根治与遗传有关的疾病是人类基因组计划的主要目标之一。在本文中，美国科普作家埃里克 · 格雷斯向您介绍什么是基因疗法以及基因疗法的发展方向。
人类基因组计划是一项规模宏大的计划，其目的是要给人类DNA中100,000多个基因绘制图谱并对它们进行序列测定。这是一项极其艰巨的任务，自1986以来，已有数百名科学家在世界各地的实验室里为之而奋斗着。
最早得以鉴定的人类基因是那些跟疾病一如囊性纤维变性——有关的基因，那是早在70年代的事情了。对整个基因组（即存在于一套完整的染色体中的全部基因）进行序列测定是出于这样的愿望：更多地了解疾病的遗传根源，更多地发现可用于基因疗法的基因。在1971年，只有15个人类基因的位置在某些特定的染色体上得到了确认，这些基因大多数存在于较易识别的性染色体上。到了90年代中期，研究人员确定了大约2，000个基因的位置——虽然这个数字给人留下深刻印象，但它只不过占整个人类基因组的2%而已。
给基因定位的能力随重组DNA技术的发展而提高，尤其是使用限制酶把DNA分子切割成具有已知终点的小片段的技术。限制酶的切割位点起到了一种标记的作用，使得科学家在对不同的片段进行比较时易于识别有无特定基因存在。它们逐步形成按已知顺序互相重叠在一起的DNA分子片段的集合，直至最终涵盖整个染色体。彼此相邻的片段形成有序的染色体文库，而这恰恰是研究人员在确定特定基因的位置时所必需的。
测定基因在染色体上的位置只是第一步，最终的目的是要弄清楚每一个基因的碱基序列。这是一场持久战，因为在一整套23对人类染色体中大约有30亿个碱基对。
许多科学家发现这项庞大研究计划的启动颇有激励性，犹如美国在60年代期间发起的载人登月行动。
美国乔治 · 梅森大学的物理学教授詹姆斯 · 特里费尔在1989年回顾基因组计划的时候写道：“它至少代表了对苏格拉底的‘认识自身’这一格言的最终科学反应。”另有一些科学家则对此项计划热情不大，他们认为这项计划从根本上来说是时间、金钱和人力资源的巨大浪费。
基因组计划的评论家们认为，对每一个基因进行完全的序列测定是没有必要的，也是令人乏味的——“这好比是给婆罗洲的每一棵树进行定位，是没有意义的。”就医学的目的而言，只要能对那些致病基因进行简单的识别就足够了。
再则，基因组的大部分实际上不是由那些对蛋白质的产生进行编码的基因组成的。长串的DNA另有别的功能，例如启动和关闭基因，或帮助细胞在分裂的过程中复制基因。基因组的其他部分可能是些没有实际功用的进化上的累赘，就像人体内的阑尾。专家们在他们写给学术刊物的热情洋溢的信中对这种争论，以及在研讨会上对大叫大嚷的对方辩友都表现出他们富有人情味的一面。
人们普遍关心的另一个问题是担心对人类基因组的完全认识是否会导致恐慌，因为它使人们联想到佛兰肯斯坦的故事（佛兰肯斯坦：英国女作家玛丽 · 雪莱（1791—1851）小说中主人公创造的怪物。这位主人公是一名生物学家，最后被自己创造的怪物所毁灭——译者注）这种担心是否属于杞人忧天呢？有一位作者在1988年发表于《美国科学家》杂志上的文章中陈述了他的不同看法：“基因定位图谱好比是用人们无法读懂的文字写下世界的全部历史。”
基因疗法的故事在继续
基因疗法的首次实际应用始于1990年9月，患者是一名得了一种罕见的遗传性免疫缺陷疾病的儿童。这种病是因缺少腺苷脱氨酶（ADA）而引起的。ADA缺乏者有反复受感染的危险，并极易较早患上癌症，其中许多人在出生后的头几个月里就会死去。例如众所周知的“气泡室男孩”大卫患的就是这种病。因为他的免疫系统无法与病毒抗衡，所以，为了防止与病毒接触，大卫被隔离在一个特制的塑料室中生活了9年。
与许多其他遗传性疾病的情况一样，ADA缺乏症的根源在于身体因遗传信息的缺损而丧失了制造某种重要化学物质的能力。这种病只出现在那些从双亲那儿遗传了有缺陷的ADA基因的儿童身上。如果一名儿童从双亲的其中一方遗传了有缺陷的基因，而从另一方遗传了正常的基因，那么他就不会患这种病，但有可能把这个有缺陷的基因遗传给他的下一代。
研究人员早在80年代初就已经鉴别出人类白细胞中的正常ADA基因。他们想要知道，当把这种正常基因插入到取自ADA缺乏者、并在实验室里培养着的淋巴细胞中的时候，究竟会发生什么？他们之所以采用淋巴细胞，是因为淋巴细胞容易取样，容易在实验室中进行培养，更容易通过遗传工程加以改造。
在ADA基因通过遗传工程病毒载体被转移到淋巴细胞中之后，这些细胞便像预期的那样开始产生ADA。所产生的酶的数量大约为正常值的25%，不过用它来纠正由缺乏ADA所引起的缺陷已绰绰有余了。另外，经遗传工程改造的细胞，其寿命与正常淋巴细胞相同，而比未经改造的ADA缺乏者淋巴细胞的寿命要长。这种技术的美妙之处在于所要求的基因不但与其所在的细胞共存亡，而且无论细胞在何时分裂，该基因照样被复制并遗传给所有下一代。
随着实验室试验的成功，研究人员已能随时在ADA缺乏者身上试验这种技术。第一例受试对象是一名年仅4岁的女童。一年之后，又在另一名9岁的儿童身上进行了临床试验。两位儿童的早期试验结果均令人鼓舞。研究人员每一、两个月给他们作一次ADA基因工程细胞的大剂量输注。一年之后，两位病人血液中的活性淋巴细胞水平都显示正常，而且两者的免疫功能都有所提髙。
由于经改造的淋巴细胞不能永远存活，所以这不是一劳永逸的治疗方法一要达到那样的目的耑要使用骨髓干细胞［参见干细胞的重要性］。因此，这只能算是一种暂时的治疗，它的疗效需要通过经常性地注射遗传工程淋巴细胞来维持。但是，就如糖尿病人使用胰岛素的情况一样，它能让这些病人过上相对正常的生活，在上述第一位女孩接受治疗的一年时间里，她能够上学，能够与亲友们一起游泳、跳舞和溜冰，受感染的危险并不比正常人大。
干细胞的重要性
可用来复制那些能植入细胞的基因并将它们迅速地扩散到病人血流中的理想细胞是骨髓中的干细胞。它们是迅速分裂着的细胞，负责制造人体中已发现的各种不同类型的红细胞和白细胞，包括那些构成免疫系统者。
干细胞的功能是制造新细胞，所以，一般说来，经改造的干细胞将成为病人余生中健康血细胞的一个来源。不幸的是，要把干细胞从骨髓组织中分离出来非常困难，制造遗传工程干细胞的尝试到目前为止尚未获得在血流中出现大量遗传工程细胞的结果。
其中一个问题是难以接近位于骨髓深处的细胞。然而，有些干细胞进入血流并在身体中循环的血细胞中占了极小的比率（1%-3%），研究人员正设法寻找分离干细胞并加以浓缩的方法。如果他们取得成功，那么遗传工程干细胞就有可能最终提供一种根治大多数——即使不是全部——由遗传决定的血液疾病和循环系统疾病的方法。
血细胞可以通过遗传工程加以改造并重新植入人体，只要将它们注射进血管即可，非常简单。但是如果你想要改变一个器官——例如肝脏——的细胞里的基因，又该怎么办呢？
一种办法是取出一小片肝脏，把它分离成单个的细胞，在每个细胞中插入合适的基因，然后把遗传工程细胞重新植入到病人体内。
另一种办法，根据基因移植先驱者威廉 · 弗伦奇 · 安德森等人的研究，是培育智能载体——即能够自行找到通往人体内病变组织路径的载体。我们把新一代的载体直接注射到病人体内，像弹道导弹那样把基因送到靶细胞中，而不是把基因插入到培养皿里的细胞中。这可以通过将分子附着于能够识别目标器官细胞表面的特定蛋白质的载体来实现。
基因疗法根治疾病
上而所描述的基因疗法是给病人补充正常的基因以产生因遗传缺陷而缺少的东西另一种基因疗法则另辟蹊径，通过阻断疾病基因的表达来达到同样的目的。
在这种被称为“反义疗法”的医疗对策中，科学家增加一个与靶基因——譬如说引起关节炎的基因——相颠倒的基因。该工程基因产生一个能弥补病变基因中DNA的DNA，与它结合在一起并阻断它的活动。例如，如果疾病基因产生一个人体不需要的蛋白质，反义疗法就能阻止这种蛋白质的形成。如果该病变基因抑制某种人体所需蛋白质的形成，那么反义疗法则能使正常蛋白质得以产生。
基因疗法的第一阶段——识别致病基因——已经取得了相当好的成效，这要归功于人类基因组计划。大众媒体经常报道发现了这种或那种疾病的致病基因，如早老性痴呆、秃发等等。现在研究人员正致力于基因疗法的第二、第三阶段的攻关：即将基因安全地送到人体内靶细胞中并控制工程细胞中的基因表达。这些程序关系着基因疗法的成败，可能还需要10?20年的深入研究。
许多现代的医疗方法是使用化学药品，大多数医用生物技术企业致力于大批量生产特定用途的纯净药物。有些药物是从天然资源中提取的，有些是用化学方法合成的，但是越来越多的药物将利用重组DNA的遗传工程细胞来生产。
干扰素的故事
遗传工程在商业性药品生产中取得的第一个巨大成就是干扰素。干扰素是一种与免疫系统有关的人体自然产生的化合物。
干扰素发现于1957年。它是由人体内的细胞在对病毒的侵袭作出反应时产生的，它促进一种能刺激免疫系统的蛋白质的合成，从而抑制感染的扩散。
虽然干扰索的有用性立即就得到了承认，但当时尚无法在市场上将其推广，也无法在治疗中广泛应用，因为这种化学物质在人体内产生的镇极其微小。要获得一克干扰素，须要消耗90，000名献血者提供的血，而且即使如此，其产品的纯度也仅为1%。在1978年的时候，病人使用一剂纯度并不算高的干扰素要付50,000美元。
随着遗传工程的诞生，所有这一切发生了巨大的变化。在1980年，瑞士 的研究人员成功地把一个人体干扰素的基因植入到细菌体内，这是用人类基因完成的第一次此类尝试。研究人员以这个遗传工程细胞为原型克隆出成千上万个细菌细胞、有了这种方法，廉价地生产出大量原先极为珍贵的蛋白质就有了可能。到了80年代中期，干扰素的产量直线上升，而且纯度不断提高，结果每剂干扰素的价格下降到1美元左右。
干扰素是一个成功的例子，它使得医用生物技术的支持者们热情高涨。干扰素现在不仅用于器官移植病人的抗病毒感染，而且用来与其他病毒性疾病（包括普通感冒）作斗争，以及用作抗癌药物。
基因和疫苗
利用遗传工程来生产药物的一大优点是能够大贵生产那些用传统方法难以提取，或成本高昂，或根本就无法获得的化学物质。另一个重要的优点是用这种方法生产的药物纯度高；如果是利用人类基因制得的，则能够与人体完全相容。
例如，在遗传工程细菌被克隆出来制造人体胰岛素之前，这种用来治疗糖尿病的激素的主要来源是牛或猪的胰脏。虽然动物胰岛素与人胰岛素相类似，但与人胰岛素终究不是完全相同的，且会引起某些病人的过敏反应。然而，由细菌利用重组DNA生产的人体蛋白质则没有这种副作用，
再举一个例子，抗病的疫苗传统上是从“解除了武装的”即不再有感染力的病原体（致病微生物）中提取的。它们对大多数人有效，但是一小部分人对疫苗有过敏反应。同时也存在一个虽然很小的危险，即疫苗有机体有可能恢复到原先的致病状态。遗传工程疫苗比较安全，因为它们不含活的有机体，而只有刺激肌体增强免疫性的蛋白质。
在目前，美国制药工业利用生物技术生产的200多种药物中，疫苗是第二大类。其他产品包括激素、干扰素、凝血因子、抗致敏分子和酶类等。这些药物中的大多数仍然处于临床试验阶段，它们主要被用来对付癌症、艾滋病、哮喘、糖尿病、心脏病、莱姆氏病（Lyme disease）、多发性硬化、类风湿性关节炎以及病毒性感染等。
但是我们的基本观点是，基因定位也好，基因序列测定也好，都仅仅是一个开端而已，单凭这点认识，我们不可能弄清基因的种种功能。在今天已经确定了位置的大约2,000种基因中，我们只知道了其中几百种的功能。而且，仅仅知道这些功能不等于可以说我们已经知道了这些功能的实现方式——基因如何被表达；蛋白质的编码和疾病的症状之间有哪件生化过程等。
虽然不断进步者的认识正迅速地缩小对这些领域的包围圈，但是我们现在尚不必担心生命的全部奥秘会被很快揭穿。
[The Futurist，1998年1~2月号]