DNA解碼生命
——上海科普大講壇第十三講

文字實(shí)錄 張艷

DNA解碼生命
——上?？破沾笾v壇第十三講

文字實(shí)錄 張艷

時(shí)間：2011年8月20日

地址：上海科技館2號(hào)樓報(bào)告廳

DNA，脫氧核糖核酸，一個(gè)大家都曾聽(tīng)聞而又神秘的名詞，從1953年沃森和克里克向世人宣布發(fā)現(xiàn)生命意義的這一刻開(kāi)始，DNA分子美麗的雙螺旋曲線成為了開(kāi)啟科學(xué)新紀(jì)元的鑰匙。僅僅相隔半個(gè)多世紀(jì)，DNA早已不是少數(shù)科學(xué)家感興趣的少數(shù)分子，而成為人們生活層面的核心科技。DNA是怎樣的一種故事竟掌握著生命的密碼，它就在我們每個(gè)人的體內(nèi)，而我們對(duì)它的了解又有多少呢？帶著你的已知，向你的未知，讓我們?cè)诒敬蔚拇笾v堂中走進(jìn)DNA。

本次上?？破沾笾v壇邀請(qǐng)了三位專門(mén)研究DNA的科學(xué)家從微生物、植物、動(dòng)物三大領(lǐng)域帶領(lǐng)我們走進(jìn)DNA的世界，共同了解DNA是如何解碼生命，創(chuàng)造奇跡的。

DNA之魅

講述人：鄧子新 中國(guó)科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院院士、教育部微生物代謝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、微生物學(xué)家

DNA是生命之水

人類經(jīng)歷四次工業(yè)革命，從蒸汽機(jī)的時(shí)代，之后進(jìn)入電子時(shí)代，隨之進(jìn)入了信息時(shí)代，第四次工業(yè)革命是沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)為標(biāo)志的，把我們帶進(jìn)了研究生命的現(xiàn)象和本質(zhì)的時(shí)代。接下來(lái)的階段里生命科學(xué)不斷發(fā)生由量到質(zhì)的變化，比如發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶、氨基酸密碼子、限制性內(nèi)切酶、研制出單克隆抗體，1982年FDA批準(zhǔn)第一個(gè)基因工程藥物重組人胰島素，1983年發(fā)明PCR技術(shù)，90年代啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃，隨之出現(xiàn)克隆羊，到這個(gè)世紀(jì)初期人類基因組測(cè)序完成，真正使得我們今天進(jìn)入高速發(fā)展的生命科學(xué)世紀(jì)。

其中發(fā)展歷程階段重點(diǎn)是通過(guò)小鼠實(shí)驗(yàn)如何證明DNA不是蛋白質(zhì)，是遺傳因子，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了DNA是致病的重要因子，不是蛋白質(zhì)，也就是物質(zhì)的基礎(chǔ)。隨后證明基因是一個(gè)個(gè)小片斷或者大片斷DNA構(gòu)成的，編碼了生物體千年文化的遺傳現(xiàn)象，儲(chǔ)存了現(xiàn)在生物群無(wú)窮無(wú)盡的遺傳信息資源。

作為一個(gè)人來(lái)講，個(gè)別的基因編碼了我們的性格、說(shuō)、笑、眉毛、眼睛，無(wú)數(shù)基因的組成了生命遺傳物資信息的組合，構(gòu)成了基因組，都是DNA在決定的，這個(gè)世界有人、大猩猩、熊貓、非常小的病毒、細(xì)菌、真菌，今天這個(gè)色彩斑斕的世界無(wú)一不和DNA有關(guān)。

DNA是禍福之源

DNA是禍福之源，跟我們生活息息相關(guān)的流行性疾病，比如非典、禽流感、甲流，早期的肺結(jié)核，這些疾病早已成為威脅人類健康的最大威脅之一，這些疾病通過(guò)微生物介道，可通過(guò)空氣傳播、血液傳播、水、食品傳播。更不能小看這些微生物，諸如艾滋病病毒、狂犬病、肺結(jié)核細(xì)菌、還有蛔蟲(chóng)病、SARS、禽流感、H1N1等等，這樣的病毒威脅著社會(huì)公共安全，這與這些微生物的防控是息息相關(guān)的，比如狂犬病是死亡率最高的病毒性傳染病，它的發(fā)病率在我國(guó)位居世界第二。有些疾病會(huì)引起植物的病害，有1700多種植物由于微生物產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)病害，像水稻、小麥、玉米、棉花，還有一些像蔬菜、水果、煙草、人參等許許多多的植物病害，影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也直接或者間接的影響了我們的生活健康。

除了微生物，本質(zhì)都是DNA所造成的侵害。同時(shí)DNA還有人為的恐怖，比如說(shuō)克隆人，克隆其他有害動(dòng)物、農(nóng)作物或微生物?；蛭淦魍ǔＪ抢萌祟惒煌娜朔N，或種族之間的差異，人類跟大猩猩、熊貓、豬相比，90%以上的基因都是一樣的，有時(shí)可能是百分之一點(diǎn)多的差異造成種族之間的差異，這如受到攻擊，可能就使人類面臨某種基因武器的威脅，基因武器是殺人不見(jiàn)血，如果不得以控制，某些方面比核武器有過(guò)之而無(wú)不及。而且基因武器生產(chǎn)規(guī)模小，但快速高產(chǎn)，沒(méi)有輻射，也沒(méi)有煙火，很難檢測(cè)，成本很低，殺傷力強(qiáng)，無(wú)特殊傷口，難以及時(shí)搶救，沒(méi)有特殊標(biāo)記，也難以隔離。只有少數(shù)研制者知道遺傳密碼，所以防控是非常困難的。這種情況下，科學(xué)和社會(huì)面臨另外的一個(gè)任務(wù)是發(fā)展以毒攻毒的反基因武器，發(fā)現(xiàn)和保護(hù)我們的種族特異性和易感性基因研究，是任重道遠(yuǎn)的。

DNA不光有自然、社會(huì)、人為的威脅，同時(shí)它也是財(cái)富，比如豆科植物，花生、大豆、木薯，可以形成很大的瘤子，這瘤子可固定空氣中游離的氮?dú)?，像工廠里面生產(chǎn)出來(lái)的硫酸銨，只有氨態(tài)的氮才能被植物吸收，根瘤菌固定了自然界生物固氮總量的一半以上，這是為人類造福的生物。另外還有轉(zhuǎn)基因的產(chǎn)品，通過(guò)轉(zhuǎn)基因可以產(chǎn)生保鮮期長(zhǎng)的番茄、抗除草劑的大豆，可以產(chǎn)生抗蟲(chóng)棉，主要是B1毒素死棉鈴蟲(chóng)，還可以產(chǎn)生抗蟲(chóng)的玉米，抗除草劑的油菜，抗病毒的木瓜。還可以通過(guò)凝乳酶把奶制品凝聚起來(lái)，同時(shí)通過(guò)動(dòng)物生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到牛、羊身上去。這些都是轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物和植物產(chǎn)品，在好的方面要加以利用。

轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在不斷的產(chǎn)生，例如針對(duì)非洲國(guó)家缺乏維生素A黃金水稻，培育抗蟲(chóng)生長(zhǎng)慢的草皮，賦予植物某些功能，人吃了這種植物就可以不用再注射抗體了，不需要注射疫苗了，同時(shí)利用現(xiàn)在的基因技術(shù)，還可以改變物種，賦予新的形狀，用于器官移植。尋找單基因、多基因病，為一些遺傳病找到治療方法，可以改變或增加我們的壽命，在微生物藥物方面也是如此，僅藥物單項(xiàng)品種有100多個(gè)，全球市值超過(guò)300億，所以市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值非常巨大，現(xiàn)在生活技術(shù)與人的生活質(zhì)量有很大關(guān)系，這些都是DNA技術(shù)帶入我們的生活，使得我們的生活更加美滿。

趨利避害是解碼DNA的天職

今天這個(gè)社會(huì)面臨很多危害，有些是自然的損害，有些是人為造成，像疾病的危害、糧食的短缺、環(huán)境的污染、人口的膨脹、生態(tài)平衡遭到破壞、能源危機(jī)、資源匱乏，以及生物物種的消亡，繁花似錦的世界中危機(jī)時(shí)時(shí)可以看到。我國(guó)每年有7億噸秸稈，其中2億噸被就地焚燒，每年有2億多萬(wàn)噸林地廢棄物沒(méi)有被利用，這些生物質(zhì)的資源是生命科學(xué)要解決的環(huán)境資源問(wèn)題。今天發(fā)展生物煉制以及細(xì)胞技術(shù)，是要把這些可再生的秸稈甚至垃圾，通過(guò)細(xì)胞工廠產(chǎn)生各種能源生物、材料生物、化學(xué)品，像燃料、電、熱、產(chǎn)品等等，變廢為寶。此外，我們需要趨利避害，環(huán)境當(dāng)中有很多有毒有害的微生物，像二噁英、多氯聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚。焚燒垃圾會(huì)產(chǎn)生很多有毒有害的物質(zhì)，相對(duì)應(yīng)的可以用微生物降解環(huán)境污染物，使得我們的環(huán)境得到凈化。

生物學(xué)家和工程師聯(lián)合起來(lái)對(duì)生物體進(jìn)行重新布線和編程，數(shù)年以后我們可以生產(chǎn)更廉價(jià)的藥物，為汽車(chē)提供綠色能源，為治療癌癥等醫(yī)學(xué)難題提供新手段，最終改變我們的生活。二十一世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，不理解生命科學(xué)就無(wú)法理解這個(gè)世紀(jì)，不掌握生命科學(xué)就無(wú)法把握挑戰(zhàn)和機(jī)遇，以DNA為源頭的生命科學(xué)正迅速改變著我們的生活，揚(yáng)長(zhǎng)避短、趨利避害是科學(xué)和社會(huì)的共同責(zé)任，使得生物更多的成為我們的朋友，是敵人的我們要抑制它，這是我們科學(xué)和社會(huì)共同的責(zé)任。