盤點2007六項人類生命健康科技進展

    本報記者朱芙蓉黃橙

    進展一：個體基因測序不再是夢人類第一個個體基因組排序已經完成。利用基因組排序技術，研究人員成功繪製了著名科學家克雷格?文特爾的一個完整的DNA藍圖。

    ●點評：

    于軍(中國科學院北京基因組研究所副所長)儘管人類基因組計劃已經測定了一個人類的參照基因組，但它不是嚴格意義上的個體基因組，因為它僅僅是一個人類的單倍體基因組序列，忽略了兩條同源染色體(一個來自父親，另一個來自母親)的存在。個體基因組與參照基因組的根本不同在於，個體基因組測定的是二倍體基因組，可以確定哪些基因組上的差異是來自母系或是父系，從而可以進一步確定遺傳信息變化的來源。如果發現與遺傳性疾病相關的變異，也可以追根溯源。美國科學家克雷格?文特爾領導的團隊成功繪製了他個人的基因組，這也是第一個個體基因組。由於人們對DNA測序技術的需求，刺激了這個領域的高速發展，高通量DNA測序的儀器不斷地被發明出來，過去依賴大規模測序中心(數百人數百台機器)的操作將很快被小規模和遍地開花的DNA研究單元所取代，個體基因組研究也會更快更便宜和更大眾化。無論是在數量上還是在形式上，個體間的差異一定會比人們想象的要多。在未來的5到10年裏，人們會以最快的速度解碼自己的基因組，找到遺傳上的缺欠和可能導致的疾病，或防患于未然，或及時治療，或通過排除遺傳因素來確定不良環境因素和疾病的關係等等。

    進展二：分子機器幫助治療疾病法國圖盧茲材料設計和結構研究中心研究院與德國柏林大學合作，首次成功研製出可旋轉的“分子輪”，並組裝出真正意義上的第一台分子機器。所有分子機器的化學結構均被固定在銅基上。為了使車輪很好地轉動，研究人員借助於掃描隧道顯微鏡，用探針驅動車輪旋轉。

    ●點評1：

    崔福齋(清華大學材料係教授)唐睿康(浙江大學長江特聘教授)首先，分子機器現象以前在生物體內看到過很多，比如細胞器裏的微絲微管上面的固件以很高的速度滾動等。而這個由法國科學家發明的具有一個軸和兩個類似輪子的裝置，是第一次在體外設計的分子水平的機器零件，意義很大。有了這個思路，可以把它發展成為微小的機器，以後可以設計更複雜的分子機器、生物納米機器，在人體細胞內清除病灶、治療血管堵塞、充當藥物運輸的人造載體等等。第二，人們以前在催化的表面上也看到過類似的現象，比如分子在催化的表面上跳躍、滾動，但是沒有重視這個現象，更沒有上升到納米技術的高度來認識。“分子輪”有意識地設計了車軸和輪子，並可以在銅表面滾動。當然，這個研究目前僅僅是由一個車軸和兩邊各一個類似輪子的裝置構成的，用原子粒顯微鏡撥了幾下，實現了在特定表面上讓“車輪”滾動幾下，但並沒有達到生命體內自組裝設備能實現更複雜運動的水平，但是研究雖小，卻在納米機器、納米生物技術的領域跨了一大步。

    ●點評2：

    劉冬生(國家納米科學研究中心研究員)此項研究是分子機器研究領域的一項重要進展，但還遠不能稱為“第一台真正的分子機器”，甚至根據嚴格的定義，此分子系統不能單獨稱為“分子機器”，因為其不具有利用某種能源(如光、電、磁、熱等)産生大尺度的構象變化並對外做功的能力。類似的分子機器類型已有報道，此項研究是在之前的概念基礎上用高真空掃描隧道顯微鏡表徵了此類機器的組成部分───“輪子”運動過程中的一些構象變化，對我們進一步了解納米尺度下真正的分子機器的設計組裝具有積極意義。當前對分子機器的研究主要以生物體系為主，通過對其構建及運動機理的研究，獲得對生命運動過程以及納米尺度下能量的轉換規律。我國近年來也在此領域加大了投入，通過納米重大基礎研究計劃等渠道對有關研究進行了支持，正在開展一系列的前沿研究。

    進展三：外科機器人從事微細手術加拿大科學家研製出名為“神經臂”的外科手術機器人系統。該系統主要由外科醫師操控計算機系統，配合實時的核磁共振影像，由“神經臂”實際執行手術，從而在顯微尺度下使用器械從事微細手術。

    ●點評：

    孫超(北京同仁醫院副主任醫師)“神經臂”的問世是人與機械結合的重要標誌。計算機、機械行業的快速進步為二者的緊密結合提供了良好的條件，外科手術操作的程序化、精確化為患者得到更好的療效提供了可能。目前相關研究已逐漸由研製階段發展到臨床應用，手術操作在個性化的基礎上更加模式化，使外科醫生的手術技能得到最大程度的發揮。目前人與計算機結合的技術已在神經外科、骨科等領域取得了飛速的發展，但其技術的成熟和普及尚需時日，各相關行業的長期深入合作和大量資金的注入為其臨床應用的標準化、規模化奠定了良好的基礎，相信不久的將來，每一位患者都會感受到科技進步所帶來的巨大變化。

    進展四：從皮膚中提取幹細胞兩本權威期刊《細胞》及《科學》在11月20日同時刊出來自美國及日本兩個研究團隊的報告，證實皮膚細胞經過“基因直接重組”後可以轉化成為具有胚胎幹細胞特性的細胞。

    ●點評：

    金穎(中科院上海生命科學院、上海交通大學醫學院健康科學研究所研究員)去年，日本科學家發表了使整個科學界為之振奮的消息：僅僅4種因子誘導小鼠成纖維細胞成為多能幹細胞(誘導性多能幹細胞iPS)。今年，另外幾個研究組不僅重復出日本科學家的工作，更進一步證實了iPS細胞的發育全能性。更令人興奮的是，最近日本和美國兩個研究組分別用特定的因子誘導人類成纖維細胞成為iPS。iPS細胞是幹細胞研究乃至生命科學領域的里程碑。它首次證明可以用已知的因子在體外逆轉已經分化的細胞，使之成為具有發育全能性的細胞。其意義在於：有可能建立病人特異的iPS細胞；建立疾病特異的iPS細胞；實現因人而異的藥物安全性和毒性檢驗；避開倫理障礙。

    進展五：培育出心臟瓣膜片英國倫敦大學帝國學院心臟學研究中心馬格迪?亞庫布博士領導實施了一項研究，這項歷時10年的努力將有望在不久結出果實。屆時，借助於特製的膠原質支架，他們可以將骨髓幹細胞誘變培育成為心臟瓣膜細胞。

    ●點評：

    孟旭(北京安貞醫院心臟外科主任醫師)現代心臟外科手術中，人體組織材料的選擇仍然是一個未解決的重要研究課題，目前常用的生物瓣膜取自豬或牛心臟瓣膜組織，植入人體後不可避免地會發生瓣膜毀損。據2007年美國Cleverland中心統計，10─15年會有50%患者生物瓣膜發生毀損，在亞洲人中比例可能會更高。而對於機械瓣膜患者，他們需要終生服用華發林抗凝，抗凝過強會導致出血，過弱則不能防止機械瓣膜血栓形成。在兒童患者瓣膜手術時，由於這種人工瓣膜不能隨著機體發育生長，這種矛盾更加突出。英國科學家成功地用骨髓幹細胞培育出人體瓣膜組織細胞，並把其覆蓋在骨膠原質支架上，培育出了人體瓣膜片，這項研究無疑是生物醫學技術領域的一大突破，是近年來細胞組織工程技術取得的最新成就之一。儘管這種人體瓣膜片結構的理化特性和空間結構距離真正的人體心臟瓣膜有一定差距，但是它已經揭開了生物醫學領域的新篇章。相信今後隨著細胞組織工程技術的飛速發展，不久的將來將會培育出這種既沒有毀損又不需要抗凝治療的理想的人體心臟瓣膜替代組織。另外，將來研究培育出完整的人體心臟來替代重症患者的衰竭心臟，也不再是天方夜譚。這將大大減少目前眾多的晚期心衰患者在等待供體心臟過程中的死亡，以及改變移植術後患者需要終生服用價格不菲的抗排斥藥物的現狀，給廣大心臟病患者帶來巨大福音。

    進展六：人工可以合成生命美國基因學家克雷格?文特爾領導的研究小組合成的人造染色體，有381個基因，包括58萬對基礎基因代碼。將它嵌入已經被剔除遺傳密碼的細菌細胞之中，使之在細胞中起主控作用。按照實驗計劃，最終這個染色體將控制這個細胞並使其變成一個新的生命形式。

    ●點評：

    于軍(中國科學院北京基因組研究所副所長)嚴格地講，人們目前並沒有真正從模擬生命進化的過程來合成生命。因為生命的從頭合成───從無機物質到有機物質再到簡單的生命───是模擬生命起源的過程，難以在實驗室裏實現。這個自然發生過程充滿了未知和偶然性，至少經歷了10億年。什麼樣的里程碑式發現可以稱為人工合成生命呢？就目前的能力而言，那就是創造一個能利用自然界存在的簡單營養源，可以自主複製和自由進化，並具有科學應用價值的人工合成細菌。合成生命的科學原理並不複雜：合成一長段DNA，有足夠多的基因，再移植到一個沒有遺傳物質的細胞裏面就行了。但目前的人工合成技術還不能一次性合成(用化學合成的方法將核苷酸逐一連接)由上百萬個核苷酸(細菌的大小就在這個範圍，而人的染色體長度是30億個核苷酸)組成的染色體，幾千到數萬個核苷酸還勉強可以分步合成。文特爾團隊正在走這條路。不過，對於這種研究，科學家們首先面臨的是技術和工程的挑戰，而不是科學理論難題。

    -編者按

    2007年即將過去。過去的一年中，世界範圍內的科學家們繼續為人類的生命科學事業進行著不懈地探索，取得了許多與人類生命和健康緊密相關的重大成果。

    如人類第一個個體基因組排序已經完成、首次成功研製出真正意義上的第一台分子機器、外科手術機器人系統進行微細手術、從皮膚中提取出幹細胞、人工合成生命等這些成果的意義何在？它們在未來將如何影響人類的生命健康？年終，我們邀請國內相關專家就本年度影響人類生命健康的6項重大科技進展進行點評，以饗讀者。

責編：閆冬