DNA創造了你，也能毀滅你！鄧子新：趨利避害解碼DNA是天職

出品：中國科普博覽 SELF格致論道講壇

導語：目前的地球面臨著太多考驗，有疾病危害、糧食短缺、人口膨脹、生態失衡、能源危機，我們的下一代怎麼辦？科學家提出了用「基因工程」力挽狂瀾！讓我們在SELF論壇上，跟著中科院院士鄧子新「解碼DNA 趨利避害」，尋求人類生命的出路。

---嘉賓介紹---

鄧子新

中國科學院院士 世界科學院院士 美國微生物科學院院士

以下內容由鄧子新演講精編而成：

回首過去──人類史上的前三次工業革命

人類歷史經歷了四次工業革命。第一次是1765年誕生的蒸汽機，把我們帶入蒸汽機的時代。第二次是由於半導體的誕生，我們進入電子時代。隨後在1946年美國發明了電子計算機，把我們帶入了信息的時代，是第三次工業革命。

那麼第四次工業革命是什麼？

第四次工業革命從1953年，沃森和克里克「發現DNA雙螺旋的結構」開始，帶我們走進生命科學時代──開始研究生命的現象和本質。

自發現雙螺旋以後，生命科學的研究不斷成長，有一些標誌性成果，比如：發現DNA聚合酶、氨基酸密碼子、限制性內切酶，研製出單克隆抗體，1982年FDA批准第一個基因工程藥物「人胰島素」，1983年發明PCR技術，90年代啟動人類基因組計劃，1997年誕生克隆羊，到21世紀初期人類基因組測序完成，使我們今天迎來迅猛發展的生命科學世紀。

DNA是什麼呢？

DNA的化學名稱是脫氧核糖核酸──是G、A、T、C，4種鹼基在體內核苷酸，再加上糖基組成雙螺旋的結構。這種結構編碼了自然界千變萬化的遺傳現象。

從表面上看它是簡單的鹼基排成無限長的距離，實際上每段DNA都有存在的意義，它們編碼不同的基因，有規律性的轉錄成RNA，再翻譯成蛋白質，這個稱為中心法則。

每一個基因都控制著生物的遺傳性狀（一個基本的單位控制一個遺傳性狀），而若干基因構成「一個生命體的基因遺傳信息的總和」，叫做「基因組」。

DNA除了基本結構之外，還可以進行一些修飾

DNA的鹼基修飾-DNA甲基化

甲基化最初只以為是細菌為了保護自己免受外源DNA攻擊（好比給DNA戴一個帽子──編碼了限制內切酶，只切外來的DNA），後來發現基因的轉錄、翻譯以及基因的表達、調控都受到甲基化的控制，甲基化甚至還影響眾多基因表達，於是出現了「表觀遺傳學」這一個新的學科。

「硫修飾」

由鄧子新帶領的團隊攻克了20多年，終於發現和闡明了一種全新的遺傳修飾，名為「磷硫醯化硫修飾」──是複製後的一種修飾，其化學本質是5個蛋白將來自半胱氨酸或者硫酸根中的硫原子，替換了DNA磷酸骨架上非橋連氧原子。

磷硫醯化有很重要的生物學意義：可以作為一種全新的細胞的防衛反應；可以抗氧化、抗酸、抗鹼、抗壓力；可以促進生物細胞的生長……，鄧子新和他的團隊正忙著發掘其他更多的、新的意義！

如何證明遺傳因子是DNA，而不是蛋白質呢？

經典的阿菲瑞轉化實驗

用蛋白質轉化小鼠，不能使小鼠得病；而用DNA轉化小鼠的時候，小鼠得病；用DNA加上蛋白酶轉化小鼠，也致病，但若只把DNA切斷後轉化小鼠，又不致病。所以這個實驗證明：DNA才是致病的重要遺傳因子，是生命的物質基礎。

DNA編碼了色彩斑斕的生命世界，存在有豐富的物種，所以說DNA是生命之水。

但，DNA也是禍福之源

據聯合國的世界衛生組織統計，至2010年，有一百多種流行性的疾病，如：感冒、禽流感、SARS、埃博拉，包括早期肺結核……等等，都嚴重地威脅我們的生物安全和社會安全。尤其像狂犬病，是我國發病位居世界第二、死亡率最高的病毒傳染病，但是今天養狗養貓作寵物，如何找到防病防害和飼養寵物的平衡點？鄧子新認為社會的控制必須提上議事日程。

此外，微生物也引起1700多種的植物病害，每年造成數以千萬的農業損失（平均達40%），如：水稻紋枯病、小米赤霉病、玉米小斑病……等等。另外，還有人為的微生物恐怖需要加以管控，尤其是基因武器，它根據一些病原菌以及一些民族專一性的基因（易感性的基因），很容易製造──生產的工藝簡單、生產量大，沒有輻射、沒有污染，成本低，非常可怕。所以應該保護我們民族易感性的基因不被國內外或者是恐怖勢力所利用。基因武器一旦控制得不好，比核武器有過之而不及！

（我們如何來對付社會的、人為的危害？這是包括我們今天在座的、科學家和社會，共同要面對的問題。）

DNA也是財富

像「根瘤菌」──花生、大豆、苜蓿根部結的瘤可以固定空氣中的氮，產生像硫酸銨的肥料，故不用施肥就可以枝葉繁茂，根瘤菌固定了自然界生物固氮總量的一半。

「假單胞菌」裝點我們的江山（左）；美麗的色彩實際上都是細菌在起作用（右）

一個基因 一個品種 一個產業的格局

新一代的基因產品到今天已經形成一個基因一個品種一個產業的格局。例如：黃金水稻，我們知道尤其在非洲是很缺乏維生素A的，一般的民眾也買不起藥物補充維生素A，如果能夠產生維生素A含量高的水稻，吃了這種水稻就可以使得很多非洲小孩減少失明、痢疾、麻疹等疾病；另外有人工草皮，那種矮矮的，既抗蟲、又生長緩慢的就是通過轉基因方式得到的；還有把一些痢疾、肝炎、麻疹蛋白整合到植物裡面，人吃了這種轉基因植物就可以不用再注射抗體和疫苗了；還有把植酸酶植入到玉米，做成動物的飼料，植酸酶可以在細胞裡頭幫助消化吸收形成動物所需要的營養；還有把草酸鹽氧化酶的基因轉到向日葵里，可以抗黴菌；還有像抗草甘膦的種業裡頭，是把草甘膦的有些抗原基因放進去，就形成了一個產業。

動物基因工程

現在的基因技術可以創造新的物種、改變物種，賦予它全新的性狀，可以用於動物器官的移植，解決我們人體某些器官移植時候的不足。

還有些遺傳的疾病，像我們要了解它是單基因控制的，還是多基因病，然後可以進行基因治療──通過知道它的機制，進行追根溯源。「換基因」，這是治本的。

微生物藥物

像「青黴素」可以說是現代藥學的奇蹟，在二戰期間拯救了成千上萬的生命，後來發現這類藥物抗細菌、抗真菌、抗病毒、抗糖尿病、降低膽固醇……應用越來越廣泛。

今天，藥物市場的經濟價值非常之大，藥物品種有一百多種，每年的話市值都超過了300億以上，占整個藥物市場要超過20%。有十餘種單品市值超過10億美金了。所以說DNA也是財富。

「如何趨勢避害」是解碼DNA的天職

地球今天面臨著很多的威脅，如疾病的危害、糧食的短缺、環境的污染、人口的膨脹、生態平衡遭到破壞、能源危機、資源匱乏，以及生物物種的消亡……，都給人類提出了巨大的挑戰。

我們今天大量的碳資源都不可再生，卻都是沒有充分利用的農副產品：全球每年有1700億噸的生物質，利用率只有3.5%。如果能夠把利用率改變成5%，就可以用它生產相當於目前全球石油利用總量的能源；每年生產的7億噸的秸稈，其中2億噸被就地焚燒……，這些生物質資源被浪費的問題，要靠農業生物技術來改變。

今天很多的產品通過生物煉製、發展細胞生物工廠來進行生物催化，把這種可再生的生物生產過程中的副產品，變成能源產品、生物材料、化工產品。在生物能源的方面，可以生產各種不同的液體的燃料，例如：我們用乙醇替代汽油、用生物柴油替代柴油和航空燃料。但是乙醇附加值低、容易腐蝕這個儲存的設備、不能管道運輸；而且生物柴油要通過天然氣、甲醇反應得到，並不是很理想！所以發酵法生產柴油現在可能是出路，但是這個原料也是我們賴以生存的糧食。像2006年，美國大肆發展這個生物油，使得整個的玉米的需求量增加，價格上漲76%！所以應該要用微生物的方法來改造代謝途徑、用合成生物學的方法，而且要發展種植非糧的原料。

用微生物降解環境污染物

環境中有著大量的有毒有害化合物，像二惡英、多氯聯苯、多溴聯苯醚……等等，可以靠微生物把它們轉化成二氧化碳和水。例如：有一種微生物（尼古丁降解菌）可以降解尼古丁，使它變成二氧化碳和水；還可以用微生物降解石油對海域的污染；還有微生物廢水處理、土壤環境的修復……等等，現在要構建超級的微生物，把很多降解環境廢物的基因都整合起來，用它去對付地球上嚴峻的污染。

合成生物學有廣泛的前景

新的疾病不斷地出現，今天還要發展「合成生物學的技術」，使得今後的藥物的產生就跟擺拼圖一樣：把這些基因跟它的化學結構分解成各種不同的模塊，然後了解清楚這些模塊的基因功能，再把它放到邊上去，拼圖塊一樣拼出某種臆想的藥物（像改變一個羥基的結構，使藥物功能發生變化）。這些都是今後趨利避害的方向。

生物學家和工程師聯合起來，對生物進行重新布線和編程，若干年以後我們就可以生產更廉價的葯，為汽車提供綠色的能源，為治療癌症……等等醫學責任，提供技術支撐和手段，改變我們生活。這是個生命科學的世紀，我們不把握生命科學、不解碼生命，我們就無法征服、就無法改造生命，所以解碼DNA 趨利避害，是我們的天職和責任，是科學家和社會的共同責任！

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