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霍金預言基因編輯讓人類進化 先了解基因怎麼組成人類

2018-10-16 11:22時報出版 文╱摘自《基因:人類最親密的歷史》

【文、圖/摘自時報出版《基因:人類最親密的歷史》,作者辛達塔.穆克吉】

基因是指定調配出生物配方中的一行,人類基因組則是指定調配出人類的配方。 圖/in...
基因是指定調配出生物配方中的一行,人類基因組則是指定調配出人類的配方。 圖/ingimage

一開始,只有單純。

──理查.道金斯(Richard Dawkins),《自私的基因》(The Selfish Gene)

難道我不是

像你一樣的蠅?

或者難道你不是

像我一樣的人?

──威廉斯.布萊克(William Blake),(蠅)(the Fly)

發現控制果蠅和蠕蟲生死的基因串如同胚胎學者眼中的一道啟示,而它們對遺傳學的影響同樣深遠。胚胎學者在解決摩根謎題:「基因如何指明果蠅的形成」的同時,解開了更深層的謎題,亦即遺傳單位如何產生教人眼花繚亂的複雜生物?答案在於組織和互動。單一一個主控基因可能編碼一種功能相當有限的蛋白質,比如其他十二個目標基因的開關。但假設此開關的活動取決於蛋白質的濃度,而此蛋白質在生物全身以不同濃度分布,一端高濃度,另一端低濃度。那麼此蛋白質就可能在生物的某一部分中,開啟全部十二個目標基因,某部分開啟八個,在第三個部分只開啟三個。目標基因的每種組合(十二、八、三)都可能和其他蛋白質濃度相互作用,活化和抑制其他基因。接著再把時間和空間加入,也就是基因在何時何地被活化或抑制,就可以建構錯綜複雜的形體。藉著混合搭配基因和蛋白質的層次、變化、開關和順序,生物就可以創造出我們看到的複雜結構和生理。

正如一位科學家所言,「個別基因並不特別聰明。這個基因只關心這個分子,那個基因只關心那個分子,但是這種簡單並不妨礙建構龐大的複雜度。如果少數幾隻思緒單純的螞蟻(工人、無人機等)都能建立蟻群聚落,不妨想想如果有三萬個串接的基因任意放置,會有什麼結果。」

遺傳學家安東尼.丹欽(Antoine Danchin)曾用阿波羅神廟所在地的德爾斐船(Delphic boat)寓言,描述基因個體可以產生自然界可見複雜的過程。在這個寓言裡,德爾斐的先知被問道,如果河上某艘船的船板已開始腐朽,因此每一塊板子都要更新,一塊又一塊地換,十年後,船上的木板全都不是原先的木板了,可是船主依舊認為這是同一艘船。如果船上的每一個實體都更換了,那麼這艘船為什麼還會是原本的那艘船?

答案是「船」不是由木板構成的,而是由木板之間的關係組成。如果你將一百塊木板一條條地堆疊並釘在一起,就能搭出一面牆;如果一條接一條地排開釘在一起,就會得到甲板。木板只有在特定的結構依照特定的關係與順序組合,才能製造出船。

基因也是以同樣的方式運作。個別基因指定個別功能,但基因之間的關係容許生理機能。沒有這些關係,基因組就沒有作用。人類和蠕蟲擁有數量大致相同的基因(約兩萬個),可是兩種生物只有一個能在西斯汀禮拜堂的天花板作畫,因此,基因的數量對於生物的生理複雜性而言並不重要。某位巴西森巴舞老師曾告訴我,「重要的不是你有什麼,而是你用它做什麼。」

想要解釋基因、形式和功能之間的關係,或許演化生物學家兼作家道金斯的比喻最有用。道金斯認為,有些基因的行為就像藍圖,藍圖是確切的建築或機械設計計畫,計畫的每個要點和編碼的結構之間,一一對應。一扇門精準地縮小了二十倍,或者一個螺絲精確地放在離軸七吋之處。按照同樣的邏輯,「藍圖」基因把指令編碼以「建造」一個結構(或蛋白質)。第八因子(Factor VIII)基因只製造一種蛋白質,這種蛋白質也只有一個功能:讓血液凝結成血塊。第八因子的突變就類似於藍圖錯誤,就像門把失靈或少了零件一樣,結果完全可以預測。突變的第八因子基因無法使血液正常凝結,產生的紊亂結果(無故出血),就是直接與那個蛋白質功能相關。

然而,絕大多數的基因並不像藍圖,它們並沒有指定建造單一或部分的結構。相反地,它們與其他基因的串聯合作,創造出複雜的生理功能。道金斯認為,這些基因不像藍圖,反而像食譜。就像蛋糕食譜指定糖在蛋糕的頂端、麵粉在底部一樣,是沒有意義的;食譜中,個別元素和結構並沒有一對一的對應關係,食譜提供的是有關「過程」的指示。

蛋糕是糖、奶油和麵粉以適當比例、在適當的溫度和正確的時間混合的結果。以此類比,人類的生理則是某些基因按適當的序列與其他基因在適當的空間互相作用的結果。基因是指定調配出生物配方中的一行,人類基因組則是指定調配出人類的配方。

一九七○年代初,生物學家開始破譯哪些基因用來產生生物驚人複雜性的機制,同時他們也面臨「刻意操控生物基因」這個不可避免的問題。一九七一年四月,美國國家衛生研究院安排了一場會議,探討不久的將來是否可能在生物體內刻意改變基因。這場會議名稱頗具爭議性:「特定遺傳變化的前景」(Prospects for Designed Genetic Change),希望讓社會大眾了解人體基因操縱的可能性,並討論這樣的科技在社會和政治上的意涵。

一九七一年還沒有操縱基因的方法(即使在簡單的生物體中亦然),但科學家很有信心,這種發展只是時間的問題。「這並非科幻小說,」一位遺傳學者說道,「科幻小說是在無法以實驗的方式進行某件事,但我們現在可以想像,不用一百年,也不用到二十五年,而是可能在未來五至十年內,某些先天的瑕疵就會藉著控制某個缺乏的基因而得到治療或痊癒。我們還有很多部分須努力,才能讓社會準備迎接這種變化。」

.書名:基因:人類最親密的歷史.作者:辛達塔.穆克吉.譯者:莊安祺....
.書名:基因:人類最親密的歷史
.作者:辛達塔.穆克吉
.譯者:莊安祺
.出版社:時報出版
.出版日期:2018/07/24
這種科技的發明將有莫大意義:打造人類的配方可能會被重寫。一位科學家在會上發言說,經過數千年才能選擇出基因的突變,但是人工培養突變卻只需幾年。在人體引入「特定遺傳變化」的能力可能會使基因改變達到文化變化的速度。某些人類疾病可能會徹底消滅,個人和家庭的歷史將永遠改變;這種科技會重塑我們對遺傳、身分、疾病和未來的觀念。正如加州大學舊金山分校的生物學家戈登.湯金斯(Gordon Tomkins)所說,「這是第一次,許多人開始自問,我們在做什麼?」

基因突變
遺傳基因
蛋白質

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