把生产塑料的基因转入拟南芥中，使其成了一个生物塑料工厂。现在，孟山都（Mon-santo）公司的科学家使这个概念成了商业现实。萨默维尔说：“我们希望到2003年可以看到大规模种植这种植物。”

卡尔基因（Calgene）公司找到的植物控制纤维素形成的基因同样令人振奋。萨默维尔说，在30年毫无结果的酶生化研究后，“这是我们对生物物质控制机制了解的首次突破。”用遗传学手段提高该酶的活性，可能创造出含纤维素更多，而其他细胞壁成分更少的树木。前者是植物界的结构纤维，后者则是降低制浆和造纸效率并产生污染的主要因素。科学家们说，这些用生物工程创造的树有助于把一种主要工业清洁起来。萨默维尔说 :“植物生物学正在疯狂地搜索最有用的遗传序列，人们甚至还未见到冰山的一角。”

多利的亮相伊恩 · 维尔穆特的多利使全世界看到了农业的崭新未来，根据生物学法则，这似乎是不可能的。原因是 :所有细胞拥有一套完整的基因作为制造整个生物体的基础。在奇妙的发育过程中，当胚胎细胞分化成皮肤、心脏、脑等器官时，所有不需要的基因都关闭了。绝大多数教科书认为它们是不能重新开启的。

维尔穆特及其同事找到了一种办法。他们从成年绵羊的乳腺中分离细胞并将其置于饥饿环境下。这种做法看来改变了决定基因开启与否的细胞DNA周围复杂的蛋白结构。本质上，他迫使细胞回到了脱分化状态，所有被关闭的基因又可以重新开启了。

接下来就是简单地使用一种标准的高技术手段了。维尔穆特从绵羊卵母细胞中去除了核，即所有基因。接着将卵母细胞与处理过的乳腺细胞紧挨在一起。然后用一个电脉冲使它们融合，把成年绵羊的基因导入卵中。再用一个脉冲使卵母细胞踏上开始生长成克隆多利的旅程。

这个过程仍不完善。为了获得多利，至少进行了277次尝试。卡普兰称：“他们杀死了许多胚胎，还得到了许多畸形的绵羊。”

DNA芯片但是这个成就铺平了获得新家畜的道路。纽黑文埃里克森（Alexion）制药公司以及苏格兰的PPL公司等已在改造猪基因来生产供人体移植用的心、肾等器官。他们还用改造过的牛生产含药物牛奶。现在的克隆技术会使他们比传统做法更快地繁殖这些转基因动物。普度大学的动物遗传学家克里斯托弗 · 比德维尔（Christopher Bidwell）认为：“这不是一个突然的变革，但具有研究和改良家畜的巨大潜力。

一些科学家相信，生物学的世纪也会导致电子学的新纪元。在基因的双螺旋中蕴含的信息百万倍于最先进的集成电路，把它作为计算的基础是很吸引人的，在最近的一次DNA计算会议上，普林斯顿大学的丹 · 博涅赫（Dan Boneh）认为，虽然用DNA进行一次计算要花一个小时，而用硅片只要几分之一秒，但硅片一次只能做一件工作，而一台DNA计算机理论上可同时进行10亿亿个工作。当然，要向硅片挑战，DNA仍有很长的路要走。

世界已经在飞速走向生物技术的世纪了，连0学家们也不知前景会怎么样，芬特甚至怀疑人是否具有足够的智慧来了解自身的80，000个基因是如何共同作用产生了一个可以注视自己过去与未来的生命的。只有一点是肯定的，当我们进入下一个一千年时，生物技术将在人类历史上写下自己的篇章。

[Business Week，1997年3月10日]