人類基因體計劃 (The human genome project)


  基因體位於生物細胞核,包含所有去氧核醣核酸(DNA)與相關的蛋白質,基因則位於DNA雙螺旋分子上,由四種核酸鹼基(A、T、G、C)的特殊排序所形成,是決定生物遺傳特徵的基本單位。四種鹼基兩兩結合形成鹼基對(bp),其排列組合千變萬化,決定蛋白質的合成並主導各種生物機能,有如生物的「遺傳密碼」,據估計人類基因體約有卅二億組遺傳密碼,因此解讀工作極為艱鉅浩繁。人類基因計劃就是將人類遺傳物質DNA的密碼全部定序出來,這些要定序的物質就是DNA的4種化學基,一般簡稱為A、T、C、G4種符號。在這數以百億的DNA序列中只有A、T、C、G、4種來重複排列重組。定序的方式就是將這很長很長的DNA亂切成大小不等的片段,分別如拼圖般的組合起來,成為一長串的序列。在89年6月底國際人類基因計劃所公佈的資料中,百分之97已經完成定序,而其中的百分之85也已重組連接好了。


  定序的工程非常浩大,用以往的生物技術來看此問題更是遠不可及。然而最近的電腦科技發展,資訊的傳輸方便,以往可能花上數天到幾個星期的資訊交換與訊息獲得,在今日網路的快速發展之下,數秒之內即可完成。身為生物醫學的研究者,這種感受更是深刻,尤其最近的6個月就完成百分之60的定序工作。當然定序的工作是由國際上數個國家同心協力完成的,包括法國、日本、德國、中國(大陸)、英國及美國的16個機構,各不同的實驗室負責不同的部分。以一天24小時一星期7天的方式,如接力賽跑的方式進行,並且保持百分之99.9的精確性。定序重組完成的結果立即公諸於世,並且無條件的讓世界各機構自由取得此資訊,當然商業上生物科技公司也享有同等資源。


  當定序的資料有了,進一步要了解其意義,即在生物上的功能。比方說有10頁的密碼,翻開一看全都是1.2.3.4.5.6……9.0的數字組合。外行人無法了解其中意義,同時有些可能是無意義的密碼,但是有一些片段的數字組合就具有意義,具有意義的部分即是基因的單位了。因此定序出來的結果,研究人員就如同翻譯密碼的專業人員先唸出其所傳達的訊息,進而將其與實際生活疾病的產生連接在一起,以根本了解遺傳疾病的原因。

  人類基因體計劃是由國際間政府機構來進行,但美國的一家私人公司也同時在進行這項計劃。兩者之間在策略上有所不同,儘管DNA定序的基本方式是一樣的。一個是由早先已知的DNA片段為起始點,向左右兩端發展定序下去而拼出的圖譜。而另一個則是將全部的染色體DNA切成片段,然後依序列上重複的片段方式來組合。兩種方式各有優缺點,但是具有互補性,而使得人類基因圖譜更完整精確。

  人類基因體計劃下一個目標即是將定序出來的小片段序列重組成完整的一長串。目前人類染色體第21、22對已經完全被定序且重組拼合出來了。而且有約百分之24的全部基因已經完成了這項工作。

  人類基因計劃也衍生出了一項問題,即人種的差別所造成的差別,當然有一部份的工作即是去發現這些存在大同之下的小小差別。研究人員至今已找出多於30萬種的人類的變異。當然這些資料對研究人類的歷史是非常有意義的。

  美國官方主導的國際「人類基因體計劃」與美國民間「賽雷拉公司」,在90年1月全球五大城市共同發布他們解讀人類基因體的最新成果,而兩者含括人類基因體定序初稿與其解析的研究報告也將分別刊載於最新一期的「自然」與「科學」雜誌。 這兩份研究報告雖然運用的方法不同,但結論大致相近,其中有幾項發現最受矚目:人類基因的數目遠少於以往科學界的預估(十萬個),大約只有三萬到四萬個,僅僅是果蠅、線蟲等低等生物的兩倍多。而且與老鼠比較,人類只有三百餘個基因是老鼠身上找不到的。「人類基因體計劃」的領導人柯林斯說:「這對我們人類的自尊是個打擊,不過這也顯示了人類的複雜性來自其他源頭,我們必須開始搜尋。」

  科學家推測,人類之所以能夠憑藉這麼少的基因就演化成這麼複雜的生物體,原因在於人類基因主導蛋白質合成的功能遠比其他生物高強,因此能夠以少勝多。科學家還發現,在人類的DNA中,只有1% 到1.5% 有主導人體合成蛋白質的指令;佔人類基因體大部份的「重複性DNA」,以往被科學界認定是毫無作用,但是新研究卻認為這些「垃圾」成份可能足以影響人類的演化,有必要深入研究。這些神秘的「重複性DNA」片段行徑有如寄生蟲,不時會改換它們在基因體中的位置,而且其中一種會連帶移動許多其他的DNA片段,因此可能有助於基因的重組與變異。

  同時基因在DNA上的分佈也極不均勻,有些地方密集如城市,有些地方卻稀疏如荒漠,科學家對這種現象尚無法提出解釋。基因是了解人類演化過程的鎖鑰,「人類基因體計劃」的科學家發現,有二百廿餘個人類基因是演化中的不速之客,可能是在數百萬年前由某種細菌傳給人類的遠祖,這種說法如果進一步證實,將是演化學上一大突破。而且這些基因中至少有一個與憂鬱症相關,更引起科學家興趣。 有意思的是,男性身體產生可遺傳性基因突變的比例是女性的兩倍,這結果略低於醫學界先前的估計,但仍顯示男性對演化影響應高於女性,對於因遺傳突變而引發的病症,男性恐怕也要多負一些責任。

  「人類基因體計劃」(Human Genome Project)是由美國、英國、法國、德國、中國與日本等六國科學家所組成的龐大團隊,經費大部份來自美國聯邦政府的「國家衛生研究院」(NIH)與英國的「衛爾康基金會」(WellcomeTrust)。「賽雷拉公司」(Celera Genomics)則是由科學界的傳奇人物文特博士所創立,在一九九八年以異軍突起之姿投入破解人類基因密碼的競技場,而且成果斐然。 但是繪製人類基因圖譜只是破解人類基因密碼的基礎,科學家必須進一步確認人體所有的基因、了解基因的功能與控制方式、基因與人
體生理以及疾病的關聯,然後才能開發出嶄新的藥品與治療方式,其成果將為人類醫學與文明帶來革命性的進展與衝擊。