基因技術:信息與生物的交融

奇點臨近作者：Ray Kurzweil 投票推薦加入書簽留言反饋

我們注意到，我們所假定的這種特定成對的物質，直接表明了這極有可能是具有自我複製機製的遺傳物質。

 ——詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克裏克3（dna雙螺旋結構的發現者。——譯者注）

 經過30億年的進化，人類擁有一種先於自身的指令集合，它使得每一個人從一個細胞卵，演化成人，並最終走向死亡。

 ——羅伯特·沃特森（大氣科學家）4

 所有的生命奇跡和疾病痛苦的背後都蘊含著信息的處理過程，從本質上說，是軟件程序，它出乎想象的精煉。人類的整個基因組是一段有序的二進製代碼，大約隻包含8億字節的數據信息。正如之前所提及的，通過使用常規的壓縮算法，去除其內的大量冗餘後，可以隻剩下大約3000萬～1億字節的數據，相當於當代軟件程序的平均規模。5一套生化機器支撐著這段代碼，它能夠將這些dna“字母”的線性序列（一維空間）轉變為字符串的簡單類似積木結構，即所謂的氨基酸。氨基酸依次折疊組成三維結構的蛋白質；這些蛋白質進而又構成小到細菌大到人類的所有生物（病毒介於生命與非生命之間，它也是由dna和rna片段組成）。這種機器本質上是一種具有自我複製功能的納米級的複製器，它建立起精妙的結構層次和日益複雜的係統，這種係統包含於生命體內部。

 生命的計算機

 在進化的初期，信息被編碼在基於碳元素的日益複雜的有機分子結構中。在數十億年後，生物逐漸發展其自身的計算機，用以存儲和處理基於dna分子的數據資料。在1953年，沃森和克裏克首先提出dna分子的化學結構：由多核苷酸組成的一對雙螺旋結構。6在21世紀初，我們最終完成了基因代碼的破譯工作。現在，我們通過了解dna是如何命令其他複雜的分子和細胞結構（如信使rna（mrna）、轉運rna（trna）、核糖體）來完成自我複製，開始理解了其中所涉及的複雜的有關交流與控製過程的化學變化。

 在信息存儲級別上，其機製極其簡單。dna分子包含數百萬的橫檔，通過一種扭曲的磷酸——核糖骨架作為支撐。每一個橫檔上編入四字母表中的一個字母，這樣，按照字母表上的編碼，每一個橫檔編入兩位的數據。字母表包括四種堿基對：腺嘌呤-胸腺嘧啶、胸腺嘧啶-腺嘌呤、胞嘧啶-鳥嘌呤、鳥嘌呤-胞嘧啶。

 特定的酶可以複製每一橫檔上的信息，具體方法是將每一堿基對分開，然後對已分開的堿基分別進行重新配對，重組成兩個相同dna分子。其他的酶用於檢測複製的有效性，具體方法是檢測堿基對匹配的完整性。通過以上這些複製和驗證，在堿基對排列過程中，這樣的化學數據處理係統隻有大約百億分之一的出錯概率。7更多的冗餘和糾錯代碼固定在自身的數據中，因此，堿基對複製中產生的錯誤很少能導致有意義的突變。百億分之一誤碼率中的絕大多數錯誤，導致相當於“奇偶”校驗位的錯誤。這種錯誤可被係統中其他的標準檢測出來並修正的，通過與對應染色體的配對，可以預防出現錯誤的比特位，從而防止引起其他重大的災難。8最近的研究表明，遺傳機製可以在雄性的y染色體轉錄的過程中，通過使其上的每一個基因和它的複製品相匹配，檢測到這種錯誤。9一旦轉錄的錯誤引起的是有益的改變，那麽進化的結果就是有利的。

 在技術上稱為“翻譯”的處理過程中，另外一係列化學物質把這些詳細的數字程序付諸行動——製造蛋白質（見圖5-1）。蛋白質鏈給予每個細胞結構、行為和智能。特定的酶將dna上的一個區域解開，用於製造特定的蛋白質。通過複製這些裸露的堿基序列來生成一串mrna。mrna本質上是dna字母序列的一部分。mrna從細胞核內運動到細胞體內，然後核糖體分子讀取mrna上的代碼。在生物複製的戲劇中，核糖體分子表現出中心分子的位置。一部分核糖體的作用就像磁帶錄音機的磁頭，它讀取mrna堿基序列中編碼的數據序列。字母（堿基）被歸合成為三字母的單詞，稱為密碼子，密碼子決定蛋白質分子中的20種可能的氨基酸序列，而氨基酸又是蛋白質的基礎成分。核糖體從mrna中讀取密碼子，然後使用trna在同一時間內組裝成擁有一個氨基酸的蛋白質鏈。

 圖　5-1

 這個過程中值得注意的是最後一步，一維結構的氨基酸鏈折疊成為三維結構的蛋白質。由於涉及原子間十分龐大而且複雜的相互作用力，所以這一過程目前還不能被模擬。在本書出版時（2005年），超級計算機問世，有望使用它來模擬蛋白質的折疊，以及三維結構的蛋白質之間的相互作用。

 蛋白質折疊同細胞分裂一樣，都像是在生命的產生和再造過程中一種自然的非凡而又錯綜複雜的舞蹈。高度分化的“伴侶”分子保護並且引導著氨基酸構造出精確的三維蛋白質結構。多達1/3的成型蛋白質分子是被錯誤折疊的。這些損壞的蛋白質必須立即銷毀，否則它們將會很快積累，在很多層麵上擾亂細胞的功能。

 在正常的環境下，錯誤折疊的蛋白質一旦形成，它便會被名為泛素的運輸分子所標記，並將其護送到專門的蛋白酶體，在這裏，錯誤折疊的蛋白質將會降解為氨基酸，用來組成新的蛋白質（正確折疊的）。然而，在細胞生存期裏，這種機製的最優功能所需的能量較少一部分由它們來產生。這些畸形的蛋白質聚集成名為“原細纖維”的微粒，它會引起阿爾茨梅海默病和其他一些疾病10。

 模擬三維上的原子級別間相互作用的能力將會大大加速我們了解dna序列如何控製生命和疾病的進度。到那時，我們將處在這樣一個位置，可以迅速地模擬藥物來幹預這個過程中的任何一個步驟，由此來加速藥物發展，製造高度定向的副作用最小的藥物。

 已組裝好的蛋白質的任務是執行細胞功能，進而執行有機體的功能。例如血紅蛋白分子，人體內每秒鍾會產生500萬億個，它的任務是將氧氣從肺部運送到身體各部分組織。一個血紅蛋白分子內含有500多個氨基酸，即核糖體僅用於血紅蛋白的製造所進行的“讀”操作每分鍾就共計1.5x1019次（15億個億）。

 在某種程度上，生命的生化機製是非常複雜和難以理解的，但它又是非常簡單的。所有已知的生命，包括人類，其數字存儲都是僅僅由四個堿基對提供的。核糖體構造蛋白質鏈是通過將三個一組的堿基對進行組合，從僅有的20種氨基酸的排列順序中選擇。氨基酸自身相對簡單，它是由一個碳原子和與碳原子相連的四個鍵組成，四個鍵分別連接著一個氫原子、一個氨基（-nh2）組、一個羧基（-cooh）組和一個決定氨基酸種類的有機基團。例如，丙氨酸的有機基團隻有四個原子（ch3-），所以它總共有13個原子。精氨酸（對在動脈中的內皮細胞的健康起著至關重要的作用）更為複雜一些，它的有機基團有17個原子，則它共有26個原子。這20種簡單的分子碎片是所有生命的構建模塊。

 蛋白質鏈控製其他一切事物：骨細胞的結構、肌細胞收縮和與其他肌細胞配合的能力、在血液中發生的複雜生化相互作用、大腦的結構和功能。11

 設計嬰兒潮

 現今已有充足的信息用於減緩疾病和衰老的過程，能夠讓像我一樣的嬰兒潮一代可以一直保持健康直到生物技術革命全麵興旺，生物技術革命將是納米革命的橋梁。在我與長壽專家特裏·格魯斯曼一起合著的《fantastic voyage：live long enough to live forever》中，我們討論了通往延長生命的三座橋梁（已知的知識、生物技術和納米技術）。12我在那本書中寫道：“作為生命循環的一部分，與我同齡的人中，有一些可能會滿足於從容地接受衰老，但這並不是我的觀點。它可能是‘自然’的，但是在頭腦的靈活性、感知的敏銳性、身體的靈活性、性欲或者其他人類的能力的衰退中，我看不到任何積極的方麵。我認為任何年齡的疾病和死亡都是災難，都是應該被克服的問題。”

 第一個橋梁涉及如何將已知的知識良好地應用於減緩衰老，並且扭轉最重要的疾病過程，比如心髒病、癌症、2型糖尿病、中風。實際上，你可以重新編譯自己的生化組成，如果我們現有的知識能夠很好地被應用的話，在絕大多數情況下，將會超越我們的基因遺傳。通常情況下，僅僅當你用消極態度來對待生老病死時，“它主要在你的基因中”的這種觀點才是正確的。

 我自身的故事是具有啟發性的。20多年以前，我被診斷出患有2型糖尿病。傳統的治療方法使我的情況更差，所以我開始以一個發明家的觀點來對待這樣的健康挑戰。我埋頭於科學文獻裏，並且想出了獨一無二的方法，成功地治好了我的糖尿病。在1993年，我寫了一本關於此次經曆的健康書，名為：《the 10%solution for a healthy life》，現在我已經擺脫了這個病，沒有任何跡象或者並發症了。13

 此外，在我22歲時，58歲的父親由於心髒病過世了，而我繼承了他的基因，所以也很有可能會得心髒病。20年前，盡管遵從於美國心髒協會的公眾指導，我的膽固醇在200s，（它的正常值是應該低於180），hdl（高密度脂蛋白，一種“好”的膽固醇）低於30，（它的正常值是應該高於50），高半胱氨酸（生化過程中的健康程度的計量標準，稱作甲基化）是不健康的11（它本應低於7.5）。通過遵循我和格魯斯曼發展的長壽計劃，我現在的膽固醇為130，hdl55，高半胱氨酸6.2，c反應蛋白（測量體內炎症）為0.01，也十分健康，其他指數（用於心髒病、糖尿病和其他疾病）也都在理想範圍內。14

 當我40歲時，我的生理年齡大約38歲。雖然我現在已經56了，但是在由格魯斯曼長壽診所實施的對生理年齡的綜合測試中（測量不同感覺的敏感度、肺活量、反應時間、記憶力和其他相關測試），測試結果是我的生理年齡在40歲。15雖然對如何測量生理年齡沒有一種統一意見，但我在這些測試上的得分符合這個年紀的總體標準。所以，根據這一係列的測試，在過去的16年中，我並沒有老化很多，和我自身的感覺一樣，這也被我所做的許多血液測試證明了。

 這樣的結果並不是意外。我極其希望改變我的生化特征。我每天吃250片營養補劑，每周接受6次靜脈注射（主要的營養補充劑直接送到我的血流中，因此繞過了胃腸道的吸收）。結果，我體內新陳代謝反應與眾不同。16我像工程師一樣來對待它們，測量了許多數據，如養分（維生素、礦物質和脂肪）、激素和血液中的代謝副產品以及身體的其他樣本（如頭發和唾液）。總體上講，它們的水平如我所願，盡管如此，我還是繼續在我和格魯斯曼實施的研究基礎上，調整我的計劃。17雖然我的計劃看似極端，但實際上它是保守的和最佳的（在我當前知識的基礎上）。出於安全有效的目的，我和格魯斯曼廣泛地研究了我使用的幾百種治療方法。我遠離了那些未經驗證的或者似乎危險的想法（例如，使用hgh人體生長激素）。

 我們把改變和克服疾病的發展看做一場戰爭。正如在其他戰爭中一樣，動員所有的智力和武器是十分重要的，這些武器可能是鎧甲或其他我們能夠扔向敵人的東西。為此，我們倡導在多個方麵向關鍵疾病，比如心髒病、癌症、糖尿病、中風和衰老一起發起攻擊。例如，預防心髒病的策略應采用10種不同的心髒病治療方法，這些方法解決了所有已知的危險因素。

 對每種疾病或衰老過程，通過采用這樣的多重策略，即使是像我一樣的嬰兒潮一代的人，都可在生物技術革命（即所謂的“第二座橋梁”）全麵興旺之前保持健康。現在已經是生物技術革命的早期階段，在21世紀20年代，將達到頂峰。

 生物技術將提供真正能改變基因的方法：並不僅僅是設計嬰兒，設計嬰兒潮也是可行的。通過把皮膚細胞轉化為其他細胞的年輕版，將可以使身體的各個組織和器官重新煥發活力。新藥物的發展恰恰是針對動脈粥樣硬化（心髒病的起因）、癌腫瘤的形成，以及每種重大疾病和衰老過程中的新陳代謝中的關鍵步驟。

 我們真的可以永生嗎？劍橋大學遺傳學係的科學家奧布裏·格雷是一個充滿活力而又有富有深刻見解的倡導者，他主張通過改變生物潛在的信息處理來停止衰老的過程。他用維護一棟房子來作比喻，一棟房子能矗立多久？答案很明顯，這取決於你對它的照料程度。如果你什麽都不做，那麽不久之後房頂將會出現漏縫，飽受風雨侵襲，最終房屋將瓦解。但是如果你主動精心地照料它，修複所有損毀的地方，勇敢地麵對危險，時常使用新原料和技術不時地重建或者翻新各個部分，那麽房屋的壽命將從本質上無限延長。

 這對於我們的身體和大腦也是一樣。唯一的不同是，雖然我們完全知道維護一所房屋的方法，卻尚未完全了解生命法則的全部內容。但是，隨著我們對生化過程和生物學途徑的理解力的快速增加，將會很快獲得這些知識。我們開始了解，衰老並非是簡單的無法改變的過程，而是可以延緩的。通過使用不同生物技術的組合，完全阻止衰老的每一過程的策略已經出現。

 奧布裏·格雷將他的目標描述為“設計可忽略的衰老”——應該去阻止身體和大腦變得更脆弱、更容易生病，因為它會愈演愈烈。18他解釋說：“所有用於研發‘可忽略的衰老’的核心知識都已被我們所掌握，現在的主要工作是將它們拚合起來。”19他相信，我們將論證一種“完全變年輕的”老鼠——一種在機能上比試驗之前更年輕的老鼠，壽命得到延長由此被證明——他指出，在十年內這些成就將會對公眾輿論造成巨大的影響。在一個與人類基因相似度99%的動物身上，推翻了衰老過程的演示，將會對普遍認為的“衰老和死亡是不可避免的”這種認識產生巨大挑戰。在大約5～10年之後，一旦證實動物完全可以變年輕，那麽，當把這些技術用於人類的治療時，將會麵臨巨大的競爭壓力。

 生物信息處理中逆向工程的加速發展，改變生物進程的工具的不斷進步，將使生物技術的各個領域成星火燎原之勢。比如，藥品的發現就是在尋找一種可以產生比較好的效果而沒有額外的副作用的物質。這個過程與人類工具的發現過程類似，雖然人類工具的發現過程隻局限於簡單地尋找石頭和其他自然器具用於有益的目的。現今，我們正在學習隱藏在疾病和衰老背後的精密的生化過程，通過學習，我們可以設計分子級別藥品以執行精確任務。這項工作涉及的範圍和規模是十分龐大的。

 其他強有力的途徑首先是生物信息的骨架：基因組。通過最近發展的基因技術，我們已經近乎有能力控製基因如何表達。基因表達是特定細胞的組成部分（特別是rna和核糖體）按照特定的基因藍圖來製造蛋白質的過程。人類的每一個細胞都可以擁有其身體的全套基因，特殊的細胞，比如皮膚細胞、胰島細胞，隻需從與其細胞類型相關的遺傳信息中的一小部分區域上獲得其特征，就可以擁有全套基因。20該過程的治療控製可以在細胞核外進行，所以它比需要深入到細胞核內的治療執行起來更加簡單。

 基因表達是由多肽（一百多個氨基酸序列構成的分子）和短rna鏈來控製。接下來介紹這些過程是如何進行的。21很多正在發展和正在測試的新治療方法是基於這一操作過程的：抑製引起疾病的基因表達，或者打開一些特殊類型細胞內的有利的基因。

 rnai（rna幹擾）。一個新的有力的工具稱為rna幹擾（rnai），它可以通過降解mrna來抑製特殊基因，從而阻止蛋白質產生。由於病毒性疾病、癌症以及其他疾病等在其生命周期的一些關鍵點上使用基因表達，rna幹擾有希望成為突破性的技術。研究人員構建短的雙鏈dna片段，它與rna匹配並且鎖定rna上從目標基因轉錄過來的區域，由於產生蛋白質的能力被抑製，所以能夠很有效地引起基因沉默。在很多遺傳病中，對於給定基因，隻有一份拷貝是有缺陷的。每個基因我們得到的是兩個拷貝，分別來自雙親的，阻塞引起疾病的基因，留下健康的基因來產生需要的蛋白質。如果兩個基因都是有缺陷的，rnai可以同時讓它們兩個沉默，這樣就必須嵌入一個健康的基因。22

 細胞療法。攻擊的另一條重要戰線是細胞、組織甚至整個器官的再生，並且不通過外科手術就能將它們引入身體中。這種“克隆治療”技術的一個主要好處是，我們將能夠建立自己細胞版本的新組織和器官，這就像返老還童這樣的靈丹妙藥，也可以使細胞變得年輕。例如，我們將可以由皮膚細胞來產生新的心髒細胞，通過血液將它們引入到係統內。隨著時間流逝，現存的心髒細胞將被這些新細胞所代替，結果就是，用每個人自己的dna就可以製造充滿活力的年輕的心髒。下麵來討論身體再生的辦法。

 基因芯片。當不斷增長的基因表達的知識庫對我們的健康產生嚴重影響時，新療法將是唯一的途徑。20世紀90年代以來，微陣列以及比十美分硬幣還小的芯片被用於學習和比較成千上萬的基因的表達形式。23該技術潛在的應用是多種多樣的，並且技術門檻也將很快降低，以至於超大數據庫正在用於產生“做自己的基因觀察”24的結果。

 基因識別正在用於：

 ●改革藥物篩選和發現的過程。微陣列不僅可以證實化合物的作用機理，而且還可以區分出同一代謝途徑的不同步驟中的化合物。25

 ●改進癌症的分類。《自然》報道的一項研究論證了一些白血病歸類為“對於基因表達的唯一監控”的可能性。作者也舉出一個案例，表達的識別能使錯誤的診斷得到改正。26

 ●識別基因、細胞以及一個過程中所涉及的路徑，比如衰老或者腫瘤的發生。例如，通過將急性髓性白血病與細胞程序化死亡所涉及的某些基因的增強表達相聯係，這項研究幫助識別了新的治療對象。27

 ●確定革新療法的效力。《bone》最近報道的一項研究著眼於生長激素對胰島素樣生長因子（igfs）和骨骼新陳代謝的遺傳標記的代替效用。 28

 ●不用動物做實驗，能夠快速測試食物添加劑、化妝品、工業產品等內化合物的毒性。這些測試可以顯示被測試的物質對基因激發或抑製的程度。29

 體細胞基因治療（用於無生殖能力細胞的基因治療）。這是生物工程的必殺技，它能夠通過新的dna“感染”的方式來有效地改變細胞核內的基因，實質上是產生新的基因。30控製人類基因組成的概念，經常與影響作為“設計嬰兒”的形式出現的新一代人這樣的想法聯係到一起。但基因治療的真正希望是改變成人的基因。31這樣的目的是抑製不符合要求的引起疾病的基因，或者是引進可以減緩甚至改變衰老過程的新基因。

 20世紀70年代和80年代的動物研究是產生一係列轉基因動物的緣由，例如牛、雞、兔子、海膽等。1990年，基因治療第一次嚐試應用在人體上。挑戰就是將有益的dna導入到目標細胞內，使之在正確的級別、正確的時間得以表達。

 考慮一下影響基因導入所麵臨的挑戰。病毒經常是特別的載體。很久以前，病毒學習到如何將它們自己的遺傳物質傳入人類的細胞，結果，引起了疾病。研究人員通過移除病毒的基因然後插入有益基因的方法，十分簡單地改變了這些病毒傳入到細胞內的物質。雖然這種方法看起來十分容易，但基因太大了，以致不能傳入很多種類的細胞內（如腦細胞）。這一過程也受限於它能攜帶的dna的長度，而且它可能會引起的免疫反應。精確地說，新的dna與細胞dna的融合是一項巨大的難以駕馭的過程。32

 將dna物理注射（顯微注射）到細胞內雖然可行，但是花費十分昂貴。不過，在dna轉運工具方麵，最近有了一些令人振奮的進展。例如：脂質體——內部親水的脂肪球體——可以像“分子特洛伊木馬”一樣，用於向腦細胞傳送基因，從而打開了治療如帕金森和癲癇類疾病的大門。33電動脈衝也可用來向細胞內傳送一些分子（包括藥物蛋白、rna與dna）。34還有一種選擇是將dna裝入超微的“納米球”來做極限衝擊。35

 基因治療應用於人類，我們必須克服的主要障礙確定是dna鏈上的基因的正確位置與對基因表達的監控。一種可能的解決方法是與治療基因一起，向細胞內傳遞一個成像報告基因。影像信號將會兼顧到密切監視基因的位置和表達的程度。36

 即使麵對這些障礙，基因治療依然開始在人類應用中工作。格拉斯哥大學研究員安德魯·貝克博士領導的團隊已經成功使用腺病毒感染特殊器官，甚至器官內的特殊區域。例如，這個團隊能夠在到處充滿血管的內皮細胞上進行精確的基因治療。另一種方法正由celera基因組公司研發，該公司是由克雷格·溫特（私營性質的翻譯人類基因圖譜的領導者）創建的公司。塞萊拉已經證實了通過基因信息來產生人造病毒的能力，並且計劃將這些生物設計的病毒應用於基因治療。37

 聯合治療公司是我幫助指導過的公司之一，他們已經開始了臨床試驗，從病人少量的血液中獲得造血幹細胞（病人自己的），通過它的奇特的機製將dna傳入細胞內。將管理肺部新血管生長的dna插入幹細胞基因中，然後再將這些細胞注射回病人體內。當經基因方法改造過的幹細胞到達靠近肺部氣泡的肺部毛細血管時，它們開始表達新血管的生長因子。在動物研究中，這項工作已經安全地治療了目前致命的絕症——肺動脈高血壓。基於這些研究所取得的成功和過程的安全，加拿大政府於2005年初開始準許進行人類實驗。

 退行性疾病的抑製

 退行性（漸進的）疾病——心髒病、中風、癌症、2型糖尿病、肝病、腎髒疾病——致死人數約占社會死亡人數的90%。我們在對影響退行性疾病以及人類老化的主要成分的理解正在快速發展，現已經確定可以製定策略來抑製甚至扭轉這些過程。在《fantastic voyage》中，我和格魯斯曼描述了大量正在廣泛測試的療法，它們已經證明，在攻擊隱藏於這些疾病過程中的關鍵的生化步驟方麵的重大成果。

 與心髒病的鬥爭。作為眾多例子中的一例，令人振奮的研究正在進行，一種被稱為重組載脂蛋白米蘭突變體（aaim）的人工合成的高密度脂蛋白膽固醇已經產生。在動物試驗中，aaim使得動脈粥樣硬化斑塊急劇減少。38在美國食品和藥物管理局（fda）第一階段的試驗中，47份人類樣本，通過靜脈輸液aaim，僅僅5周的治療之後，斑塊便急劇減少（平均為4.2%的削減）。從未有其他藥物能夠如此之快地減少動脈粥樣硬化。39

 在fda試驗第三階段，另一個令人激動地藥物是輝瑞公司生產的，它能夠抑製動脈粥樣硬化的托徹普（torcetrapib）40。這種藥物通過化解的方式來阻止一種酶，從而升高高密度脂蛋白。輝瑞創紀錄的花費10億美元來測試這種藥，並計劃與公司最暢銷的“他汀”類（降低膽固醇）藥物立普妥結合起來。

 攻克癌症。人們正在緊鑼密鼓地尋求策略來克服癌症。特別有希望的是癌症疫苗，旨在刺激免疫係統從而攻擊癌細胞。這些疫苗可以作為預防癌症的措施，作為最重要的治療，即在其他治療以後掃除癌細胞。41

 第一批關於激活患者免疫反應的嚐試是在100多年前進行的，但很少有成功的。42最近的很多努力都集中在激活樹突細胞從而引發正常的免疫反應，它是免疫係統的哨兵。很多類型的癌症得以激增，就是因為他們莫名其妙地不觸發免疫反應。樹突狀細胞發揮了關鍵作用，因為它們遍布全身，收集外部多肽和細胞碎片並發送至淋巴結，結果產生了t細胞的軍隊來為消除標記肽做準備。

 一些研究人員正在修改癌症細胞基因來吸引t細胞，這是根據一種假設，即受刺激的t細胞會辨認出它們所遇到的其他癌細胞。43另一些研究人員則用疫苗將暴露癌細胞表麵的一種獨特蛋白質即抗原。一個小組使用了電脈衝熔化腫瘤和免疫細胞來產生“個性化疫苗”。44研製出有效疫苗的一個障礙是，目前還有很多癌症的抗原尚未確定，而我們需要研製出強有力的靶向疫苗。45

 阻止血管生成——新血管的產生——是另一種策略。這個過程使用藥物抑製血管的發育，因為緊急癌症是需要它們來增長的。1997年，來自位於波士頓的dana farber癌症研究中心的醫生報告說，反複循環內皮抑素，即一種血管再生抑製劑，已經使得腫瘤完全退化，46人們對血管生成的興趣猛增。現在臨床試驗中有許多抗血管生成藥物，包括阿瓦斯丁（avastin）和阿曲生坦（atrasentan）。47

 癌症以及老化的關鍵問題涉及端粒“珠”，它是染色體末端發現的dna重複序列。每當細胞複製時，一個珠子便相應減少。當一個細胞複製到其所有端粒珠子都已消耗殆盡的時候，細胞便不會再分裂，並且將死亡。如果我們能夠扭轉這一過程，細胞就可以無限期地生存下去。幸運的是，最近的研究發現，隻需要一種酶（端粒酶）就能實現這一目標。48棘手的問題是如何以一種不引發癌症的方法來管理端粒酶。癌症細胞具有產生端粒酶的基因，這便有效地使它們無窮地複製下去。因此，一個重要的抗癌策略就是阻止癌細胞生成端粒酶的能力。這似乎又與增強正常細胞中的端粒從而打擊老化來源的能力的想法相矛盾，但攻擊腫瘤形成期癌細胞的端粒酶，可能並不需要有序地延長正常細胞的端粒療法。然而，為了避免並發症，在癌症治療期間，這種療法應該暫停。

 抑製老化

 在人類進化（和人類的前驅）的早期，生存沒有得到實質性幫助，這種假設是合理的。實際上，人們通過過去長達數年的育兒，這已經得到證實。然而最近的研究支持所謂的祖母假說，這意味著一個反酌。密歇根大學的人類學家雷切爾·卡斯帕瑞和加州大學河濱分校的李山河發現的證據表明，在過去的200萬年裏，人類成為祖父母（在原始社會，往往年僅30歲）的比例在穩步增長，比舊石器時代（約3萬年前）增長了五倍。這項研究被用來支持一種假設，人類社會的生存是得到祖母輩的幫助的，她們不僅幫助養育大家庭，而且傳承著長者積累下來的智慧。這種影響也許是對數據的一種合理解釋，但是壽命整體的增加也反映出預期壽命的逐漸增長是發展趨勢，而且持續至今。同樣，該理論的支持者們聲稱，隻有少數的外婆（和一些外公）需要對社會影響負責，所以該假說沒有明顯地挑戰那個結論，即支持生命延續的基因不是選定的。

 老齡化不是一個單一的過程，而是涉及了多種變化。格雷介紹了7個關鍵的促使衰老的過程，並且他已經確認了扭轉每一個過程的策略。

 dna突變。49一般來說，核dna（細胞核內染色體上的dna）突變會導致產生缺陷細胞，這些細胞要麽被消除掉，要麽根本不會發揮最佳的功能。主要涉及的突變類型（因為它會導致死亡率上升）是那種影響正常細胞的繁殖，從而導致了癌症。這意味著，如果我們能夠使用上述方法來治療癌症，細胞核內的突變應是無害的。格雷所推薦的對付癌症的策略是先發製人的：它包括利用基因治療來刪除我們所有細胞中的一部分基因，癌細胞需要在它們分裂的時候，打開這些基因來維護它們的端粒。這將引起所有潛在的惡性腫瘤，在它們惡化到足以造成損害之前將其消滅。刪除和抑製基因的方法是可行的，而且正迅速發展。

 毒性細胞。偶爾，細胞達到一個狀態，它們不癌變，但如果它們無法生存依然對身體有好處。細胞衰老是一個例子，因為有太多的脂肪細胞。在這種情況下，相比於試圖恢複它們到健康狀態，殺死這些細胞更為簡單。針對這種細胞的“自殺基因”以及如何標記這些細胞從而引起免疫係統來摧毀它們的方案正在製定中。

 線粒體突變。另一個老齡化的過程是染色體上13個基因變異的積累，它是細胞的能量工廠。50對於細胞的有效運作以及經受細胞核內更高的變異率，這些基因是至關重要的。一旦我們掌握了體細胞基因治療，我們就可以把這些基因的多個副本放入細胞核中，從而為這些重要遺傳信息提供冗餘（備份）。該機製已經存在於細胞內，使細胞核編碼的蛋白質能夠進入線粒體，所以沒有必要讓線粒體自身產生這些蛋白質。事實上，線粒體功能所需的蛋白質大部分已被核dna編碼。研究人員已經成功地利用細胞培養把線粒體基因傳入生物細胞核中。

 胞內聚合物。毒素來自細胞內外。格雷利用體細胞基因治療引入新基因的方法來描述他的計劃，它將會在細胞中打破被他稱為“胞內聚合物”的毒素。蛋白質已經確定可以摧毀幾乎任何毒素，使用細菌可以消化和摧毀從tnt炸藥到二惡英等危險物品。

 一些組織正在實施一種重要的策略，即把有毒物質擋在細胞之外，包括畸形的蛋白質和澱粉斑塊（從阿爾茨海默氏症和其他退化性疾病中可看到），以便產生違背其分子結構的疫苗。51盡管這種策略可能會導致有毒物質被免疫係統細胞攝取，但是我們可以使用前麵所述的消除胞內聚合物的策略來處置它。

 胞外聚合物。ages（晚期糖化終末產物）是由於作為糖過剩的副作用，有用分子的不良交叉連接結合所造成的。這些交叉連接幹擾了蛋白質的正常功能，而且主導了老化過程。被稱為alt-711（維數羧甲基苯甲酰氯唑）的實驗藥物能在不破壞原有組織的情況下，溶解這些交聯產物。52同時也已經發現其他一些擁有這種功能的分子。

 細胞丟失和萎縮。人體自身組織具有替換破損細胞的能力，但這種能力在某些器官內是被限製的。例如，當我們變老時，心髒不能以足夠的速率來替換它的細胞，所以它通過采用纖維原料使尚存活的細胞變大，以此方式來彌補。久而久之，它導致心髒變得不再柔軟和敏感。此時一個主要的策略就是部署我們自身細胞的治療性克隆，這將在後麵進行介紹。

 對抗所有這些老化的根源方麵的進展在動物身上正快速推進，並且隨之將會轉化為人類的治療方式。來自基因組工程的證據表明，僅僅幾百個基因與老化過程有關。在較為簡單動物身上，通過操縱這些基因，已經實現了很大的壽命延長。例如，通過修改秀麗隱杆線蟲（caenorhabditis elegans）身上控製胰島素及性激素水平的基因，它的壽命延長了6倍，相當於人類生命值500年的壽命。53

 一個涉及將生物和納米技術混合的方案是，設想將生物細胞變為計算機。這些“增強的智慧”細胞可以檢測並破壞癌細胞和病原體，甚至可以再生出身體的某些部分。普林斯頓大學的生物化學家羅恩·外斯曾修改細胞，為之加入各種各樣用來進行基本運算的邏輯函數。54波士頓大學的蒂莫西·加德納曾開發出一個細胞邏輯開關，它們是另外一些把細胞轉化為計算機所需的基礎結構部件。55美國麻省理工學院媒體實驗室的科學家們曾開發出一些方法，用無線通信的方式向修改後的細胞內的計算機發送信息，包括一些複雜的指令序列。56外斯指出：“一旦你有能力對細胞進行編程，那麽你將不會局限於細胞已經會做的東西。你可以安排它們用新的方式，去做新的事情。”

 克隆人：克隆技術最無趣的應用

 利用生命機製的一個最有效的方法就是以克隆的方式實現生物自身的繁殖機製。克隆會成為一項關鍵技術，目的不是為了克隆人類，而是為了使用“治療性克隆”來延長生命。在這個過程中可以使用端粒擴展的和dna校正的“年輕的”細胞來產生新的組織，以代替那些有缺陷的組織或器官，而無需進行外科手術。

 所有有責任感的倫理學家，包括我自己，都會認為現階段的克隆是不道德的。對於我而言，原因是它與操縱人類生命這樣的滑坡效應話題沒什麽關係。在一定程度上，現在的技術根本不可靠。目前使用電火花將來自捐贈者的細胞核與卵子相融合的技術，確實在很大程度上導致了遺傳錯誤。57這也是大部分通過此方法創造出的嬰兒最終並未成功的主要原因。即使成功了的，也存在基因缺陷。克隆羊多莉成年之後有肥胖的問題，至今大部分克隆的動物都有不可預知的健康問題。58

 科學家們有很多完善克隆的主意，包括使用其他方法來代替具有毀壞性的電火花方式融合細胞核和卵細胞，但是在該技術被確認是安全的之前，用這種通過很可能導致健康問題的方式來創造人類都是不道德的。毫無疑問的是，克隆人總有一天會發生，而且在各種常見原因——從宣傳價值到永生的豐功偉績——的驅使之下，這一天會很快到來。這些方法如果在高等動物身上可以得到論證，那麽在人類身上將具有良好效果。

 克隆是一項重要的技術，但是克隆人並不是其最顯著的用途。讓我們先強調其最有價值的應用，然後再轉向其最具爭議的吧。

 克隆為什麽重要？克隆最直接的用處是提供用一組令人滿意的遺傳特征來直接繁殖動物的能力，據此來改良繁殖。一個有力的例子是出於製藥的目的，通過轉基因胚胎（外源基因的胚胎）來繁殖動物。一個相關的案例是：一種有希望的抗癌療法是名為反血管源抗血黴素（anti-angiogenic antithrombin 3）的抗血管再生藥物，它是通過轉基因的山羊奶生產的。59

 保護瀕危物種和複原滅絕物種。另外一個激動人心的應用是從瀕危物種中重新創造出動物。通過低溫儲藏這些物種的細胞，他們再也不會滅絕。最終，將最近滅絕的物種重新創造出來將成為可能。在2001年，科學家們能夠為已經滅絕了65年的塔斯馬尼亞虎人工合成dna，此物種有望複活。60至於滅絕已久的物種（比如說恐龍），我們能否找到所需的保存在單個細胞內的完好無損的dna（就像在“侏羅紀公園”中的那樣），仍然值得懷疑。然而，通過修複來自許多片段的信息，最終還是有可能人工合成所需的dna。

 治療性克隆。也許最有價值的應用是人體自身器官的治療性克隆。從種係細胞（繼承自卵子和精子，並傳遞給後代）開始，基因工程師可以將分化引入不同種類細胞中。由於分化形成於胎前期階段（也就是說，早於胎兒的形成），因此大多數倫理學家認為這一過程不會引發關注，但這個問題仍然飽受爭議。61

 人類體細胞工程。這是一個更有前景的方法，能徹底繞開由於使用胚胎幹細胞而帶來的爭議，被稱為分化轉移；它通過把一種細胞（例如皮膚細胞）轉化為其他種類細胞（例如胰島細胞或者心髒細胞），來利用病人自身的dna去創建新的組織。62美國和挪威的科學家最近已經成功地將肝細胞改編成胰腺細胞。在另一係列實驗中，人類的皮膚細胞被改變成具有許多免疫細胞和神經元細胞特性的細胞。63

 考慮這樣一個問題：皮膚細胞與身體內其他類型細胞之間的差異是什麽？它們畢竟具有相同的dna。如上所述，在蛋白質信號因子中發現了差異，它包括短rna片段和多肽，我們現在開始來了解它們。64通過操縱這些蛋白質，可以影響基因表達並且誘使一種類型的細胞變成另一種類型。

 完善這項技術不僅可以消除敏感的倫理問題和政治問題，而且從科學前景的角度來看，也提供了一個理想的解決方案。如果你需要胰島細胞或者是腎髒組織，甚至一顆完整的新心髒而不引發自身免疫反應，你會更願意利用自身的dna來獲得這些，而不是利用來自別人種係細胞的dna。另外，這個方法使用的是數量巨大的皮膚細胞（病人自身的）而不是稀有珍貴的幹細胞。

 分化轉移將利用基因組成直接培植器官。也許最重要的是，新器官可以使它的端粒充分延伸到它們原來年輕時的長度，所以實際上，新器官重新變得年輕了。65我們也可以通過選擇合適的皮膚細胞（也就是說，沒有dna錯誤的細胞）在分化轉移到其他細胞類型之前，糾正dna積累的錯誤。使用這種方法，一位80歲的老人可以把他的心髒替換成他25歲時候的心髒。

 目前對於1型糖尿病患者的治療需要強勁的防排斥藥物，這些藥物可能具有危險的副作用。 66通過體細胞工程，1型糖尿病患者將能夠由他們自身的細胞或者從皮膚細胞（分化轉移）以及成體幹細胞來製造胰島細胞。他們會使用自己的dna來產生相對取之不盡的細胞，所以不再需要防排斥藥物（但是為了完全治愈1型糖尿病患者，我們同樣不得不克服病人的自身免疫失調，否則會毀壞胰島細胞）。

 更令人振奮的前景是，不經過外科手術就可用人們“年輕”的替代物來替換器官和組織。將克隆的端粒擴展的dna校正的細胞引入器官中，這將使它們與老的細胞融合在一起。一段時間內使用這種方式進行反複處理，最終該器官將被年輕的細胞所控製。不管怎樣，正常情況下我們定期替換自己的細胞，所以，相比於端粒縮短而且充滿錯誤的細胞，為什麽不采用充滿活力的年輕細胞呢？沒有理由不為我們身體的每個器官和組織重複這個過程，以使我們能夠逐漸地變年輕。

 解決世界性的饑餓問題。克隆技術甚至提供了一種可能解決世界饑餓問題的途徑：通過克隆動物肌肉組織，在工廠中可以不用動物就生產肉類以及其他蛋白質。有益之處是消耗極低，避免自然肉類中的農藥和激素，大量減少對環境的衝擊（相對於工業化農業），改善了營養結構，並且動物不再受苦。正如治療性克隆，我們將不創造整個動物，而是直接生產需要的動物身上的某個部分或者肉。實質上，所有的肉類——數以十億計鎊的肉——都可由一隻動物獲得。

 除了結束饑餓之外，這個過程還有其他好處。用這種方法製造肉類會逐漸受到加速回歸定律的影響——隨著時間推移，信息化技術在性價比上的指數級增長——將會因此變得非常廉價。盡管當前世界中，由於政治問題和衝突，饑餓的確在加劇，但是肉類將會變得如此廉價以至於它可以對食物的充足性產生巨大影響。

 非動物的肉類出現也會消除動物遭受的苦難。工廠化農業經濟將動物的舒適度放在很低的位置上，動物被像機器上的齒輪一樣對待。這種方式生產的肉類，盡管在其他方麵都正常，但不會成為具有神經係統的動物的一部分，因為普遍認為它是開始遭受苦難的一個必要元素，至少在生物界的動物中如此。我們可以用同樣的方法來生產畜產皮，例如皮革和皮毛。另外一些主要的優勢是產生巨大的生態效益，消除工業化農業對環境的損害，以及朊病毒疾病的風險，諸如瘋牛病和其在人類中的副本——雅各氏症（vcjd）。67

 對克隆人的再思考。這又把我們帶向了克隆人。我預測，一旦技術完善，不管是倫理學家所預見的嚴重困境，還是狂熱者所作出的深刻承諾都將不會成為主導。所以，假使我們有被分開一代或多代的遺傳雙胞胎，這又會怎樣呢？克隆可能的結果會像其他的生殖技術一樣，被短暫地爭論但是又被迅速地接受。物質的克隆與精神的克隆非常不同，在精神的克隆中，一個人的完整性格、記憶、技能和曆史將會毫無保留地下載到一個不同的並且很可能更加強大的思考介質中。基因克隆不存在哲學身份的問題，因為這種克隆體是不同的人，甚至是當前個體的雙胞胎。

 如果我們從細胞到生物體考慮克隆的全部含義，那麽，與計算機技術一樣，它的好處是與生物學中的其他革命有著巨大的協同作用。隨著我們逐漸了解人類和動物的基因組和蛋白質組（基因表達產生蛋白質），以及隨著我們研製出強大地利用遺傳信息的新方法，克隆可以提供複製動物、器官和細胞的方法。它對我們自己和動物界的健康和幸福具有深遠的影響。

 內德·路德：如果每個人都可以改變自己的基因，那麽每個人都會以各種方式變得“完美”，這樣就不會有差異，並且卓越也將毫無意義。

 雷：也不盡然。顯然，基因很重要，但是我們的本性——技能、知識、記憶、個性——會反作用於我們基因中信息的形成，因為我們的身體和大腦通過我們的經曆自組織。這在我們的健康上也是很明顯的。我個人有2型糖尿病的遺傳傾向，實際上早在20年前就已經被診斷患有該病。但是我現在沒有任何糖尿病的跡象，因為通過生活方式的選擇，例如營養、鍛煉和積極的補充，改變了我的生化特性，我已經克服了這種遺傳傾向。至於大腦，我們都有不同的傾向，而目前的才能是一種我們已經學到過的、發育過的以及經曆過的功能。我們的基因隻反映了傾向。我們可以在大腦的發展中看到這是如何工作的。基因描述了神經元之間連接模式的某些規則和約束，但是作為成人，我們實際上的連接是基於學習的自組織過程的結果。最終的結果——我們是誰——深深地受到自然（基因）和教育（經驗）的影響。

 所以當我們作為成人獲得了改變自身基因的機會的時候，我們不會消除自身早期基因的影響。在基因治療之前的經驗會通過預治療基因被翻譯，所以人的性格和特點將仍然主要取決於原先的基因。例如，如果某人通過基因治療把控製音樂特長的基因加入大腦，他也不會突然就成為音樂天才。

 內德：恩，據我所知，設計嬰兒潮並不能完全脫離他們的培育基因，但是對於設計嬰兒而言，他們將會得到這些基因，並且有時間來表達它們。

 雷：當下這是非常正確的。

 內德：而且我打算將它保持下去。

 雷：好的，如果你自言自語，我覺得很好。但是你堅持生物性並且不重新編譯自己的基因，不久你將從這場辯論中出局。

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