从重组DNA风波到反转(上篇):美国上演正剧

2015-01-25 | 作者: 史节 | 标签: 重组DNA


人类前行。图telegraph.co.uk.jpg
 
人们常说,太阳底下没有新鲜事。最初面对新鲜事物的时候,人们总是有着类似的心理历程。当前中国社会关于转基因食品的争论,与发生在二十世纪70年代美国对于“重组DNA”技术的争论有着诸多惊人的相似,让人产生历史重演的错觉。可是:历史经常重演,只不过第一次是正剧,第二次是闹剧。

1953年,沃森和克里克发现了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构,这是现代生物学上一个具有里程碑意义的事件。DNA双螺旋结构和围绕这个结构而建立的中心法则足可以和达尔文的进化论相提并论。它不仅宣告了分子生物学的诞生,也揭示了生命的本质,表明生命本身也和我们熟知的物理化学一样遵循着同样的自然定律,并无更多特殊性。科学家们很快接受了这一观念,因为这不过是证实了他们一贯的想法。

然而,这些观念对于公众却是极其陌生甚至大逆不道的。对于大多数人而言,生命是被笼罩在一层未知面纱下的神秘事物,控制生命的只能是“上帝”或者“大自然”。科学家和民众的这种认知差异正是日后生物技术引发社会风波的重要原因。

DNA的双螺旋结构表明,DNA中的四种碱基对(ATCG)的排列顺序携带了遗传信息。中心法则指出,遗传信息是从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质,即遗传信息通过转录和翻译的过程最终控制生物体的性状。后来由于发现了反转录现象,中心法则做了部分修正,即:遗传信息也能从RNA传到DNA。理论上,如果科学家有能力对DNA进行编辑,就可以借此操控支撑所有生命的分子。对于生命来说,科学家似乎就能扮演一个“上帝”的角色,这对于当时的科学家和公众都是件新鲜事。

在DNA双螺旋结构发现20年后,在描述DNA在细胞内运行机制的同时,DNA的编辑技术即“重组DNA”技术从想法开始一步步成为现实。这项技术依赖于一系列重要的发现:1957年,科恩伯格发现DNA聚合酶;1967年,盖列特和莱曼发现DNA连接酶;1960年,瑞士人埃布尔发现一群能够精确切开某个特定DNA碱基序列的限制性内切酶;1971年,伯格通过一系列复杂的方法首次将噬菌体λ的DNA片段插入猿猴病毒SV40的基因组中,并准备将之应用于人体细胞。

其中最为重要的贡献是由柯恩和波耶联手做出的。柯恩是研究质粒的先驱,1971年,他成功开发出将质粒导入大肠杆菌的方法,而波耶则是限制性内切酶领域的专家。这里面有必要介绍一下质粒。质粒是独立于细菌染色体外的小段环状DNA,它能够和细菌的基因组一样在细菌的分裂周期中复制和分配,并能够表达携带的基因。质粒能够在细菌间进行转移,从而在细菌间传递性状。

1972年,柯恩和波耶二人联手开发重组DNA技术。这个技术的主要设想是利用限制性内切酶剪切DNA,分离想要的基因序列(剪切);然后利用连接酶将这个序列粘贴到质粒当中(粘贴);再将质粒导入大肠杆菌,利用细菌细胞自身的分裂来大量制造我们选择的DNA序列(复制)。整个剪切、粘贴、复制的过程有点像电视剧《潜伏》里面老式的磁带编辑手法,在大量资料带(基因组)中,选择某个“曲子”(DNA片段)并剪切下来、再粘贴到质粒这个小的“磁带”中,把磁带放入录音机(大肠杆菌),利用细菌这个录音机把“磁带”进行翻录。在适宜的环境下,大肠杆菌可以快速地大量分裂,即把选定的DNA片段进行大量复制。利用这种方法可以将基因进行“克隆”、编辑。如果有合适的载体做“磁带”或者采取其他的办法,还可以将“曲子”整合到“资料带”中,这样基因甚至可以在来自于不同物种的“资料带”间进行传递,即转基因技术。

这项技术可以将基因从一个生物体引入另一个生物体内,从而改变生命现象,这具有非常多的实际应用价值。例如,将人体的某个基因拷贝到大肠杆菌中,再利用大肠杆菌的蛋白表达系统表达而获得大量宝贵的目的蛋白。事实上,波耶的实验室在1977年就合成了人的生长激素抑制素,证明了这个想法的可行性。1978年,基因泰克公司的科学家利用同样的思路把人胰岛素基因克隆进大肠杆菌,并成功地让大肠杆菌大量生产人的胰岛素。1982年,重组人胰岛素获准上市,成为第一个被批准的重组DNA药物,成了大量糖尿病患者的福音。这家于1976年成立的基因泰克公司也由此发迹,成为世界上最具实力的生物技术公司之一。

但是,当柯恩和波耶成功完成重组DNA实验的时候,有关于这项技术的争议开始接踵而来,民众对于生物危害的担忧也开始扩散。这种担忧有相当一部分来自于分子生物学家本身。伯格采用的病毒SV40是一种能够导致啮齿动物患癌的致癌病毒,尽管SV40病毒对人体无害;但柯恩和波耶的研究可能培育出携带致癌基因的重组大肠杆菌,大肠杆菌在人体肠道的微生物中是占据优势的物种,一旦重组大肠杆菌潜入人体,是否可能在人群中传播它们所携带的致癌基因?这些研究即使不会危害大众,会不会对研究者产生威胁?事实上,伯格在冷泉港的同事波拉克就对此表达过类似的担忧。

1973年,柯恩和波耶成功完成重组DNA实验。同年的核酸高登科学年会上,一些参会者呼吁美国国家科学院(NAS)调查这项新技术的危险性。NAS随即成立了由伯格担任主席的委员会。1974年4月,伯格召集了一组当时最为杰出的分子生物学家,其中包括巴尔的摩(1975年诺贝尔奖得主) 、柯恩、波耶这两个“恶魔”制造者以及DNA双螺旋结构的建立者之一的沃森等人来研讨该问题。同年7月,他们在《科学》杂志上发表了一封公开信,即“伯格来信”或“暂停信”。在这封信中,他们建议全世界的分子生物学家自愿地暂停重组DNA研究,召开一个科学家的国际会议讨论这项技术的安全性和控制其潜在风险的规则。

包括沃森和对这项技术研究最为积极的柯恩和波耶在内的许多科学家都在这封信上签了名。但是沃森很快就后悔了。他认为,在生物学面临革命性进展的时候进行这种后退,不是谨慎而是怯懦。科学家的根本在于研究未知,如今面对未知却不做研究,还叫科学家么?大量的患者在病痛中挣扎,这项技术就是他们的希望,因为未知就延后研究是更不负责任的行为。其实“伯格来信”并非基于已被证实的风险,而是对潜在可能性的判断。当时大多数的生物学家对这项技术也非常陌生,他们的判断更多是基于科学家们惯常的,经过严格训练的严谨思维习惯。在缺乏足够的数据来判断这项技术真正风险的时候,出于对社会责任的承担,分子生物学家们自愿选择了暂停相关研究。

接下来的1975年2月,伯格主持了在美国加州举行的阿斯洛马会议。在这个由顶尖科学家、律师、记者参加的会议上,科学家们讨论了重组DNA技术的潜在危险。经过激烈的争论,会议最终通过了一份提案。这份提案允许科学家继续这方面的研究,但提出了一系列强制要求和错施降低实验的危险性。沃森、柯恩和波耶都对这个提案很不满意。沃森称,这份提案不是基于良好的判断力,而是出于媒体的压力。这些对这项技术最为了解的人认为所谓的潜在风险是不值一提的,但他们没能够说服其他科学家。

1976年6月,美国国家卫生院在这些建议的基础上,公布了重组DNA研究规则,与此同时,欧洲国家也制定了类似的规则。规则主要是将生物研究中的动物分为几个等级,等级越高,限制越大;按照不同等级要求对这类重组DNA实验的设计、流程、实验室结构和实验用生物材料进行不同等级的防护措施,以减少其扩散的可能性。

即便以当时的眼光看,有些规定也是不科学的,蟾蜍和牛的DNA分子在本质上并无大的差别而防护等级却是不同。而且后来看,科学家们有些过分小心了。尽管有吓人的传说,进行重组DNA研究的人员中并没有癌症或者其他不明怪病流行。如今全世界所有学习基础分子生物学的大学生都可以在基础实验室克隆一段人类DNA,无需有任何担忧。但在当时,同样的实验需要在有严格防护的P4实验室中进行。P4实验室是全球生物安全级别最高的实验室,往往只有炭疽杆菌、霍乱弧菌、埃博拉病毒、天花病毒等实验才能“享受”这个待遇。这意味着绝大多数生物学家无法继续进行研究。

在P4实验室工作,实在不是什么舒服的事情。有人描述过在P4实验室进行克隆人类DNA的工作的情景:进出实验室都必须经过淋浴和复杂繁琐的消毒程序,脱掉所有衣物,穿上由政府提供的白色内裤、黑橡胶鞋、蓝色外衣和褐色长袍,两双手套和浴帽一样的塑料帽;所有物品一件不漏地用甲醛冲洗,连写在纸上的实验说明也不例外,实验者只能将其放入密封袋中;任何暴露于实验室空气中的文件都必须销毁,实验人员连笔记本也无法携带。不管怎样,有了这样的规则,科学界有关重组DNA技术的争议暂时告一段落,科学家们认为至少相关的研究可以继续进行了。但他们没有想到的是,一场新的风波就此拉开。

很显然,科学家的审慎被媒体误读和扭曲了,并借此在公众中造成恐慌。媒体的逻辑是,如果科学家认为某件事情值得担心,那么一般社会公众就应该感到恐惧了。科学家们的争论是如此激烈,这显然是一件公众应该感到特别恐惧的事情。他们其实不清楚,很多科学家与他们一样对这个复杂的事物知之甚少。虽然重组DNA技术从未造成任何灾难,但是媒体总爱想象“最坏的情况”,当民众发觉自身就是生命体,而通过重组DNA技术能够操控生命现象,这就特别容易产生恐惧的共鸣。科学家与公众对于生命的认知差异开始显露出来。

在西方世界,一个描述疯狂科学家制造恐怖怪物的小说《弗兰肯斯坦》影响巨大。很多人将重组DNA技术视为弗兰肯斯坦从幻想走向现实。而当时美国正值“反文化”的时代,民众开始出现反智主义倾向,科学家的形象往往是疯狂的怪人或者是自命不凡的书呆子。于是,一场由媒体煽动起来的恐慌开始像瘟疫一样蔓延。种种担心和疑问也开始流传,人们开始普遍担心研究会创造出引发致命流行病的病原体,会创造出难以控制的怪物,会用于改变人类基因组而导致如纳粹般臭名昭著的“优生学”运动,并特别担心会从重组DNA实验室逃逸出新的病原体。

当媒体在公众中煽动起恐惧和公众对新技术缺乏了解开始合流的时候,科学家在被某个有权阶层收买并正在酝酿一场邪恶阴谋的理论开始被广泛地采信了。整个社会开始充满了对分子生物学炽烈偏执的恐惧。科学家们一夜醒来发现自己居然名其妙的成了居心不良的统治阶层。波耶惊讶地发现自己居然名列当地小报上万圣节的“十大妖怪”之一,这在以前是贪污的政客和与工会作对的资本家的特权。而当科学家力图反驳这些流言的时候,在一些人眼中,这更加成为了科学家们毫不谦逊的绝佳注脚。

接下来,就有人开始借此获取政治上的好处了。哈佛大学和麻省理工这两所世界最为顶尖的大学所在麻省剑桥市的市长维路奇就是其中之一。他公开宣称:“在一个十万人的城市,不应该进行DNA工作。”虽然麻省剑桥有两所世界最顶级的大学,但这却导致了当地人有强列的反智倾向。可能是大牌科学家见得太多,没有那层神秘感,很多人对科学研究不屑一顾。维路奇显然把重组DNA的风波当成政治作秀的机会。当时,哈佛大学的科学家曾建议在校内兴建防护措施,以便按照美国国家卫生院的规定进行重组DNA研究。维路奇却逮住这个机会,设法通过了一项长达数月的禁令,禁止进行所有重组DNA研究。维路奇因此获得了替社会大众监督科学发展的社会卫士的美誉。哈佛大学却大受其害,失去了不少这方面的科学家。同时,有很多人也主张立法管制重组DNA研究。麻省参议员,著名的肯尼迪三兄弟中的爱德华•肯尼迪也加入了这场论战。他抨击科学家们想要自我管理重组DNA研究,建议联邦政府管制重组DNA研究,并准备提交一份议案。国会也提出多项法案严厉限制重组DNA研究。

对于科学家来说,一旦这样的法案通过,那意味着用繁杂、严苛的法律来规定可做或者是不可做的实验,意味着任何实验计划都需报请特定的审查小组通过,那就是宣告分子生物学的死亡。因为那意味着被难以摆脱的、无可救药的官僚系统纠缠,只有没有任何“风险”的研究才可能被批准,而任何实验在逻辑上都是有风险的。

于是,围绕这些法案,通过举行一系列的听证会和评估会议。科学家们也开始奋起抗争。已经后悔在“伯格来信”上签字的沃森坚决反对任何对重组DNA研究的限制。他说,同其他真正的危险相比,把重组DNA这件事说成是处于危险边缘,简直是一个笑话。柯恩说:“这是一种莫名其妙的对未知事物的恐惧,它掩盖了重组DNA在诸如疾病、饥饿、有毒物质降解方面的应用。”伯格说:“有人建议再等几年,等发现了比大肠杆菌更安全的生物再进行重组DNA的研究,这种想法是很荒谬的,因为根本不可能发现那种更安全的生物。”发现DNA聚合酶的科恩伯格言辞激烈:“现在最可怕的不是遥远的生物战的可能性,而是生物学本身的论战”。 曾经对重组DNA技术心怀疑虑并推动制定美国国家卫生院的重组DNA研究规则的波拉克也表示立法毫无必要,只会妨碍生物学的研究。对于肯尼迪的提案,在维路奇那里吃过亏的哈佛大学游说并警告他,这些议案可能导致麻省制药业的破产和他政治生涯的结束,最终,爱德华•肯尼迪撤回了提案,最终也没有一项限制重组DNA研究的法案获得通过。重组DNA失去政治意义,媒体的歇斯底里也就难以为继了。到了1978年底,媒体和立法的恐慌都基本平息了。

随着时间的推移,越来越多的实验都显示,无论按照美国国家卫生研究院或者其他国家管制单位的规定,重组DNA都不会制造出科学怪物来。之前的种种担心不过是杞人忧天,DNA真的非常安全。在1978年底,美国国家卫生研究院重组DNA咨询委员会提出了新的管理条例,取消了很多研究限制,大多数的重组研究都获得允许,包括肿瘤病毒DNA的研究。1979年,卫生与公众服务部部长批准了这些修正。从1974的“伯格来信”开始,长达五年的停滞结束了。到20世纪70年代结束的时候,柯恩和波耶的实验所引起的疑问,渐渐已经不再是问题。

如何评价这五年的停滞,沃森认为,很多人的事业因政治因素中断五年,代价高昂,让人沮丧;不过,虽然科学家被迫绕了远路,但这也证明了分子生物学家愿意承担社会责任。而伯格认为:“我们最终赢得了公众的信任,源于那些正在参与这项工作也最有理由为了自己的梦想而可以对风险置之不理的科学家们唤起了对这些实验潜在风险的注意;尽管面临前所未有的情形,科学家们自愿呼吁暂停了与他们自身关系紧密的实验本身并自愿承担责任,对这些风险进行了评估和处理,这些是值得赞赏的、富有道德感行为。”

这场风波中,科学家通过不懈努力,抚平了民众被媒体煽动起来的的恐慌情绪,也挫败了一些政治家的图谋,并最终赢得了公众信任。在一系列听证会和评估会议中,科学界通过大量证据让公众相信,只要遵循制定的规则,重组DNA技术就是安全的。经此一役,在美国尽管还有反DNA团体,也闹出些许风波,但生物学家已经掌握了主动。在当下的反转基因食品的潮流中,尽管美国也曾闹得沸沸扬扬,但显然已不再是主战场了。美国是少数几个对转基因食品没有要求强制性标识的国家。当很多国家的公众还在为转基因食品的安全性争论不休的时候,美国加州的公众却在2012年投票否决了对转基因食品进行标识的提案。(作者史节,来源《科学公园》,原标题《从美国“重组DNA”风波谈中国反转基因风潮》)

来源:科学公园

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