《基因:人類最親密的歷史》:對基因的認知是科學史上最有力也是最危險的觀念

《基因:人類最親密的歷史》:對基因的認知是科學史上最有力也是最危險的觀念
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基因確實造就個人之間的差異,可是卻非身分的決定性因素,我們還有很多有關基因的知識要學,現在知道的可能連皮毛都算不上,在後基因體時代,我們正在學著如何解讀和編寫我們自己。

唸給你聽
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文:Gene

我選擇用「Gene」當筆名,是大一剛入學、要在BBS站取帳號的時候;那時我只是覺得這個英文名字剛好和生命科學的專有名詞一模一樣,十分有趣,完全沒有想到日後會和「Gene」的科學意涵結下不解之緣。

有些朋友不相信「Gene」真的是個英文名字,甚至聽我信誓旦旦地解說,還開玩笑說他們也想取名叫「Cell」、「DNA」或「Protein」,我只好回說要不然幹脆叫「Genome」,這一來就比我大很多了。其實,「Gene」這名字來自古希臘文「γόνος」,意思是「生」(born),這個名詞在遺傳學中,字源也一模一樣。

我博士班念的就是遺傳學,在美國加州大學戴維斯分校(UC Davis)當遺傳學實驗課的助教時,就有很多學生說我名字取得實在太妙了。事實上,我大學時期最討厭的必修課之一就是遺傳學。當時我的導師說他大學時最不喜歡的必修課也是遺傳學、可是卻念了遺傳學博士班、所以做人別太鐵齒;我心想這絕對不會發生在我身上,可是命運就是這麼愛捉弄人──決定念演化生物學當志業後,發現遺傳學真是最佳的工具,於是我步上了導師的後塵。

簡單來說,遺傳學是門研究基因的生命科學。我們在博士班利用果蠅進行遺傳學研究,顯微鏡底下,麻醉台上的細小孔洞嘶嘶輕響地噴著二氧化碳,讓果蠅暫時沉睡,我們趁機輕輕地用羽毛或毛筆把帶有不同性狀的果蠅分群,這時總能讓人一再讚歎孟德爾(Gregor J. Mendel,1822-1884)的先見之明。然而,在不是唸研究所拚學位、無升等壓力、不必拿科研計畫、沒有KPI考績要求下的修道院神父,是懷著什麼樣的心情和信念在為豌豆進行實驗的呢?

念了遺傳學博士班後,我會三不五時在茶餘飯後接到親友詢問,問題五花八門無奇不有,從單純好奇到試圖挑戰,例如:真的能夠用基因工程改造人類嗎?我們科學家為何要這麼變態地製造變種生物?如何生出更聰明健康的小孩?小孩的問題都是來自遺傳嗎?為什麼罕見遺傳疾病愈來愈多?

普立茲獎得主、英國衛報新人獎得主、暢銷書《萬病之王:一部癌症的傳記,以及我們與它搏鬥的故事》(The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer)作者辛達塔.穆克吉(Siddhartha Mukherjee)在聽到一位癌症病人接受了長時間治療後向他請求「我願意繼續治療,但我要知道我在對抗的是什麼。」,於是寫了《萬病之王》。

《萬病之王》是一本充滿熱情的書,是一本癌症的傳記,也是人類與癌症搏鬥的生命故事。在為癌症作傳後,穆克吉寫這本《基因:人類最親密的歷史》(The Gene: An Intimate History)似乎順理成章、天經地義,因為癌症不就是因為基因出了錯嗎?那麼基因為何會出錯呢?

然而,讀了《基因》才會深刻地了解,對穆克吉而言,追尋問題答案的源由,遠遠沒那麼簡單。他出生在印度,他父母那一代最深沉的痛苦之一,是印巴分治後,被迫離鄉背井。後來落腳的加爾各答(Kolkata)原本是印度最具活力的大城市,但是在印度教徒和穆斯林瘋狂地互相大肆屠殺後,淪為一個三、四流的破敗城市,迫使他們又要遠走他鄉。

對他們家族而言,傷痛遠遠不僅於此。幾年前的冬天,穆克吉陪同父親回加爾各答到精神病院探望堂哥莫尼,讓他回想到他的2位叔伯拉結什和賈古皆可能患上精神疾病,加上他父親也曾經兩度出現精神病的症狀,難免讓他懷疑自己家族是否帶有遺傳缺陷。如果真是如此,那為何父親和姐妹會逃過一劫?他們的病有多少是天生的?又有多少是後天的?

《基因》就是他為了追尋眾多問題解答而寫的另一本傳記,探討基因的誕生、發展、影響和未來。穆克吉提醒我們,對基因的認知是科學史上最有力也是最危險的觀念。經過長久的瞎子摸象,我們愈來愈清楚基因是什麼,儘管中途對遺傳的本質出現過不少妄想誕生了納粹的優生學禍害千萬人,但今天我們已能在實驗室裡輕易操作基因。

孟德爾的發現,理應為達爾文(Charles R. Darwin,1809-1882)的演化論錦上添花,不過,儘管他們是同一時代的人,但是為達爾文演化論如虎添翼的「現代演化綜論」(Modern evolutionary synthesis)要等待到20世紀上半葉才逐步完成。達爾文的堂兄高爾頓(Sir Francis Galton,1822-1911)則在對基因一無所知的情況下提出了優生學概念,後來成為納粹的藉口,衍生各種在今天來看叫人瞠目結舌的作為。

生物其實是一連串資訊構成的,孟德爾的遺傳實驗被3位歐洲科學家幾乎同時重新發現,科學家透過各種巧妙的實驗,抽絲剝繭地確認:染色體上的DNA就是那個帶著資訊的穩定分子。DNA的結構為什麼能夠攜帶建構和運作生物體的重要資訊呢?這得等華生(James D. Watson,1928-)和克里克(Francis H. C. Crick,1916-2004)發現DNA雙螺旋結構的著名故事發生。

聰明絕頂的英國生化學家桑格(Frederick Sanger,1918-2013)兩次發明定序的藝術和技藝,也獲頒兩次諾貝爾獎。他先發明了定序蛋白質胺基酸序列的方法,接著成功挑戰DNA的定序法。當定序成為事實,人類基因體計畫就是義務,DNA定序讓我們一步一腳印地拼湊出整個基因體的近乎全貌,不過更有野心、好鬥的克雷格.凡特(J. Craig Venter ,1946-)提出散彈槍法抄捷徑,夾私人企業的資金和政府資助的人類基因體計畫比拚,雙方較勁的結果加上技術革新,大幅加速定序的速度。

人類基因體計畫用了三千多位科學家的人力,花費上百億美元(大概只夠在小布希政府入侵伊拉克初期燒半個月不到),我大學畢業那年(2001年)獲得一份所謂的草圖,這是個劃時代的里程碑式成就。因為所費不貲,《基因》提到當初有不少科學家擔心如果不好好定序取得最佳品質的資料,以後都定序不到了怎麼辦?

然而,2007和2008年間問市的次世代定序技術,把定序的成本極大幅度地降低,我這幾年內為幾種鳥類全基因體定的序列,早已超過了一個人類全基因體(鳥類基因體大約為人類的三分之一)。定序成本下降程度比資訊科技產業著名的摩爾定律(也就是每兩年積體電路的成本打5折)還快許多。

儘管這十幾二十年間,已經能夠價廉物美地為任何一個人的基因體序列精準作本有字天書。人類基因體計畫完成後,我們赫然發現原來人類只有兩萬多個基因,甚至比有些「低等」生物還少,基因的多寡和生物體的複雜度不必然有正比關係。許許多多基因的生物功能和作用仍然是謎團,我們還在努力解讀這本天書的字義和文法。但是我們也不必妄自菲薄,科學家經過長年基礎研究的努力,確實也知道不少,我們很有可能應用對某些基因的理解來預測罹患疾病的機率和藥物的功效。

為了理解基因的功能,在實驗室裡做跨物種的基因轉殖和選殖,是家常便飯。我在實驗室裡操弄基因已是小菜一碟,如同千千萬萬個大學實驗室裡天天上演的戲碼,不足為奇。科學家在上世紀70年代就開始這麼做了,進行重組DNA實驗的初期,科學界內外都有很激烈的辯論,《基因》生動地重現了當時的爭議。基因選殖不僅是有學術研究價值,胰島素也是第一個利用重組DNA的方法製造的藥物。只要一旦涉及商業利益,就會有專利爭獲大戰,差一點連基因的序列本身都能用來申請專利。

當我們對操弄基因習以為常時,就有科學家想要為基因突變而罹患罕見遺傳疾病的人進行基因治療。不過很不幸的,首例在不嚴謹的規劃下釀成大禍,導致基因治療在一段時間裡成了髒話。轉基因作物也在環保人士不分青紅皂白的抹黑下,在很多國家無法合作栽種。不可否認,有些販售轉基因作物種子的大企業不太良善,不過無差別地對待所有轉基因作物不是明智之舉。

我還是窮學生時,要進行轉基因或剔除基因實驗,過程極為複雜,而且常常不能隨意修改基因體的序列。一直到幾年前,在細菌細胞內找到一種針對病毒的特殊免疫機制CRISPR,富想像力的科學家靈機一動把它修改成好用的遺傳學工具,我們居然就能夠對基因體進行近乎隨心所欲的編輯了,就像用MS Word來編輯文字一樣(當然實際過程還是頗複雜的)。這個基因體編輯工具太具革命性了,有興趣可參考《基因編輯大革命:CRISPR如何改寫基因密碼、掌控演化、影響生命的未來》(A CRACK IN CREATION: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution)。

遺傳學家原本就知道,環境對許多數量性狀有不同程度的影響。更複雜的是,環境對我們基因的影響還會體現在表觀遺傳學上,有些基因的資訊會像電腦儲存檔案,壓縮不太需要用到的檔案,也像讀教科書劃重點一樣,重要的或常需要用到的基因,會被劃上標記。很多時候,這些壓縮或標記就能讓兩個基因體完全一模一樣的人出現很不同的表現性,果真是你的基因不是你的基因。表觀遺傳學方興未艾,有興趣可參考《表觀遺傳大革命:現代生物學如何改寫我們認知的基因、遺傳與疾病》(The Epigenetics Revolution: How modern biology is rewriting our understanding of genetics, disease and inheritance)。

因為基因是一個既複雜又危險的觀念,人類在探索過程中走了不少岔路,以為基因決定一切,或者以為後天決定一切。前蘇聯生物學家李森科(Trofim Lysenko,Трохим Денисович Лисенко,1898-1976)完全否定孟德爾遺傳學,自以為是地認為單單後天刺激就能隨心所欲地改變作物的性狀,還殘酷肅清幾乎所有遺傳學家,造成前蘇聯的大饑荒。

穆克吉透過這些遺傳學史來讓我們對基因進行批判性思考,認識到基因複雜的多面向。《基因》這本好書值得所有關心人類的朋友來讀,對生命科學相關領域的朋友更是如此。穆克吉是醫學院的教授,對人類的關心大過其他物種,因此幾乎未提基因在農牧業上也有翻天覆地的影響,不過這點瑕不掩瑜。

基因確實造就個人之間的差異,可是卻非身分的決定性因素,我們還有很多有關基因的知識要學,現在知道的可能連皮毛都算不上,在後基因體時代,我們正在學著如何解讀和編寫我們自己。

本文經Readmoo閱讀最前線授權刊登,原文發表於此

責任編輯:翁世航
核稿編輯:羅元祺

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