基因組圖譜解密(BE0085)──當代科學最偉大的發現
Cracking the Genome : Inside the Race to Unlock Human DNA

類別： 自然‧科普‧數理>科學
叢書系列：NEXT
作者：凱文‧戴維斯
       Kevin Davies
譯者：潘震澤
出版社：時報文化
出版日期：2001年07月23日
定價：350 元
售價：276 元(約79折)
開本：25開／平裝／360頁
ISBN：9571334510

【推薦序｜導讀｜緒言 1｜書摘 4｜書摘 1｜書摘 2｜書摘 3｜緒言 2】

▼  緒言 2

英國的醫學慈善機構衛康基金會（The Wellcome Trust）對這項消息迅速作出回應，將資助英國第一把交椅的 DNA 定序單位「桑格中心」（Sanger Centre）的經費加倍，藉此向遺傳學界提出保證：該基金會的目標，是確保得出一份經得起時間考驗的人類基因組序列的定稿。柯林斯隨後也有樣學樣，加強經援美國境內產能最大的幾所定序單位。從各個面向來看，原本進行緩慢的人類基因組序列解碼工作，突然轉變成兩派人馬相爭的大型戰爭，彼此具有完全不同的策略及行事表。凡特的意圖是要他的賽勒拉基因組公司（Celera Genomics）比一般人預期的早上好幾年，定出人類基因的序列，就算中間會留下許多空隙也不管，並且希望取得數以百計的基因專利，以便將基因序列的寶貴資料，向製藥界換得大筆財富；而柯林斯的工作，則是負責啟動笨重的公家計畫，想辦法與凡特的私人努力並駕齊驅，比預定計畫提早幾年交出完整、優質標準的序列；此外在每天夜裡，公布最新出爐的 DNA 序列資料，讓人類基因組的專利申請，無法進行。

接下來的兩年，兩方人馬在新聞媒體上不斷相互羞辱及指責，同時私下瘋狂地進行基因組的定序工作。這項牽涉名譽及優先權之爭的賭注，可是大得不得了。柯林斯及同夥一口咬定他們並不是與凡特競爭，加快定序工作的腳步本是原定計畫的一部分。凡特則召開記者會，宣布抵達人類基因定序的重要里程碑，更在公元兩千年四月的一場國會聽證會上，宣稱他已經完成了某個人完整的 DNA 定序工作。這般公開的互鬥，幾乎糟蹋了原本是人類歷史上最莊嚴，且最受期待的成就。《科學》雜誌的主編甘迺迪（Donald Kennedy）評論道：「媒體愛死了這種激烈的競爭，加上雙方幾句偶爾交換的無聊對話。但過於強調競賽，可能把事實給掩蓋了；這可是一件了不起的科學成就。」

突然之間，在公元 2000 年 6 月，這場「競賽」宣告結束；柯林斯及凡特同意捐棄成見，讓追求人類基因組的研究，恢復一點尊嚴。這項匆促宣布的勝利，在許多方面來說，都是不夠成熟的。譬如柯林斯的團隊並沒有達成他們宣稱的目標：得到 90 ％序列的「草圖」，但他們確實將向大眾公開所有的資料。反之，凡特說他們的定序完成了 99 ％，但只有少數幾家付錢使用他們資料庫的訂戶，才能確認真偽。不過這些都屬於技術性的枝微末節。6 月 26 日在白宮舉行的慶祝典禮上，柯林斯及凡特驕傲地站在柯林頓總統身旁，聽著總統宣布：「今天，我們得知了上帝創造生命所使用的語言。」

將人類基因組解碼是件驚人的成就，與從發明輪子到登陸月球任何一項重要的科技成就相比，都有過之而無不及。我們是第一個具有這種智慧的物種，能夠解讀生命之書。雖然幾年前有個愛說笑的人說，我們也是第一個笨到要花錢去做這件事的物種。但是解開人類基因組的編碼，究竟代表什麼意義？到底這項成就的重要性在哪裡？

美國基因組研究的旗艦懷海德研究院主任蘭德（Eric Lander）說：「這場遺傳學比賽開始於 1900 年前後，這會兒只是中場休息，真正有趣的下半場才正要開始。」的確，這場競賽開始於百年前，有三位植物育種學者發現孟德爾受到忽視的工作。孟德爾是波希米亞的修道院士，他建立了這門學問的基本遊戲規則，他用豌豆的顏色及形狀顯示遺傳特質是由成對的因子所決定，後人稱此為基因，並有顯性與隱性之分。在孟德爾的工作被發現後不久，蓋洛德爵士（Archibald Garrod）提出假設：一種稱為黑尿病（alkaptonuria）的疾病，是由一個隱性基因所造成；那就是第一個發現的人類「先天性代謝缺失」。

一直要到 1944 年，基因才確定是由 DNA 所構成；但那項發現在 1953 年華生及克立克的重大發現之前，並沒有引起大眾的注意。當年的一張黑白相片，顯示這兩位年輕科學家以敬畏的眼神，注視著他們建立的模型：螺旋狀的 DNA 階梯。 DNA 的螺旋結構，提供它代代相傳的秘密；至於階梯的橫條，由四個簡單的字母代表，攜帶了生命的密碼。克立克和其他人在 10 年後解開密碼的秘密：由三個鹼基組成的序列，基本上拼出了合成體內蛋白質的指令。 1970 年代起，科學家發展出操弄及決定 DNA 序列的法子，開始了遺傳工程的革命，也著手人類基因定位的工作。

1980 年代中期，有群科學家開始籌畫將人類 DNA 上所有三十億個字母的順序，完全組裝起來的工作。曾以 DNA 定序獲得諾貝爾化學獎的哈佛大學教授吉爾伯特（Walter Gilbert），宣稱這項挑戰等於是生物學研究的聖杯（Holy Grail）。對於這項計畫的若干花費以及是否明智，經過好些年的爭論，人類基因組計畫終於在 1990 年起步，預計在 2005 年完成。

剛開始的進展很快，尤其突出的是，找到好些個引起嚴重疾病的基因，包括肌肉萎縮、阿茲海默症，及癌症。但是要將 30 億個 DNA 的單位，不厭其煩，一一定序的技術，進展卻慢得多。預定的 15 年計畫過了一半，人類基因組只完成了 3 ％的定序，因此該計畫能否如期完成，引起質疑。凡特抓住這個機會，用上最先進的 DNA 定序儀及電腦科技，再配合一項大膽的DNA定序策略，先用生物學研究最常用的標準生物之一果蠅的基因組，來牛刀小試一番；結果在 1999 年，賽勒拉公司只花了 4 個月，就成功地完成工作。從那一刻起，大家對於凡特要比預定期限早好幾年，就完成人類基因組定序的承諾，就不再有太大的懷疑了。

伽利略在談及宇宙時，寫道：「這本宇宙之書是以數學的語言寫就，字母是三角形、圓形及其他幾何圖形，沒有它們的幫忙，我們便會迷失在黑色的迷宮裡。」在我們進入遺傳學下半場比賽之際，我們已經近乎完全知道構成整個人類基因組的文字，是由一連串 30 億個字母組成，約有 750 個百萬位元（NB）的數位資訊，可以寫成五千本像你手上拿的這本書，但卻裝得進一片 DNA 光碟中。

如果說上半場的比賽高潮迭起，那下半場注定將更精彩奪目。接下來的幾年間，科學家在強力電腦計算法的幫忙下，將過濾人類 DNA 的字彙，找出所有的基因。他們到底會找到多少，現在要說為時尚早，估計數目從四萬到十萬不等。（譯按：最新的估算只有三萬五到四萬，比以往想像的少了許多。）馬上面臨的挑戰，是去了解這些基因的用途，以及猜測我們 DNA 上數以百萬計的單點變化，與我們容易罹患某些疾病之間的關聯。這些進展，將使醫生可以掃描一個人的基因組，產生一份個人罹患常見疾病，譬如心臟病、糖尿病，及精神疾病的風險計分表；同時針對這些情況，提供最有效的治療建議。

在未來的一、二十年間，我們將可能帶著含有自身 DNA 資料的 DVD光碟，到處走動；其中將告訴我們，自己的基因容易患上哪些病症，以及對藥物的耐受性如何。醫院診所也更能夠在把人類胚胎植入著床前，先揀選某些遺傳特質，及使用全新的基因治療，取代或修補有缺陷的基因，以治癒先天性疾病及癌症。在下半場結束前，我們對自身基因組秘密的了解，可能充分到能與人類的性格特質產生關聯。我甚至還沒有提到異種器官移植、幹細胞，以及複製人。

人類基因組顯然掌握了開啟未來的鑰匙；但可能更重要的是，它還攜帶了我們過去的秘密。研究及比較人類與靈長動物基因組序列的變異，當能顯示過去五百萬年來，我們走過的演化路程。我們將透過基因組研究，對過去十萬年間人類從非洲出走，遍布全球的遷徙，有所了解；並揭露我們身為一個族群及一個物種隱藏的真相。 DNA 序列的變異，也提供生者與逝者特殊的分子指紋。像這樣的研究，對於美國及蘇俄的政治歷史，添加了重要的篇章；在司法系統上， DNA 指紋更是扮演無可取代的角色。

我希望本書提供給讀者的，是我們在中場休息，重新整裝待發時，對於遺傳學的一些看法。本書就算不是記錄人類演化史上決定性的一刻，至少也是為那些造成這項非凡科技成就的人，留下他們的故事；在此回顧了上半場的精彩片段，也對下半場作了預告。本書對於基因組計畫的政治鬥爭，並無意願蓋棺論定；也無心作揭露科學發展隱晦真相的人類學調查報告。我的目標放在捕捉追求生物學研究聖杯的過程中，那一分興奮、引人、神秘，及莊嚴。

由於還有大半場的比賽時間，我們根本不可能預測最後的結果；但毫無疑問地，這份遺傳訊息的寶藏，將永遠改變我們對於自身在這個世界地位的看法。我們的下一代將診斷出他們還沒有罹患的疾病，以及服用與身體化學相容的藥品治療；我們的孫輩可能是從一群培養皿裡通過 DNA 隱藏缺失檢查的細胞中，抓出一些所生成的；而我們的曾孫輩對於接下來的世代都將有所控制，對他們而言，把特徵加進遺傳物質，簡單的好比在襯衫上縫個鈕扣。

如果說蒸汽引擎代表的是 19 世紀，雙螺旋是 20 世紀主要的影像，那麼基因序列，那 30 億個鹼基的龐大序列，注定要來決定下一個世紀。 DNA 基本上是數位的資訊，具有三十億年歷史的福傳（Fortran）密碼。這會兒我們已經解開基因組之謎，而面臨的終極挑戰是去了解這些序列所代表的意義，以及它們能夠教導我們什麼。如果我們願意，我們具有令人生畏的潛力來更改「上帝」的語言，以及責任去駕馭基因組，以便在公正以及合乎倫理的方式下，改善人類的情況。人類這個種族的童年期即將結束。

中場休息終了。