基因之謎:一個人的遺傳密碼之書有40層樓高

2020-12-08 中國新聞網

　　中科院院士陳潤生參與探索基因之謎

　　一個人的遺傳密碼之書有40層樓高

　　3月29日，科學家大講壇在重慶市第十一中學校舉行，陳潤生院士做專題報告一一遺傳密碼你知道多少？ 上遊新聞記者 楊新宇 攝

　　2000年6月26日，人類基因組工作草圖基本繪製完畢並向全世界公布。這是迄今為止，人類完成的最重要、最令人驚嘆的圖譜。通過人類基因組計劃的實施，科學家們逐漸觸碰到了生命的奧秘。

　　近日，來渝參加第34屆重慶市青少年科技創新大賽的中科院院士陳潤生，來到重慶市第十一中學校，與孩子們一起分享他參加人類基因組1%工作草圖研究的往事。

　　一封來自美國的信

　　改變了他的人生

　　78歲的陳潤生院士，當天中午12點才到重慶，吃飯短暫休息後，中午1點多來到了重慶市青少年科技創新大賽的現場——重慶市第十一中學校。

　　為了讓孩子們多了解前沿科技，近兩個小時的演講，他幾乎沒喝一口水，「能多講點就多講點，我以前也受到過老一代的提攜，有責任點燃孩子們對科學的熱情。」

　　是的，對科學的熱情，改變了陳潤生的研究道路。上世紀80年代，國際上開始討論是否有機會破譯人類的遺傳密碼。1989年12月，當時美國任命的人類基因組計劃的執行長、著名的諾貝爾獎獲得者詹姆斯·杜威·沃森，在《Nature》上發表了一篇關於「人類基因組計劃」的論文，「他談到了即將開展的人類基因組計劃的研究，以及他對這個事件深遠科學意義的看法。當時，我看了以後，心裡非常激動，覺得這個事太重要了。」

　　陳潤生當即給沃森寫了封信。一個月後，剛從德國回來的陳潤生接到了一封從美國寄來的郵件。打開郵件，陳潤生看到了三樣東西，包括：一封兩頁的信，這封信是沃森委託美國人類遺傳密碼破譯計劃辦公室主任布朗教授回的，信中說，中國科學工作者對人類基因組計劃感興趣，他表示感謝，同時說了一些關於人類基因組研究的意義。此外還有兩本材料，一個是美國第一個人類基因組計劃的藍皮書；另一個文件是美國國立衛生研究院實驗室的設置和每個實驗室的主管科學家的介紹，這個材料著重介紹了一個新的學科——基因組信息學，圍繞它，美國要開展人類基因組研究，要成立若干個部門，來進行人類遺傳密碼的破譯工作。

　　一分錢不要

　　也要擠到基因破譯團隊去

　　有熱情，再加上沃森的回信，原本研究物理、數學的陳潤生有了一個大膽的想法——想辦法擠到人類遺傳密碼計劃的中國團隊裡去。

　　當得知中國要組建團隊時，陳潤生就想辦法找到了負責人之一吳旻先生，「希望這個團隊能吸納我。我的解釋是，我是學理論生物學的，我可以負責基因組的組裝和分析工作，這可以和其他專家的工作形成互補。當時科研經費非常緊張，我說我可以一分錢不要，只要能參與這項工作就可以了。」

　　吳旻給陳潤生的回答是「商量一下」。「後來，他找到我說『歡迎你到我們隊伍來』，雖然我說不要錢，但還是給了經費的。」回憶起這段往事，陳潤生不忘藉機鼓勵學生們，「這兩個機會，都是在我對學科感興趣的背景下爭取來的，其實本來跟自己沒有關係，只要自己認為這個方向是對的，你的努力，你的執著，總是有辦法讓你完成某些工作、取得某些結果。」

　　陳潤生說，人的遺傳密碼有非常非常多的符號，要了解這個內涵，一定要成立一個新的學科——基因組信息學。這是一個新的學科領域，它的研究對象就是遺傳密碼，研究內容就是遺傳密碼搜集、整理、存儲、發布給大家使用、分析以及解釋等，即生物信息學最早的一次科學定義。

　　從那時起，陳潤生就開始從事這方面的資料收集，同時研究有哪些方法破譯人類的遺傳密碼，自此走上了所謂生物信息學的研究之路。

　　一次人類創舉

　　卻用了最「笨」的方法

　　人類遺傳密碼總的長度是30億個符號，即30億個鹼基對。如果你對30億隻是一個數字，那陳潤生可以舉很多例子讓你信服，這不只是一串長不可及的數字。

　　「如果把自己的這30億個遺傳密碼測量一下，測完以後要裝訂成一本書，這本書如果每頁記載3000個遺傳密碼，100頁裝訂成一本書，你自己的遺傳密碼就要裝訂一萬本這樣的書。如果按一本書一釐米厚計算，一萬本書就有100米，如果一層樓按2.5米計算，一個人的遺傳密碼之書就有40層樓高。

　　如果你想把自己的遺傳密碼輸到計算機裡留做紀念，一天敲555000個，「如果一本中篇小說有20萬字，你一天敲2.5本中篇小說，也要連續敲15年。這本天書是不好讀的！」

　　陳潤生所說的這個不好讀，確實是因為密碼太長。「即便是到目前為止，也沒有任何儀器能夠把遺傳密碼從頭讀到尾。到現在為止，一次也最多只能測幾千個。」

　　那麼30年前，30億個符號是怎麼讀的呢？「把這麼長的符號切成一斷一斷的，也就是說，要測一段密碼，就得切開來測，但切斷以後，測完，再也接不起來，因為丟掉的信息是恢復不了的。」陳潤生說。

　　科學家們遇到的這個難題，用了一個最「笨」、也是最簡單的方法來解決。「就是一個人的遺傳密碼，能不能把這個遺傳密碼造出兩串。就相當於是買兩本一樣的書，切斷了這本拼不好，還有另一本可以湊。」陳潤生說，人的遺傳密碼是國際大協作，「一個最基本的指標，是測完了以後，要把它90%都拼齊了。後來實際測來測去發現，要真正達到90%，兩本書不夠，最後是5本書。也就是測了一個人的5串遺傳密碼，才真正完成。」

　　這項創舉可以媲美阿波羅登月計劃。正是這樣不斷的重複，才讓「基因」的發現帶來生物學革命，其重要性就好比「原子」的發現帶來物理學革命，「字節」的發現帶來網際網路革命一樣。

　　2001年2月15日與16日，人類基因組計劃聯盟與賽萊拉的文章分別在《自然》與《科學》雜誌上發表。論文幾乎佔據了這兩份雜誌的全部篇幅，也成為《自然》雜誌有史以來最長論著。

　　由於作者多達7000餘人，「名字都只有索引。」然而，在2018年4月5日的《科學》雜誌上，不僅封面是由中國科學家選定的中國梯田，還以封面形式發表了中國科學家《水稻(秈稻)基因組的工作框架序列組》。

　　重慶晨報·上遊新聞記者 羅薛梅

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