被禁錮的實(shí)驗(yàn)室微生物

　　目前，公眾對(duì)科學(xué)的態(tài)度十分矛盾。公眾期望科技新發(fā)展能夠繼續(xù)提高生活水準(zhǔn)，但他們又懷疑科學(xué)，因?yàn)樗麄儾欢茖W(xué)。
　　 ——斯蒂芬?威廉?霍金
　　
　　未來的某一天，人類發(fā)現(xiàn)了一種可以治愈疾病的新病毒，不料病毒變異后將受感染的人類變成活僵尸。于是一場(chǎng)大面積的病毒溫疫突然爆發(fā)，傳播速度之快幾乎無人能夠阻止，沒人知道可怕的病毒來自何處，只知道它是沒辦法停止的、不可逆轉(zhuǎn)的、無法治愈的，最重要的是，它是人為創(chuàng)造出來的。這種通過空氣就能傳播的病毒最終將整個(gè)紐約變成一座死城，那些被感染卻沒有死的人，身體發(fā)生了異變，成為一種可怕的生物，不再存在任何理智的思考，行尸走肉般居住在地下的黑暗當(dāng)中，躲避著陽光。男主人公成了那里僅存的一個(gè)人類——不知何故，他的血液對(duì)這種病毒有著天生的免疫能力。作為人類最后的希望，他必須使用自己血液中的免疫系統(tǒng)，尋找逆轉(zhuǎn)病毒的方法。
　　這是美國影片《我是傳奇》的故事情節(jié)。
　　早在20年前，我國著名科幻作家葉永烈寫的一篇小說《演出沒有推遲》里就確切描述了一種很奇怪的能造成人類呼吸道疾病的病毒。在科幻電影中，病毒毀滅世界的例子也有很多，比如影片《驚變28天》、《12猴子》、《恐怖地帶》等等。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)實(shí)際上是人類無節(jié)制地使用各種基因來配制新的生物所導(dǎo)致。
　　
　　躲不開的公眾關(guān)注
　　
　　不論科學(xué)家是否愿意，如今的科學(xué)研究，早已不再是那種蘋果樹下思考問題的自娛自樂。發(fā)達(dá)的傳播媒介可以在極短的時(shí)間將那些原本只在學(xué)術(shù)圈內(nèi)慢慢流傳的研究?jī)?nèi)容變成地球人都知道的科學(xué)故事。對(duì)于科學(xué)研究而言，這種關(guān)注“有利有弊”。
　　有利的一面是，公眾的關(guān)注可以讓科學(xué)研究得到更大的重視，獲取更多的資源。2010年因人造生命話題而大出風(fēng)頭的生物學(xué)家克萊格?凡特（Craig Venter）就是利用公眾關(guān)注的高手。不利的一面是，如霍金所言，公眾因?yàn)椴焕斫饪茖W(xué)而產(chǎn)生不信任感，導(dǎo)致關(guān)注變成爭(zhēng)議。
　　雖然沒人認(rèn)真統(tǒng)計(jì)過哪門學(xué)科哪項(xiàng)技術(shù)成為“爭(zhēng)議話題”的頻率最高。可以肯定，基因工程技術(shù)在爭(zhēng)議榜上的排名一定低不了。
　　在一些公眾眼中，那些穿著白色實(shí)驗(yàn)服、戴著手套的研究人員怎么看怎么不靠譜。且不說他們會(huì)不會(huì)因?yàn)楹闷嫘尿?qū)使搞出個(gè)哥斯拉來。單說他們手里的試管，里面的微生物都帶有人為植入的基因。如果這些微生物跑出實(shí)驗(yàn)室，會(huì)不會(huì)對(duì)人類健康或者自然環(huán)境造成重大威脅？現(xiàn)在人類面對(duì)的一些棘手疾病，例如H1N1、超級(jí)病菌、傳染性非典型肺炎（SARS），會(huì)不會(huì)是從實(shí)驗(yàn)室意外流出的基因工程微生物造成的？
　　
　　逃逸的實(shí)驗(yàn)室微生物？
　　
　　其實(shí)，這種對(duì)實(shí)驗(yàn)室微生物“逃逸”的擔(dān)憂頗有歷史，早在20世紀(jì)70年代初期就已經(jīng)開始。最早表示出這種擔(dān)憂的，不是別人，正是一些從事基因工程研究的專業(yè)人士。20世紀(jì)70年代初，基因工程技術(shù)尚處于起步階段?？茖W(xué)家將DNA片段在體外拼接，制造出原本在自然界中并不存在的重組DNA，再將重組DNA送入大腸桿菌中，使得大腸桿菌產(chǎn)生新的性狀或者制造出科學(xué)家想要的蛋白質(zhì)。當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)所用的DNA片段有不少來自于抗生素抗性基因和腫瘤病毒SV40的基因。于是，一些與微生物直接打交道的研究人員開始擔(dān)心，攜帶有腫瘤病毒基因的大腸桿菌會(huì)不會(huì)從實(shí)驗(yàn)室中“泄漏”出去，進(jìn)入人體腸道，使人患上癌癥。也有人擔(dān)心，一旦經(jīng)過基因工程改造過的細(xì)菌出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室以外，它們攜帶的抗生素抗性基因是否會(huì)傳遞給其他細(xì)菌，導(dǎo)致不懼怕抗生素的超級(jí)細(xì)菌出現(xiàn)?？蒲腥藛T的這種憂慮，經(jīng)過媒體的宣揚(yáng)，在當(dāng)時(shí)的社會(huì)上形成了一股反對(duì)“基因工程”的風(fēng)潮。
　　到了1974年，擔(dān)憂達(dá)到高潮。包括多名諾貝爾獎(jiǎng)得主在內(nèi)的一批科學(xué)家在《自然》雜志上撰文，呼吁人們?cè)谡J(rèn)真研究基因工程的風(fēng)險(xiǎn)之前，停止相關(guān)的研究工作。這樣的呼吁，在科學(xué)史上也許絕無僅有。因?yàn)闆]有任何證據(jù)表明危害存在，沒有法律限制，沒有政府命令，卻要求科學(xué)家停止工作。要知道，在那個(gè)基因工程的“淘金”年代，任何研究進(jìn)展都可能意味著巨大的學(xué)術(shù)榮譽(yù)和經(jīng)濟(jì)利益。世界上第一個(gè)基因工程專利，在1980年被批準(zhǔn)后，僅專利費(fèi)就賺取了超過1億美元。但是，出于對(duì)安全的考慮，絕大部分科學(xué)家對(duì)呼吁表示支持，進(jìn)而停止了手頭的工作。
　　
　　“禁錮”實(shí)驗(yàn)室微生物
　　
　　1975年2月，旨在探討基因工程安全性的學(xué)術(shù)會(huì)議在美國加利福尼亞的阿斯絡(luò)馬召開。數(shù)百人參加了這次在生命科學(xué)史上有著重要地位的會(huì)議，他們中有生物學(xué)家、醫(yī)生、律師、媒體工作者，甚至還有來自冷戰(zhàn)鐵幕另一側(cè)的蘇聯(lián)代表。在會(huì)上，科學(xué)家決定開始建立一個(gè)完善的系統(tǒng)，將研究用微生物給“禁錮”起來，讓它們?yōu)榭蒲蟹?wù)，但不會(huì)逃出去危害人類健康和自然環(huán)境。
　　這個(gè)囚禁微生物的特殊“監(jiān)獄”主要由兩道屏障組成。第一道屏障被稱為物理屏障（Physical Containment）。在建起這道屏障之前，科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)室中所用的微生物，根據(jù)危險(xiǎn)程度，劃分為不同級(jí)別。各國的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大同小異，以分成4個(gè)級(jí)別居多，從基本沒有危險(xiǎn)的一級(jí)到最危險(xiǎn)的四級(jí)。其中第四級(jí)微生物多數(shù)都是病毒，主要指那些能引起人類或者動(dòng)物患上嚴(yán)重疾病的微生物，也包括那些從未被發(fā)現(xiàn)或者已經(jīng)宣布被消滅的微生物。
　　所謂物理屏障，就是針對(duì)這四級(jí)微生物所設(shè)立的4個(gè)實(shí)驗(yàn)室防護(hù)級(jí)別。從最簡(jiǎn)單到最嚴(yán)密，分成P1、P2、P3和P4四級(jí)，這其中的P就代表物理屏障。針對(duì)不同等級(jí)的微生物，物理屏障必須做到保護(hù)操作人員不受到微生物的危害，同時(shí)還要防止微生物被“泄漏”到實(shí)驗(yàn)室以外。以常見的 P2級(jí)實(shí)驗(yàn)室為例，操作人員需要穿著實(shí)驗(yàn)服、戴手套，在生物安全柜中對(duì)微生物進(jìn)行處理，以避免直接接觸微生物。P2實(shí)驗(yàn)室的廢棄物必須經(jīng)過高壓滅菌后才能丟棄，以保證微生物不會(huì)“逃逸”。在要求最高的P4級(jí)實(shí)驗(yàn)室中，從穿著正壓防護(hù)服保護(hù)操作者，到完全獨(dú)立的建筑及配套設(shè)施來隔離微生物，所有配置都以最危險(xiǎn)的微生物為假想敵。
　　
　　無形的生物屏障
　　
　　物理屏障雖然嚴(yán)密，但是它的防護(hù)效果完全依賴于操作人員的素質(zhì)和認(rèn)真程度。違規(guī)操作，例如為了圖省事，把三級(jí)微生物帶到P2實(shí)驗(yàn)室操作，就會(huì)使得屏障失去作用。
　　根據(jù)墨菲定律（Murphy's Law），會(huì)出錯(cuò)的事總會(huì)出錯(cuò)。把“禁錮”基因工程微生物的希望完全寄托在操作人員永不出錯(cuò)上，顯然是不可取的。于是，科學(xué)家又設(shè)置了另一道屏障，生物屏障（Biological Containment）。
　　生物屏障的設(shè)計(jì)思想是設(shè)法讓基因工程所用的微生物只有在人造環(huán)境中才能正常生長(zhǎng)。即使發(fā)生意外“逃逸”，也不必?fù)?dān)心這些微生物會(huì)在自然界或者人體中興風(fēng)作浪。因?yàn)殡x開了特殊的人造環(huán)境，它們會(huì)迅速死亡。與有形的物理屏障不同，生物屏障是無形的，卻更加嚴(yán)密。
　　生物屏障也有相應(yīng)的分級(jí)系統(tǒng)。安全性從低到高，分為EK1、EK2和EK3三個(gè)級(jí)別，不同的微生物的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有所不同。以基因工程中最常用的大腸桿菌為例，EK1標(biāo)準(zhǔn)是所有基因工程用大腸桿菌必須要達(dá)到的最低標(biāo)準(zhǔn)。符合EK1標(biāo)準(zhǔn)的菌株必須沒有危害健康人群的能力，也很難在自然界或者人類腸道內(nèi)存活。與 EK1相比，符合EK2或者EK3標(biāo)準(zhǔn)的菌株必須做到生存力更差和可能致人生病的幾率更低。
　　第一個(gè)達(dá)到EK1標(biāo)準(zhǔn)的大腸桿菌是一個(gè)編號(hào)為K12的菌株。1922年，微生物學(xué)家從一名處于康復(fù)期的白喉病患者的糞便中分離得到了原始的K12。其后整整50年，K12都是在斯坦福大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中度過的。它生存的環(huán)境也從人類的腸道變成了人工配制的培養(yǎng)基?？紤]到大腸桿菌每20分鐘就能繁殖一代，50年的人工 “馴養(yǎng)”實(shí)在是非常漫長(zhǎng)，漫長(zhǎng)到讓K12喪失了一些最基本的生存能力。例如，普通的大腸桿菌能產(chǎn)生一種被稱為生物薄膜（Biofilm）的物質(zhì)。生物薄膜可以幫助大腸桿菌牢牢附著在潮濕的物體表面，這對(duì)于大腸桿菌在人體內(nèi)的存活意義重大。另外，生物薄膜能讓大腸桿菌對(duì)抗生素和去污劑的抵抗力上升幾百倍。有生物薄膜覆蓋的大腸桿菌細(xì)胞對(duì)于外界環(huán)境的變化的反應(yīng)也更為迅速。但是，被“馴化”的K12菌株卻不具備產(chǎn)生生物薄膜的能力，以致于它根本無法在試管以外正常存活?？茖W(xué)家正是利用了K12的低生存能力，讓它“安心”地為科研服務(wù)。
　　到了1976年，在K12的基礎(chǔ)上，科學(xué)家又培育出了能符合更嚴(yán)格要求—EK2標(biāo)準(zhǔn)的新菌株。因?yàn)榍》昝绹?00年國慶，新菌株被命名為 x1776。x1776比K12更為“虛弱”，懼怕陽光，懼怕稍稍偏高的溫度，對(duì)普遍存在于人類生活環(huán)境中的微量去污劑極為敏感。更重要的是，x1776的“胃口”非常特殊，它需要一種在人類腸道中根本不存在的物質(zhì)—二氨基庚二酸，才能存活。因此，除了人工添加了二氨基庚二酸的培養(yǎng)基，x1776哪里也去不了。
　　目前，常用于生物學(xué)研究的大腸桿菌菌株大多源自K12，全部符合EK1或者EK2安全要求。
　　為了讓生物屏障更加嚴(yán)密，除了安全菌株，科學(xué)家還配套開發(fā)了安全載體。所謂載體，顧名思義是一種運(yùn)載工具。在基因工程中，載體把科學(xué)家感興趣的DNA片段送入宿主細(xì)胞內(nèi)，并且?guī)椭鶧NA片段在細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制和指揮蛋白質(zhì)合成?；蚬こ讨?，最常見的載體是一種頭尾相連的環(huán)形DNA分子，即質(zhì)粒。為了滿足生物屏障的要求，科學(xué)家對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行了改造，開發(fā)出了安全質(zhì)粒。安全質(zhì)粒不具備在不同細(xì)胞間轉(zhuǎn)移的能力，也就是說它自始至終只能呆在一個(gè)細(xì)胞中。安全質(zhì)粒與安全菌株配合使用，就形成了一個(gè)雙保險(xiǎn)。即使發(fā)生細(xì)菌“逃”出實(shí)驗(yàn)室的意外事件，在其短暫的存活期內(nèi)，裝載在安全質(zhì)粒中的重組DNA也會(huì)被牢牢鎖在細(xì)胞內(nèi)，直到細(xì)胞死亡。
　　從20世紀(jì)70年代初到現(xiàn)在，基因工程的研發(fā)和運(yùn)用已經(jīng)走過了將近40年的歲月，在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等方面貢獻(xiàn)頗多?？梢哉f，基因工程滿足了人們希望科學(xué)技術(shù)提高生活質(zhì)量的愿望。另一方面，最初那些擔(dān)憂者所設(shè)想的恐怖微生物災(zāi)難并沒有在現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)，科學(xué)家用事實(shí)回答了民眾當(dāng)初的懷疑。如今的世界，同樣存在一些爭(zhēng)議頗大的科學(xué)技術(shù)。簡(jiǎn)單的“立”或者“廢”，都不能有效解決問題。如何在技術(shù)發(fā)展之初就預(yù)測(cè)到它可能產(chǎn)生的負(fù)面影響，在負(fù)面影響產(chǎn)生之前構(gòu)建起一個(gè)系統(tǒng)防止這種不利局面的出現(xiàn)，在系統(tǒng)可能出現(xiàn)紕漏前設(shè)法完善系統(tǒng)，才是真正實(shí)現(xiàn)趨利避害的最好方法。
　　【責(zé)任編輯】趙菲