1953年，弗朗西斯·克里克（左）與詹姆斯·沃森一起揭開了生物遺傳的秘密
□張文韜
60年前，兩位意氣風(fēng)發(fā)的青年——弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森發(fā)表了著名的DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu),這被看作無可非議的轉(zhuǎn)折點。從那天開始，我們關(guān)于生命的觀點永遠地改變，現(xiàn)代生物學(xué)的時代到來了。
“我們注意到，”他們在《自然》雜志上發(fā)表的簡短論文中寫道，“雙螺旋直接表明了遺傳物質(zhì)的復(fù)制機制?！笔聦嵶C明的確如此?？死锟说钠拮訆W迪爾第一個畫出了這個優(yōu)雅的螺旋。如今，這個最著名的生物分子已成為人類文化的一部分：在電影中、藝術(shù)品中、甚至在洗發(fā)水廣告中都有它的身影?，F(xiàn)在人們知道，DNA是動態(tài)的曲折卷曲，不斷移動和解旋，熱火朝天地進行著諸多生物密碼的編碼解碼工作。
自1953年以來，隨著人類對DNA的控制能力不斷增加，生物學(xué)已經(jīng)演變?yōu)橐粋€世界性的行業(yè)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)基因技術(shù)和合成生物學(xué)已經(jīng)興起，它們的發(fā)展雖然帶來了科學(xué)和商業(yè)上的收益，但也各自面臨法律上的困境。目前我們正在進入后DNA時代。在過去的幾年里，DNA本身性質(zhì)已被改變，組成DNA的堿基發(fā)生變異，DNA的功能被重新改造進行非生物利用。
DNA的結(jié)構(gòu)及知識
對DNA的操作，是由它本身的結(jié)構(gòu)決定的。雙螺旋階梯的每一級都是由一對DNA堿基組成。DNA中的堿基分別由A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）這4個字母代表。A只能與T配對，而C只能與G配對。如果把階梯一分為二，把原來配對的梯級分開，那么每一半階梯都會含有補全另一半的全部信息。因此，你可以從一個DNA分子制造出兩個獨立的DNA分子。這個過程此刻就在你身體里進行著，構(gòu)成身體的細胞以大概是每分鐘3000個字母的速度分裂（細菌能以10倍于此的速度進行）。相同的過程在地球上的每個細胞中連續(xù)不斷地進行。據(jù)我們所知，活細胞中的DNA都是一樣的，聯(lián)系達爾文的進化學(xué)說，我們能勾勒出生物的基本圖形，了解生命在40億年的過程中是如何進化的。
DNA是一種代碼，以基因的方式存儲生物學(xué)信息。上世紀60年代，DNA密碼被系統(tǒng)地破解，發(fā)現(xiàn)生物具有驚人的保守性。如果把DNA比作字母表，那么從中拼出的單詞就是蛋白質(zhì)的組成部分——氨基酸。雖然由DNA編碼的氨基酸只有20種，但卻足以組成所有的生命體。每個生物體內(nèi)的字母、加密方法、拼出的單詞都是一樣的，從細菌到藍鯨、向日葵、蘑菇、甚至你我，概莫能外。
從生物技術(shù)革命到合成生物學(xué)
正是這種統(tǒng)一性，催生了生物技術(shù)的工業(yè)革命，當然也給我們帶來了今天的苦惱。上世紀70年代，在美國的加利福尼亞州，科學(xué)家發(fā)明了在物種之間轉(zhuǎn)移DNA片段的方法，由此物種的特性可以被人精心設(shè)計。在上萬年的育種和農(nóng)業(yè)活動中，人類其實已經(jīng)一直在這么做，但是各種“DNA編輯工具”的問世，使我們突然跨過了物種和性別的障礙。如今轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)成為生命科學(xué)幾乎各個領(lǐng)域的中流砥柱，促進了生命奧秘的探索和疾病機制的研究。
在本世紀，轉(zhuǎn)基因技術(shù)之后出現(xiàn)的新領(lǐng)域是合成生物學(xué)。像電子學(xué)先驅(qū)們所做的那樣，合成生物學(xué)是通過基因修補制造標準化的組件，使新技術(shù)開發(fā)更加容易。今年夏天，最大規(guī)模的合成生物學(xué)會議將在英國帝國理工學(xué)院召開，這個快速成熟的領(lǐng)域的創(chuàng)建者們將齊聚倫敦，用日益先進的工具創(chuàng)造日趨復(fù)雜的生物電路，以此解決一些世界性難題，如糧食、燃料及糧食生產(chǎn)。在理論上，生物電路很像電子學(xué)，就像晶體管似的具有結(jié)點和“門”。但這種電路實際上是DNA，經(jīng)過精心設(shè)計組裝，完成特定的邏輯功能。
沃森最早倡導(dǎo)的人類基因組計劃已于10年前完成，檢測了人類基因組中的30億對堿基。由此產(chǎn)生了很多疑問，比如科學(xué)家還不清楚基因組是如何工作的。而人類已經(jīng)陷入DNA專利法律困境：按現(xiàn)行法律，個人的基因可以被其他人擁有。本周在美國高等法院審理的兩個乳腺癌基因是關(guān)鍵司法案例，將在全球范圍產(chǎn)生巨大影響。
基因組學(xué)的先驅(qū)們改變了科學(xué)研究的方式。人類基因組計劃的研究催生了一種新的大型科研方式——開放的大型國際聯(lián)合實驗室。最近幾年，成百個實驗室的上千名科學(xué)家測定了人類及其他物種的多個基因組；上周，古老的腔棘魚基因組被測定公布。所有的基因組數(shù)據(jù)都是公開的，最大程度地為盡可能多的人利用。
我們對DNA的操控已經(jīng)到了登峰造極的地步，可以完全無視其本來所有的生物學(xué)功能，僅僅當作一種信息載體來操作。簡單地說，DNA是存儲信息的載體。它的穩(wěn)定性令人難以置信：我們從已經(jīng)死去很久的生命體中提取到DNA樣本，包括猛犸象和尼安德特人，這具有重大意義。
在上世紀90年代，人們就開始把DNA作為數(shù)據(jù)存儲載體，但直到2010年，科學(xué)家克雷格·文特爾才把一些加密信息藏在一個他合成的細胞中，起名叫“辛西婭”。這一領(lǐng)域在今年1月有了突破，劍橋大學(xué)的遺傳學(xué)家伊萬·伯尼用DNA編碼了一段莎士比亞十四行詩、一段馬丁·路德·金的“我有一個夢想”演講錄音、以及克里克和沃森1953年的論文。而后把它們傳送到一個德國實驗室解碼，得到的結(jié)果是零錯誤率。
現(xiàn)在，這項技術(shù)僅僅用于存檔，因為讀寫的速度都很慢，信息密度卻比藍光碟或硬盤還大。我們會不停地研究DNA,因此它的讀寫速度將會提高。還記得錄像帶和激光光碟嗎？DNA這種介質(zhì)可以穩(wěn)定地存儲數(shù)據(jù)達40億年。
我們正進入黃金時代
雖然目前DNA編碼和復(fù)制的機制是一成不變的，但DNA分子本身卻不是這樣。在過去幾年中，我們已經(jīng)看到生命語言令人吃驚地發(fā)展。最初字母表只有4個，現(xiàn)在已經(jīng)提高到至少6個，Z、P是由包括佛羅里達州應(yīng)用分子進化基金會史蒂夫·伯納在內(nèi)的科學(xué)家提出的。這些新字母目前本身沒有任何意義：就好像我們在英文字母表里增加一些不能發(fā)音的字母。不過伯納把它們納入一個凍結(jié)了幾十億年的分子。去年，劍橋大學(xué)威克多·皮涅伊羅領(lǐng)導(dǎo)的小組重新組裝了雙螺旋階梯的支架，使DNA的D堿基能接納其他分子，創(chuàng)造了一類叫做“XNA”的物質(zhì)。它們同樣能復(fù)制、進化，而且擁有制藥的潛力，因為它們不同于游離的DNA，身體不能識別它們，自然也就無法降解。
自從60年前披露DNA優(yōu)美的曲線結(jié)構(gòu)以來，生物學(xué)的各個領(lǐng)域均在發(fā)生革命性的變化。這不可避免地帶來了人們對科學(xué)家“扮演上帝”的指控。然而這確實是我們一直在做的：提取自然材料、重新設(shè)計、改造它們，以適應(yīng)人類的需要和欲望，通常沒有考慮到后果。所有對新領(lǐng)域的努力探索都伴隨著爭議，比如大型公司對轉(zhuǎn)基因種子所有權(quán)的壟斷行為，激起了很大怨憤?；?qū)＠赡芎芸炀陀薪鉀Q方案。
某些人有一種發(fā)自內(nèi)心的信仰，認為我們不應(yīng)該從根本上篡改自然。然而，DNA技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展。讓DNA技術(shù)蓬勃發(fā)展是我們的責(zé)任，而如何分享其果實則留給社會作出明智的決定。60年前的發(fā)現(xiàn)決定了生物學(xué)的工業(yè)革命，我們正在進入黃金時代。
材料來源：英國《衛(wèi)報》
