本月中旬,在上海基础研究工作会议和高新科技产业化会议召开前夕,本刊编辑约访了中国工程院院士、中科院上海生物化学研究所研究员、上海科技功臣李载平先生,以下是这次访谈的主要内容。
●问:近期国内媒介的一个热门话题是基础研究的地位和作用,这既是经济发展到一定水准的必然需求,也是国力能否持续增长的先决条件之一。然而对这样一个不争的方针实行起来往往就打折扣。李教授,作为一名长期在生物医学基础研究和应用研究第一线工作的科学家,您怎么来看基础研究与应用研究间的关系?另外,根据我们的国情,如何才能在有限的领域做出有特色的工作?
▲答 :应用研究假如没有基础研究支持,就没有后劲,这个道理已成为许多人的共识。但现在谈到科技发展,一些马上能见效的技术或项目往往容易受重视,而明天或者后天才能起作用的研究工作往往得不到相应的重视。可是我们需要了解的那些问题到了明天、后天需要时,再从头抓起的话,就可能晚了一步。现在整个国家经济的发展形势见好,高新技术企业的产值不断攀升,对基础研究的规划和稳定支持应提到议事日程,中国要真正成为科技强国,必须要有自己独立的科技体系,在工业上要有独立的设计能力和创新能力,没有这些能力,说要立于世界强国之林,恐怕只是一个良好愿望,而基础研究对于提升这些能力是必不可少的。
现在很多生物医学的新发展,实际上都是基础研究与应用研究密切结合的产物。以我们实验室为例,我们近期的一项应用研究工作是用大肠杆菌表达系统来做基因工程药物。大肠杆菌系统国内外应用得很多,但很多都是用包涵体系统,即R让产物在细胞里表达,形成包涵体。在这个包涵体里许多蛋白质分子缠在一起,打开后蛋白质分子的结构都要重新调整,有些蛋白质分子能调整得与原先的活性结构很相似,甚至完全一样,那它就恢复了原来的活性;而那些不能恢复到原先空间结构的,其功能就大受影响。所以这种包涵体系统的技术路线虽然简单易行,产量很高,但生物活性并不理想。后来我们实验室采用分泌的表达系统,就没有这种问题,它让蛋白质的分子在细胞内表达后一个一个分泌到细胞外。每一个都有天然活性的空间结构,一个顶一个。之所以能达到这一步,是基于我们对细胞分泌表达分子机制的了解,所以高技术一定要有基础研究的支持。
我们已用分泌表达系统来表达EGF(表皮生长因子)和GM-CSF(粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子),得率都很高,而且产物活性也很强。现在GM-CSF在国内销售较多的是外国公司的产品,是用包涵体系统生产的。我们用分泌表达系统,得到产品的生物活性要高出它们好多倍。这件事也表明,科学是不断前进的,你只要有好的思路方法,有相应的分子机制的思考,就可以得到高的回报。如果你只满足于人家做什么,我也做什么,那你就跳不出人家的圈子;而若你肯在基础研究上下功夫,相应在技术上总能得到一些回报。在当今的世界高科技竞争中,谁若想领先一步,就必须先要在基础研究上前进一步,这样才能在技术上前进一步。
●问:您刚才提到基础研究与技术创新的关系,显然这是一个诱人且有普遍意义的话题,能否结合您们实验室及国内科学家的工作就此再作一些阐发。
▲答 :新药开发实际上基于两方面的努力,一是在药物的技术上要创新突破。比如我刚才讲的大肠杆菌分泌表达系统,有我们自己的特色。曾溢滔先生的乳腺表达系统也是目前世界上大家重视的一个新的技术系统,它表达的东西可能不是新的,但利用该系统就能达到前所未有的效率。比如说人血清白蛋白,它原先都是从人血中得到的,现在由于人血污染严重,人们对血源产品避之不及,所以就想到基因工程。用通常的基因技术做人血清白蛋白既容易又很难,容易是指要做出样品来很容易,但要做的那么大量,那么便宜,能与血浆产品相竞争,那是很不容易的。现在就寄希望于乳腺生物反应器,希望能做到上公斤的规模。有人估算过,我国人血清白蛋白这一产品的年需要量在百吨以上,所以要满足这种需求,选择合适的技术路线挺重要,乳腺生物反应器是一个好的选择。
我们实验室早在70年代末,就开始尝试建立昆虫病毒的表达系统。如中国蚕很多,蚕很便宜且生活周期短,这些年来我们已能在蚕里成功表达各种东西。一条蚕可以提供2~3毫克的产品,这是很高的回报了。从进化角度看,蚕远比大肠杆菌高级,所以在大肠杆菌中不能有效表达的产物在蚕中可以顺利表达。
新药开发的另一条重要思路是要抓住新的能做药物的基因,这是很根本的一条路,也是现在人类基因组研究为什么如此受世界各大药厂青睐、肯投上亿美元的原因所在。现在估计人体内约有10万个基因,而人类已知的至多R有大约6000个基因,这6000个基因中真正了解地比较清楚一点的大概只有大约3000个,还有9万个基因的情况人们还一无所知。人体会有各种疾病,还有许许多多的基因可开发作为药物,这方面的潜力、机会和市场几乎是无限的。
●问:李教授,几年前您就曾呼吁国内要重视基因药物开发工作,您曾以肥胖基因为例,说明一个真正具有治疗作用的基因药物,即使还未形成产品,就为各大药厂看好,投资上千万美元,这给人留下很深的印象。现在您是否能接着以上所谈,再给我们的读者作一些介绍?
▲答 :是的,肥胖基因的生物功能和如何作为药物还在研究之中,不是马上就能得到应用,但是抓有苗头的新基因仍不失为新药研究的热点,最近,有两家美国生物医药公司就一个名为“OP-1”的基因达成协议,共同开发。“OP-1”与骨头生长、肾脏功能都有关。其中一家公司为获得这一基因药物开发的一半使用权支付了数百万美元,并愿投入上千万美元进行研究开发。“op-1是一个很突出的例子,表明对一个新药的开发如有苗头的话,大家会把力量放上去。原来在我实验室的一位博士生,现在哈佛大学工作,他发现了与骨质疏松有关的基因,如能找到一种特殊的拮抗或抑制剂,那就可能控制骨质疏松,这将为成千上万的患者带来福音,诸如此类的发现都有很重要的前景。
●问:依您之见,当前人类基因组研究,生物医学的研究方向和重点是什么?
▲答:最近生物学的一个重要进展是把酵母的整个基因组DNA全顺序测出来了,一共有6000个基因,其中有近一半是原来不知道的。所以就是这么一个很简单的、我们原先一直以为了解很透的生物体里还有那么多我们还不知道的东西。由此就提出,我们不仅要了解更多的未知基因,而且可能更重要的是了解整个基因组怎样工作,这也是生物学基础研究的新课题。
譬如,大家都知道人的细胞具有全息性, 就是说,每一个细胞都有同样的信息。克隆羊就是把羊的一个乳腺细胞的细胞核取出来,利用它的全套信息最终产生出一个完整的羊。然而对一个具体细胞来说,每个全息的细胞基因组并不是按统一的模式工作的。全息的这套基因组有些成为乳腺细胞、有些成为肌肉细胞、有些则成为肝脏细胞了。所以研究基因组的工作程序会成为以后基因研究的重要课题,现在就可以着手做这件事。这次多利羊的一个重要贡献也与此有关,把乳腺细胞拿出来培养,然后把细胞核取出转到去掉核的卵里去。克隆羊的试验成功率不高,时常失败,为什么呢?现在发现那些挨饿的细胞容易成功。细胞在培养过程中总是处于某个分裂周期里,一饿就要脱离分裂周期,到旁边休息去了(即处于Go期)。移植细胞最好在Go期。也就是说,现在发现若让待移植细胞脱离细胞分裂周期,这时的核移植成功率是较高的,所以研究整个基因组的工作程序、工作状态,将是生物学基础研究的一个很大课题。发现很多具体的新基因是一方面,另外还要知道基因组是怎样工作的,实际上也就是要了解基因组的结构功能问题。原来总以为基因组的结构功能问题太复杂,但现在随着如酵母这样的生物的整个基因组的DNA顺序都搞清楚了,基因组工作程序的研究已经成为生物学的重大研究任务了。
我们现在已经知道,人的很多脏器细胞内工作的基因大约只有10%左右,而90%的基因是不工作的。在不同的细胞里,基因组里那么多个基因如何来控制谁工作、谁不工作?基因组如何工作的问题若得以解决,不少疑难疾病将得到根治 · 例如病毒病。有些病毒会钻到染色体基因组里去,如反转录病毒、乙肝病毒,若让它进去后不起作用,细胞仍可正常生活,那就等于没起作用。这方面的发展无疑对未来生物医学发展起着举足轻重的作用。
●问:有人称,克隆羊多利的问世表明,本该于21世纪来临的生物学世纪已经提前来到,请问李院士,您对此有何评述?
▲答 :现在生物学在整个理科中已占半壁江山。大家可以看像Nature、Science这样一流的杂志都不拒绝其他自然学科的文章,但最终发表的大多仍是生物学方面的文章。美国的科学院院报也是这样,它主要的文章都是生物学方面的。美国的科学院院士的名单中,生物学的也是最多的。这些都表明生物世界是生命物质长期进化的宝藏,新的科研发现不断出来,相对于其他学科,生物学目前正处在一个爆炸性发展的活跃期。过去说数理化天地生,生是小弟弟,现在小弟弟在我国也比较受重视了。很明显,现在许多综合性大问题,如环境问题、资源问题、人口问题的解决都有赖于生物学的参与。前一时期成都机场因为机场周围的人烧麦秆,造成烟雾弥漫,飞机停飞。实际上麦秆是一种很有用的东西。靠生物技术来改善、提高环境质量是一个大课题。
现在国际上DNA研究又有很重大的进展,现在已发展了DNA芯片。它可以在很小的一个芯片上完成上万个点的检测。而我们原来做这种检测一次只能做有限的点数。这一新技术的冲击若我们不能跨越过去的话,那么日后人家能处理那么大量的数据,而我们只能做那么一点点工作,这无法比。国外在这方面的努力已有好几年时间了,他们搞芯片的人和搞DNA合成的人结合起来,这个进展很厉害,对日后一系列的基础研究、应用研究都将产生重大影响。
真正的现代化是买不来的,跟也是跟不来的。没有自己的设计能力、创新能力,搞现代化就永远落后一步。现代化究竟应是怎么样的,当然可能有各种评价标准,但我们至少知道,这里面不能没有科学、不能没有基础研究、不能没有创新和自主设计的能力。