悬案告破!病毒重组!DNA是人类学习了上帝的语言?

昨日,28年悬案宣布告破!1992年3月24日,原南京医学院一在校女学生被杀害。2020年2月23日,专案组侦查取得重大破案线索,嫌犯麻某钢于当日凌晨被控制。据悉,此案因嫌疑人的一名涉及其他案件的亲属被警方提取DNA检材,经与28年前保存的“3·24”案相关物证上所提取DNA检材进行Y染色体比较,最终锁定了嫌疑人。

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而就在近日,一批欧洲科学家利用反向遗传学技术在实验室重组出新冠病毒。生物学论文预发布平台BioRxiv1月21日发表一篇名为Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform(利用合成基因组学平台快速重建新冠病毒)的论文手稿,论文的作者来自瑞士伯尔尼的病毒学和免疫学研究所、伯尔尼大学,以及德国、俄罗斯的科研机构。化学合成方法DNA产生的毒株可以绕开病毒毒株的供应限制,还可以对单个基因进行遗传修饰和功能表征。这种方法可以成为向卫生部门和实验室提供传染性病毒毒株的替代方法,无需获取临床样本。

罪案嫌疑人伏法、重组新冠病毒以开发和评估抗病毒药物及疫苗等,DNA技术的发展已被运用至众多领域,为当下找寻到更多的可能性。1963年,美国著名生化学家詹姆斯·沃森(下图中)与克里克(下图左)、威尔金斯(下图右)同获1962年诺贝尔生理医学奖,而正是沃森与克里克在1953年4月25日发表于《自然》杂志的短文,宣告了DNA分子双螺旋结构模型的诞生。

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詹姆斯·沃森曾在他的著作《DNA:生命的秘密》一书中记录下他们那被牛顿的苹果砸中的一天。

悬案告破!病毒重组!DNA是人类学习了上帝的语言?

[美]詹姆斯·沃森,安德鲁·贝瑞 著

陈雅云 译

上海人民出版社 2010年05月

1953年2月28日星期六上午,我跟往常一样比克里克早到剑桥的卡文迪什实验室。这么早来是有理由的,我知道我们即将解开在当时鲜为人知的脱氧核糖核酸(DNA)的结构,不过我并不知道它会什么时候来到。DNA并非问世已久的分子,但当时克里克和我就已明白,它掌握着解开生物本质的重要关键。DNA储存世代相传的遺传信息,掌管极度复杂的细胞世界。我们希望找出它的三维立体结构,得以一窥克里克所谓的“生命的秘密”——克里克此言虽然带点打趣的味道,可也是认真的。

我们已经知道DNA分子是由基本单位核苷酸(nucleotide)组成的多重线状聚合物,核苷酸有四种形式:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)。前一天,我花了整个下午的时间,用纸板制作这些构造成分的图样,在这个安静又没人打扰的星期六早上,我把这些3D拼图挪来挪去,试着拼凑出全貌。它们是如何组合在一起的?我很快就发现,有一种简单的配对法搭配得恰到好处:A和T配对,G和C配对,这就是答案了吗?这个分子的两条链是否由A-T与G-C配对而成?这种配对方式简单而完美,几乎可以确定不会有误。但是我过去犯过错,最好还是别兴奋过头,它还得通过克里克严格的检视才行。

我焦急地等待,后来证明其实没什么好担心的,克里克一眼就看出我的配对法隐含双螺旋结构,由两条方向相反的分子链组成。从这两条弯曲互补的螺旋来看,有关DNA及其特性的一切事实都有了合理的解释。简直茅塞顿开。最重要的,此分子结构立即对“遗传信息的储存方式和复制方式”这两道生物学上存在已久的难题,给出可能的答案。即便如此,后来我们到常去的鹰吧,听到克里克扬言我们已经发现“生命的秘密”时,我还是觉得颇有夸耀之嫌,特别是在性格比较含蓄的英国人面前。

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1953年,沃森年仅25岁,克里克也只有37岁,尚未获得博士学位。

不过,克里克是对的。我们的发现平息了自古以来的争论:生命的夲质是奥妙神秘不可捉摸,还是像自然科学课上的化学反应一样,只是物理和化学作用下的产物?细胞的生命是否源自神圣力量的运作?双螺旋断然指出,答案是否定的。

达尔文的进化论说明了所有生命的相互关连,让我们得以从唯物主义与物理化学的观点,对这个世界有更深刻的认识。在19世纪后半叶,生物学家施旺和巴斯德的突破性发现也是一大进展。腐肉不会自然生蛆,而是由我们熟悉的生物媒介与其作用造成的——这个例子中的媒介是产卵的苍蝇。他们的发现推翻了自然发生说。

尽管有这此进展,各式各样的生机论仍历久不衰。生机论认为,物理化学作用无法解释生命及其作用。许多生物学家不愿意接受自然选择为生物谱系进化唯一的决定因子,反而以含糊不清、主宰万物的神灵力量来解释物种之适应结果。物理学家则习于处理单纯、简化的世界——由一些粒子和力主宰的世界——他们发现混乱复杂的生物学令人费解。他们的看法是,细胞的基本作用,亦即主宰生命的基本原理或许远超过我们所熟知的物理和化学定律。这就是双螺旋如此重要的原因,它将启蒙运动在唯物论思想上的革命带入细胞层次。从哥白尼推翻人类是宇宙中心的说法,到达尔文坚持人类只不过是改造后的猴子,这场智识之旅的焦点终于来到生命的本质上。其实这不足为奇。双螺旋是一种优美的结构,但它的讯息却非常平凡:生命不过就是一种化学作用。

我和克里克很快就体会到我们的发现在思想意义上的重要性,但我们怎么也料想不到,双螺旋竟会对科学和社会造成爆炸性的影响。DNA优雅的曲线中包含着分子生物学的关键,这门新科学在其后50年的发展令人惊异,不仅让我们对基本的生物作用有一连串惊人的认识,在医学、农业与法律方面,更有深远的影响。DNA不再只是穿着白袍的科学家在僻处一角的大学实验室里研究的对象,它影响的是我们每一个人。

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同样是28年!2016年8月26日,在甘肃省白银市及内蒙古包头市连续作案的高承勇,也因警方通过排查亲属DNA,比对Y染色体库而锁定。

到了20世纪60年代中期,我们已经了解细胞的基本机制,也知道DNA序列的4个字母,如何通过“基因密码”转译成蛋白质的20个字母。20世纪70年代,科学家开始掌握操纵DNA与读出碱基对序列的技术,这门新科学又呈现一波爆炸性的成长。我们不再只是旁观大自然,而能实际插手生物的DNA,也能实际解读生命的基本蓝囹。这开启了崭新的科学视野:我们终于能够对付从纤维囊泡症到癌症等不同的遗传疾病;运用DNA指纹技术来促成刑侦案调查的革命;利用以DNA为主的方法来研究史前时代,大幅修止我们对于人类起源的看法,包括我们是谁、从何而来等问题;我们也能以先前梦想不到的有效方法,改良重要的农作物品种。

但是,DNA革命开始50年来,最令人兴奋的一天莫过于2000年6月26日星期一,美国总统克休顿宣布完成人类基因组图谱的草图:“今日,我们学习上帝创造生命的语言。在具备这种深奥的新知识后,人类即将获得崭新强大的治疗力量。”基因组计划是分子生物学的成熟产品,它已经成为一门“大科学”,涉及庞大的金钱与重大的成果。这不仅是非凡的科技成就(人类23对染色体所包含的信息量令人咋舌),也是了解人之所以为人的重要里程碑。我们是独特的物种,是具有意识、创造力、占有优势又具破坏力的生物,原因都在于我们的DNA。

如今,DNA这本“人类说明书”就完整地呈现在我们眼前。自剑桥的那个星期六早晨起,有关DNA的研究已经有了长足的进展。然而,研究DNA功能的分子生物学,显然还有一段漫漫长路要走。我们仍需治疗癌症,仍需开发能有效治疗遗传疾病的基因疗法,以及发挥基因工程改善食物的惊人潜力,但是这一切终将实现。在DNA革命的头50年,我们看到大量卓越的科学进展,也已初步运用它们来解决人类的问题。

未来,我们将看到更多的科学进展,但重点将逐渐转移至DNA对我们的生活方式日益增加的影响上。

(本文摘自《DNA:生命的秘密》,上海人民出版社2010年5月出版,略有编辑,以原文为准)图片来源于网络,侵删

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