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“人类基因组计划”的由来与发展

关键词: 人类基因组计划 由来 发展来源: 互联网

人类基因组计划这么一个划时代的项目,是一个人提出的吗?不是。这一计划的孕育,经历了长达 5 年的时间,这五年里,在发达国家里,上致政府首要,下至平民百姓,都参与了这一场讨论与最后的决策。而各国,首先是美国的科学家,作了大量的论证。各个学科持各种不同观点的科学家各抒己见,充分体现了科学讨论的平等与决策的民主。尽管几度迷离,几度彷徨,几度反复,但最后,人类还是选择了“人类基因组计划”。人类基因组计划的形成,从历史上来说,有好几条思路。

 

 

 

 

七十年代的人类疾病的“基因论”之说,无疑是人类基因组计划的主要思路。不仅疾病与基因有关,人类的生存、出生、生长都与基因有关,都与 DNA 的序列有关。正如著名的诺贝尔奖获得者,意大利的杜伯克在他发表的一篇文章,后来被称为“人类基因组计划”的“标书”之中写的:人类的 DNA 序列是人类的真谛。这个世界上的发生的一切,都与之息息相关。在策略上说,“人类基因组计划”所采取的策略是“基因组学”这门科学的策略,正如基因是研究基因的科学一样,顾名思义,“基因组学”就是研究基因组的科学。正如杜伯克说的:既然大家都知道基因的重要性,那我们就只有两种选择,一是“零敲碎打”,大家都去“个体作业”,去研究自己“喜欢”的、认为是重要的基因,而另一种选择呢?则是前所未有的大胆说法:从整体上来搞清楚人类的整个基因组,集中力量先认识人类的所有基因。

 

 

 

 

因为人类基因组计划的雄心太大、规模太大,要花的钱太多,因此政府部门、科学家、社会大众,都有不少不赞成的意见。首先是这个计划的必要性的问题,他们认为把纳税人的 30 亿美元用来搞人的庞大无比的基因组序列,纯粹是拿纳税人的钱开玩笑!其次是这个计划的现实性,他们认为到 2005 年完成这个计划是“吹牛”。说实在的,在那时能否如期完成,谁也心里无底。那时候,连现在的现代化的测序仪器的影子都还没有。其三是科学研究领域的选择问题,有点象“要为不可为”的想象:人类自然科学要研究的问题很多,为什么要上这样的计划?这笔钱也得花到别的地方也许更值得、更实际,有人还担心“大科学”会影响小科学,“大中心”会危及小实验室的生存。说的话也很难听,如批评这个计划是“过于偏激、过于集中,目标过多、预算过大”。而得到的东西,只不过是“一张部件名单”。而对于这个计划的具体项目,则更加刻薄,如“制图”是在沙漠里建公路,“测序”是把“垃圾”分类,选择“模式动物”是拼凑“诺亚方舟”。最后,认为基因组计划建立的新的技术,是“不用现在的 Saturn 火箭”,而要追求奢侈、舒适的新航天飞机”,因为分离基因已有不少别的方法。

 

 

 

 

1990 年美国刚开始“人类基因组计划”,好多科学家还联名写信表示反对,结果原来的预算还被砍了 3400 万美元,原计划建的 9 个中心,每个中心年经费 400 万美元。被砍了只剩下 3 个,而每个中心的经费只有 200 万美元!主要的批评之一,还是不要搞人的基因组计划,这太多啦,应该先搞小的,如细菌等,或者是经济意义大的,象小麦、猪、羊啊。他们讥笑这一研究人的基因组计划是“泥足巨人( clay-footed gaint )”。还预测将象 75 年开始的肿瘤计划一样“流产”。

 

 

 

 

真理有它本身的真理性,可行性。真理不怕辩论,这就是它的“说服性”。“人类基因组计划”是有道理的,但是对真理的认识有它的过程,真理本身的完善也有它的过程。“人类基因组计划”正是不断地从批评中吸取正确的意见,逐渐完善到今天这一计划的。如开始仅是笼统的“测序分析计划”。从何入手呢?各有各的说法。“制图计划”特别是遗传图的构建,原先是作为“测序”计划的不同意见提出来的,但双方都没有简单否定对方的意见,有关决策部门也没有简单地支持一方面压制另一方,而最后持不同意见的双方走到一起,共同制定更加科学、更加全面的计划。“ cDNA 计划”就是把一个基因中一小部分与蛋白质有关的序列先搞清楚的计划,也是作为“全基因组计划”的一种反对意见提出来,但也没有被主流意见所拒绝,没有因此而摒弃“全基因组计划”,而是作为“基因图”的雏型而纳入整个基因组计划,而且成为重要部分之一,即我们要做的“转录图”。“基因鉴定”计划也是作为不同意见提出来的,认为最重要的是那些与人类疾病有关的基因,后来成为最能反映“人类基因组计划”的成果的“热点”。而“模式生物”计划选择了酵母、线虫、果蝇、小鼠作为研究人类的四大“模式生物”,其科学意义十分重要。整个讨论的过程,逐渐形成了“人类基因组计划精神”的一部分。

 

 

 

 

除了上述的“兼容并蓄”外,其次是“精诚合作”,人类基因组计划是人类历史上第一次由全世界各国不分大小、不分强弱,所有科学家一起执行的科研项目。实施人类基因组计划伊始,发达国家具有远见的科学家即号召全球各个国家的政府都重视这一项目,并号召全世界科学家共同参与,建议所有的进展、所有的数据、所有的实验资源应随时公布于众,让全世界所有国家免费享用。在实施过程中,各国科学家精诚合作、共享材料、共享数据、共同攻关。这在人类自然科学史上,还是史无前例的。人类基因组计划与另两个有全球性意义的项目,即曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月基因相比,更显示了人类的谐同与进步。其三就是对社会“高度负责”的精神。人类基因组计划在启动伊始,便重视这一计划可能对社会、法律、伦理方面的冲击,特别注重这一方面的研究,并形成主流意见。特别是 HUGO (国际人类基因组组织)的几个重要声明,充分体现了现代自然科学的“求真”、“求善”及对社会的高度责任感。我们应该颂扬这一“人类基因组计划精神”,使它成为各国、各领域的合作楷模。

 

 

 

 

真理只能成功不许失败,我们不能让真理在自称拥有真理的人手里哭泣!尽管真理哭泣过千百次。一个计划,所有的指标就得完成,否则就得宣告失败,或者早已流产。人类基因组基因的目标,讨论来讨论去,数易其稿,对每一部分都有具体目标,定质、定量、定时完成。真理还要有说服性。美国的这一计划的通过与被民众接受,科学家做了大量工作,又要到国会去“游说”。有人说“人类基因组计划”是美国历史上规模最大、参与人数最多、也最为成功的“游说”!说服政治家也不容易啊!要把科学意义与社会意义,经济意义结合起来,把现实的利益与长远利益结合起来,还要一一比较各种不同的意见与方案。还要通过各种关系、渠道把工作做到家。对照他们的工作,我们可以说:假设我们中国的决策者对“人类基因组计划”不予重视,我们科学家也有责任!除了科学家自己的讨论外,主流科学家对民众做了不少工作,后来美国政府也做了不少工作。美国政府不能有自己的报纸、电台、电视台,只好印了很多小册子,有较浅显的,如“人类基因组计划有多大?多有价值?”。

 

 

 

 

也有很通俗的,如“了解我们的基因”这一小册子。使大家都明确基因的重要性,人类基因组计划的必要性,为什么要花这么多钱,这钱花得如何值得。而科学家呢?他们到处讲话,向通俗的语言,把基因说得活灵活现,把“人类基因组计划”说的浅显易懂。本文的很多说法,都是从他们那儿学来的。如搞清楚 30 亿对核苷酸,就好象搞清楚整个地球上的 30 亿对人各姓什么(假说天下只有四个姓氏!)人的基因组就象地球那么大,一个染色体就象一个国家那么大,一个基因就象我们所在这憧楼那么大,还有“制图”就象在高速公路上标上路标等等。“人类基因组计划”被民众接受的过程,确实是社会学家、伦理学家、科学家、民众的一场有关基因的科学普及过程。此外还有伦理学家的问题。这个问题可复杂啦!“人类基因组计划”所揭示的人类的最终奥秘,势必冲击社会、法律、伦理。

 

 

 

 

最后,民众还是大体接受了这一计划。首先,懂得了基因的重要性后,民众就产生了了解自我,了解基因的愿望。如果没有特殊的外界原因,我们的基因在出生以后变化就不大了。但我们要了解:( 1 )我们的基因在我们的家系传递的规律,特别是关系到“病与不病”的那些基因,照料好我们的后代。( 2 )我们要了解“病与不病”的原因。人类基因组计划能够坚持到今天,全靠全世界广大民众的支持。因为这是一项公益性的计划,关系到千家万户,千秋万代。

 

 

 

 

通过这十年的实践与讨论,今天对这一计划的不同意见已不多了。德国是 1995 年才开始“德国人类基因计划”,可以想象在 1995 年以前,主要的观点是什么。但是到 1995 年,科学家突然发现:反对意见的人没有啦,一个科学家写道:我现在没有听到一个人说不应该搞人类基因组计划。我们要注意:一个科学的设想,如果已经没有一个人反对,即使正确也肯定为时已晚!现在德国的科学家已开始反省:德国在二战后又错过两个科学发展的机遇,一是电子计算机,二是人类基因组计划。当然,德国的研究实力比我们强多啦!从前一角度来说,人类基因组计划是不是当时独一无二的计划呢?不是。从“人类基因组计划”的技术背景来说, 10 年后的今天,有必要简单回顾这一“标书”的技术背景。

 

 

 

 

80 年代初期,由于生物学技术,特别是遗传工程等技术的进展,生物学、医学的研究正酝酿着新的突破。我们可以举出很多例子:大批肿瘤基因(可能“促进”肿瘤生长)与肿瘤抑制基因(可能抑制肿瘤发生与生长)的发现,使 70 年代趋于彷徨的肿瘤研究“柳暗花明又一村”;基因克隆技术的突破、遗传工程产业势在必行;基因表达研究技术渐趋完善,“讯号传导”研究初露曙光,神经活动的研究似乎面临新的突破;大规模双向电泳、核磁共振、 X 射线衍射等技术的建立与改进,使蛋白质研究方兴未艾等等。上述每一方面都有足够的理由在世界范围内提出一个“计划”,如“肿瘤计划”、“遗传工程计划”、“讯号传导计划”、“脑的十年”、“蛋白质计划”等。这些计划都无可非议,当时也确实有人提出过。但为什么只有“人类基因组计划”能被大家接受并成为国际性重大计划呢?自然科学有它的自身规律,有它的内在联系,也有它的发展阶段。好像我们国家在很长一段时间,总是用将来的美景来反对现在进行的“初级阶段”或前期工作,因而一而再、再而三地耽误国是及我们民族的发展机遇。

 

 

 

 

只要我们想一想,所有这些计划的“最关键”因素,都需要基因来操作,就会使我们不得不佩服杜伯克“标书”的真知灼见。从某种意义上讲,人类基因组计划是一个“补课计划”。只有了解人类的整个基因组,实施其他计划才有可能。我们还要回答这么一个问题:人类基因组那么庞大,又那么复杂,为什么不先从简单物种着手?为什么不先以更有经济意义的动植物的基因组为研究对象?杜伯克当时从癌症研究意义的角度来回答了这一问题,并明确指出:应该先从人类开始。其它科学家也更加详尽地回答了为什么人类本身已成为最合适、最高等级的实验系统:( 1 )世上万物人为首,人最重要,整个社会对人最为关切。( 2 )没有变异就没有基因的发现,人类在上万年的与疾病斗争的过程中,对人类本身的众多疾病与遗传变异有了较大的积累,也为研究自身提供了最珍贵的材料。( 3 )人类基因组研究的策略理论与技术进展,可以直接、迅速地用于解决其他生物基因组的问题,揭示生命现象的本质,就是说,如果把最高级、最复杂的生物-人类基因组都能搞清楚,再搞别的生物,就容易多了!( 4 )人类基因组计划还将推动生物高新技术的发展,产生重大的经济效益,特别是人的基因的“产品”,如果能作为药物不仅可提高人的健康,经济的前景也不可限量。这一点现在已被这几年的实践所证明。

 

 

 

 

1986 年,杜伯克在他的“标书”里还阐述了“人类基因组计划”的必要性与艰巨性,并写道:“这一计划的意义,可以与征服宇宙的计划媲美。我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一计划”;“这样的工作是任何一个实验室难以承担的,它应该成为国家级的计划,并且使它成为国际性的计划”。 14 年后的今天,当我们庆贺人类基因组计划的顺利进展而重读这一短文时,不能不钦佩杜伯克的高瞻远瞩,也就不难理解这一“标书”为什么能在全世界引起那么大的反响。其实,在杜伯克“标书”之前,对于人类基因组的讨论已经开始。 1984 年 12 月犹他大学的魏特受美国能源部的委托,主持召开了一个小型会议,讨论 DNA 重组技术的发展及测定人类整个基因组的 DNA 序列的意义。

 

 

 

 

1985 年 6 月,在美国加州举行了一次会议,美国能源部提出了“人类基因组计划”的初步草案。 1986 年 6 月,在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性。随后美国能源部宣布实施这一草案。 1986 年 6 月在冷泉港讨论会上,诺贝尔奖金奖获得者吉尔伯特及伯格主持了有关“人类基因组计划”的专家会议。 1987 年初,美国能源部与国家医学研究院( NIH )为“人类基因组计划”下拨了启动经费约 550 万美元, 1987 年总额近 1.66 亿美元。同时,美国开始筹建人类基因组计划实验室。 1989 年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖金获得者、 DNA 分子双螺旋模型提出者华森( J.Waston )出任第一任主任。 1990 年,历经 5 年辩论之后,美国国会批准美国的“人类基因组计划”于 10 月 1 日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是:拟在 15 年内至少投入 30 亿美元,进行对人类全基因组的分析。此计划在 1993 年作了修订,其主要内容包括:人类基因组的基因图构建与序列分析;人类基因的鉴定;基因组研究技术的建立;人类基因组研究的模式生物;信息系统的建立。此外,还有人类基因组研究的社会、法律与伦理问题,交叉学科的技术训练,技术的转让,研究计划的外延等共 9 方面的内容。

 

 

 

 

可以看出,美国计划中“定时定量”的硬任务是第一项,即我们现在所说的 3 张图:遗传图、物理图、序列图。而重中之重必须定时保质保量完成的便是 DNA 序列图,一个美国出租车司机说的好,人类基因组计划就是一个美元一个碱基。而其他几项,则是对在实施人类基因组计划中,接踵而来的社会问题、经济问题,以及更重要的法律、伦理问题的研究。因为对于人的生物学以及个人遗传信息的了解,可能会给社会以及个人带来复杂的伦理与法律问题。

 

 

 

 

英国的 HGP 是于 1989 年 2 月开始的,特点可归纳为“全国协调、资源集中”。“英国人类基因组资源中心”一直向全国的有关实验室免费提供技术及实验材料服务。自 1993 年开始,伦敦的 Sanger 中心成为全世界最大的测序中心,单独完成三分之一的测序任务。法国的国家人类基因组计划于 1990 年 6 月宣布开始,其计划由科学研究部委托国家医学科学院制定。诺贝尔奖金获得者道赛特以自己的奖金于 1983 年底建立了 CEPH (人类多态性研究中心)在法国民众的支持下(民间捐助至少为 5000 万美元), CEPH 与相关机构为全世界的人类基因组研究特别是第一代物理图与遗传图的构建做出了不可磨灭的贡献。法国的 Genoscope 对人类基因组序列图的贡献为 3% 左右。日本的国家级人类基因组计划是在美国的推动下,于 1990 年开始的。但与日本的其它领域的领先地位相比,日本的人类基因组仍略逊一筹,但这几年进展很快。日本对 DNA 序列图的贡献为 7% 。此外,加拿大、丹麦、以色列、瑞典、芬兰、挪威、澳大利亚、新加坡、原苏联及原东德等也都开始了不同规模、各有特色的人类基因组研究。德国在 1995 年才开始的“人类基因组计划”,更具有其新的意义与特色。德国对人类基因组序列图的贡献为 7% 。

 

 

 

 

人类只有一个基因组。人类基因组的研究成果应该成为人类共同享有的财富。人类基因组计划的最重要特点便是“全球化”。 1988 年四月,在麦库西克( V.MaKusick )等有远见的西方科学家倡导下, HUGO (国际人类基因组组织)宣告成立。 HUGO 代表了全世界从事人类基因组研究的科学家,以协调全球范围的人类基因组研究为宗旨,被誉为“人类基因组的联合国”。我国已有 40 多位科学家加入这一组织。出于同样的考虑,联合国科教文组织( UNESCO )也于 1988 年 10 月在西班牙召集会议,成立了“ UNESCO 人类基因组委员会”。 1990 年又在莫斯科召集了以发展中国家为主体的人类基因组会议,我国著名医学遗传学家吴旻院士出席了此次会议。 1992 年又在巴西召开了“第一次南北基因组会议”。

 

 

 

 

1995 年,成立了“国际生物伦理学会”,杨焕明教授为来自我国的代表。更重要的是, UNESCO 发表了“关于人类基因组与人类权利的宣言”,并于 1998 年 11 月为联合国大会通过而成为“世界宣言”。发展中国家也以积极的态度参与这一国际活动。印度、巴西、墨西哥、智利、肯尼亚等国也以不同的方式参与这一全球范围的合作与竞争。由于老一辈著名科学家的呼吁,我国的“人类基因组计划”于 1993 年开始。做为这一计划的第一阶段,是国家自然科学基金委员会资助的“重大项目”。这个项目,有著名遗传学家组成的顾问委员会,有中青年科学家组成的学术专家委员会;还有“中国人基因组多样性委员会”与“社会、法律、伦理委员会”,还有一个小小的秘书处负责国际联系、国内协调与日常事务。

 

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