Barry Schuler:基因組學 101

在基因組學中發生了什麽？ 這場革命又將如何改變我們關於 世界，生命，自我的知識，和我們對此的思考。

如果你看過，2001太空漫遊(註：1968年的科幻電影) 你聽到 砰，砰，砰的聲音，看到那個龐然大物 那是Arthur C. Clark的見解(註：2001太空漫遊的作者) 也就是說，我們正處在進化的重要時刻 在這電影中，就是指使用骨頭，製作工具 將它當做工具使用，意味著電影中的猿人 四處活動，覓食，做愛時 發現牠們自己能使用工具來製作東西 這將我們推進了下一個階段

你知道，特別是最近30年中 我們已經看到知識和技術的高速發展 技術孕育了更多的知識，創造了更多工具 我們已經歷了許多不可思議的階段 70年代和80年代初，我們看見了小型電腦的發明 有誰那時會覺得，每個人都能擁有不只1臺 而是20臺電腦 這些小型電腦不僅在PC中才有，家中所有的數位設備也都有 在你的洗衣機中，你的電話中 四處走走，你的汽車里就有12個微處理器。 然後，我們繼續創造了網際網路。 將世界連接在一起，我們拉平了世界

我們目睹了如此巨大的變化，並掌握了這些工具 這些強有力的工具 這使我們能將鏡頭向轉向自身 轉向我們所有人的共同點，基因

今天你的基因如何？你最近思考過基因嗎？ 或者，至少聽過這個？你可能最近聽說過基因。

我認為，我要花點時間來解釋什麽是基因 這是一種...好像你問別人 嗯，什麽是百萬位元組？什麽是寬頻？ 人們才不會承認說：我不知道這是什麼 所以，我乾脆直接告訴各位 你應該聽說過DNA，你可能在生物學中學過一點 一個基因組就是生物所有DNA的描述 所有生命都有的一樣東西，就是DNA 無論你是一個酵母 無論你是一隻老鼠 或者你是一隻蒼蠅，我們都擁有DNA DNA組織起來的詞組，稱為，基因和染色體

當Watson和Crick在50年代中 首次揭示我們稱之為DNA分子的美妙的雙螺旋結構 非常長而複雜的分子 自此，我們開始了探索的路途 DNA內存在一種語言，來決定我們的特徵，性徵 決定我們繼承什麽，我們可能染上什麽疾病 我們同樣發現DNA是一種古老的分子 所有你體內的DNA 從我們作為生物之初就一直存在 這是個歷史性的成就

基因中存在著我們種族的歷史 我們作為個體的歷史 以及我們千萬年前的起源 這些現在開始被瞭解 但同時，基因是一份指導手冊 這是一個程序，一個生命的密碼 它是使我們運轉的東西 是使每一個生物體運轉的東西 DNA是一個精緻的分子 它即長，又複雜 所有你需要知道的，只是四個字母 A T C G，他們各自代表化學物的名稱 通過這四個字母，你能創造一種語言 這種語言能描述一切，即使是非常複雜的東西， 它們總是成對出現 組成一個詞(例：A－T，C－G)，或稱之為“鹼基對(base pairs)” 你可以這樣想 就是這四個字母，組成所有生命的一切

這聽上去不太直覺 讓我講一些你瞭解的東西，比如電腦 看著這兒的螢幕，你看到了圖片和單字 但其實這裡只有1和0 二進制的語言 你可能曾經聽過這些 所有數位資訊都是被轉換過 或者被描述為，1和0 所以，當你聽著iTunes和你喜歡的音樂時 實際上，是一組1和0在快速的變化 當你看著這些照片，實質上都是1和0 當你在電話、手機上聊天 通過網絡傳輸 在網絡上，你的聲音全在傳送中被轉換成了1和0 看看所有複雜而美妙的事物 我們只需要用0和1就能創造出來

現在，2個擴大成4個，複雜度就大大的提升了 可以用更多方式來描述人體結構 所以，我們來談談這意味著什麽 一個人類基因 它包含32億個鹼基對，超級多 它們以各種不同的方式組合 這讓你成為了一個人類 如果你將這些轉換成二進制，給你一點大小的概念 我們實際上比Microsoft Office軟體容量還小 人體沒有那麼多的數據 老實說我們還帶有很多漏洞 （觀眾笑聲）

這坨肥肉就是我的基因中的一個漏洞 我與它鬥爭了很多年 當你生病時，這就是你基因組出現的一個漏洞 事實上，很多我們抗爭很久的疾病 如癌症，我們不能治癒它 是因為我們還不知道病因在基因組上如何運作 我們才正在開始了解基因

我們開始嘗試修復基因 通過一種像是"往牆上丟大便"的藥物學手段 意思是說，我們拼命往癌細胞上砸一堆化學藥品 或許有些藥品會起作用 但為何不弄懂一個正常細胞會變為癌細胞的原因？ 控制癌細胞的密碼是什麼？ 在發病時的確切指令是什麽？ 然後，你才能來嘗試修復這組基因並指出它的位置 為了你下次晚餐時能選出高級葡萄酒，我給你一些相關事實

我們體內有大約24,000個基因在運作 剩下120,000個基因 並不會運作 但卻記錄了我們人類這個物種 在數千萬年前的歷史檔案 你也許有興趣知道 老鼠跟人有大致相同的基因數目

現今正在為黑比諾葡萄(Pinot Noir)排序基因，它同樣有約30,000個基因 所以，擁有的基因數目並不能代表複雜性 或者某個物種的進化等級 現在，看看四周的人 前看，後看，我們看上去都很不相同 很多帥氣，漂亮的人，纖細的，豐滿的 不同種族，文化，但我們99.9%的基因是相同的 只有萬分之一的遺傳物質不同 這造成了我們之間的差異 如此微量的物質 完全透露出 這導致了人類和所有物種中的變化

目前，我們能夠閱讀基因 獲得第一個人類基因耗時10年，花了30億美元 是由Craig Venter博士完成 然後，James Watson，DNA模型的發現者之一 他的基因獲取耗費2百萬美元，只用了2個月 想想電腦產業 我們如何從大型電腦到小型電腦 它們如何變的更快更強 同樣的事發生在基因測序領域 目前最新的技術正在研究， 如何在一個或者半個小時內，同時只要花費5000美元就能完成基因測序 這將在未來五年內實現

那將意味著，你能隨身攜帶 一張附有你個人基因信息的智能卡。就像這張卡大小。 當你買藥物 你不用買一種適合所有人的藥物 把你的基因給藥師 藥會為你量身定做 這會比現在的要好的多 你不會有副作用 所有這些副作用，你知道，比如肥油殘留，你知道 無論它們在廣告中如何稱呼，都可以忘掉 這些都將消失

基因是什麽樣子的呢？ 嗯，是一個很長很長的鹼基組 若你看過老鼠或者人的基因，跟這個其實差不多 而科學家現在做的是 研究它們如何運作，意味著什麽 因為大自然正不斷的點擊滑鼠來執行基因程式 換句話說，這裡的前幾個句子 表示，這是一顆葡萄樹 有根，有枝條，開花 在人類中個，這裡可能是 產生血細胞，發生癌症 對我來說，可能是：每吃一卡路里，保存一卡路里 因為我來自寒冷地區 對我的妻子來說：吃三倍的食物，也絕不會發胖 這都隱含在這些編碼中 現在，這些開始以驚人的速度被理解

現在，我們能閱讀基因 我們開始閱讀這部生命之書 這裡有太多的內容，有些讓人振奮 有些人會覺得這很可怕，讓我來告訴你一些事情 講解過程中你也許會想對我吐口水，但沒關係 你知道，我們現在可以研究生物的歷史

你能做一個簡單的實驗：刮刮臉頰，那皮屑送去測試 你能找出你的親緣關係 你能建立長達千年的家譜關係 我們能瞭解其中的實用性在何處，這很重要 我們能瞭解，譬如爲什麽動脈會產生血小板 是什麽轉化成了糧食中的澱粉 為什麽酵母會轉化糖，形成二氧化碳 從宏觀一點的角度來看，是什麽導致這些問題 是什麽導致了疾病，我們如何治癒疾病 因為，我們能理解這些的話 能修復基因的話，就能創造更好的人類

更重要的是，我們學習的 是自然給我們提供的巨大的那個工具箱 真的有這個工具箱 而且是一個比我們聰敏、優秀的建築師給予了我們這個工具箱 現在我們有能力來使用它了 我們現在不只是閱讀基因，我們書寫他們

這個公司，我所在的公司，Synthetic Genomics (註：美國企業，致力於基因技術開發、基因商業) 創造了第一個擁有完全合成基因的小蟲 一種非常古老的生物，叫黴漿菌 如果你有尿路感染，或者曾有過尿路感染 你就曾與這種小蟲打過交道 它非常簡單，只有246個基因 而我們能夠完全合成這些基因 現在，你擁有了基因，然後你對自己說 如果我將原有的基因取出，將合成的基因注入進去 它能啟動並存活嗎？ 嗯，猜猜看，它確實能

不僅它能這樣，若你將合成的基因 注射進到其他的生物體中，比如酵母 你就能將酵母變成黴漿菌 這就像，在PC上運行MAC的作業系統 嗯，事實上，您能反過來做 所以，通過修改一個基因 然後再放進某個生物體中 這個軟體會改變硬體 這個是非常奧妙的地方

所以，去年，法國和義大利宣稱合作 第一個為黑比諾葡萄測量基因測序 現在有了黑比諾葡萄的完整基因序列 他們有確認了一次，一共29,000個基因 他們發現了能產生不同口味的基因路徑 這個發現很重要 即，這些測出的成份 與我們舌頭上的感受器相匹配 讓這些味道能被我們的舌頭讀取，然後變成特定的口味

他們同樣發現 有些活性物質產生了香氣 他們確認了葡萄易受疾病感染的脆弱點 他們正不斷的進行分析了解， 徹底搞清楚這些植物該如何運作，然後我們就有能力理解、 閱讀完整的基因密碼，理解它如何表達 然後你怎麼做呢？ 我們能閱讀它，撰寫它，改變它 也許可以從頭改寫基因，你猜自己會變怎樣？ 嗯，可能大家都會叫做法蘭克福-黑比諾 （觀眾笑聲）

我們能創造更優質的葡萄樹 順帶一提，如你所知 各位對基因改造生物感到緊張 我們不會對在河谷或是自然界的植物 作基因改造 改造的植物不會從種子生長出來，合成基因是被移植到植物體內 而且這些被改造的植物不能在自然界中獨立生存

不要擔心，不要緊張，我們會一直這麼做 我們會集中研究在葡萄的抗菌力 我們能獲得更高的葡萄產量， 不用依靠神奇的栽培技術，或者大量成本 我們可以有信心的擴大可種植的氣候範圍 我們能讓黑比諾葡萄生長在紐約長島，即使上帝不同意 （觀眾笑聲）

我們能創造更好的口味和香氣 你想稍微帶點覆盆子口味，或者一點巧克力味？ 這些都可以實現， 我打賭這個一定會實現 但是我們有一個生態系統 話句話說，我們不是那種可以到處亂跑的小生命 我們是這個大生態系統中的一部分

事實上，我得告訴各位 在你的消化道中有約10磅的微生物 它在你的身體中循環， 我們的海洋中存在微生物 事實上，當Craig Venter為海洋微生物做基因測序時 實驗開始的前三個月中，透過在水面下20英尺的觀察 就讓這個星球的已知生物數量增加了3倍 我們現在知道，這些微生物對我們氣候產生的影響比植物更大 調節二氧化碳，氧氣 我們以為植物調節了氣候中的氧氣量

我們發現在地球的任何一個角落都有微生物 在冰層中，煤中，岩石中，火山口中，非常不可思議 但我們也發現，在植物中 就我們所研究的植物中 它們的周圍同樣存在一個生態系統 微生物生存在他們的根系 這些微生物對植物特性的影響 與植物自身代謝途徑一樣重要

如果你仔細觀察植物根部 會發現這兒有很多不同的細菌聚落 這對葡萄栽培者不是什麽大新聞 農夫們專注於葡萄的灌溉問題和肥料問題 而這是另一種我剛所提的"往牆上丟大便"的藥物學手法： 知道某肥料能使植物更健康，然後就會多放一點 其實，你不需要瞭解葡萄顆粒大小的問題 只需要瞭解，葡萄的器官組織提供什麽口味和特性 我們現在開始搞清這個問題 我們都在談論地域，我們推崇肥沃土地 我們說，哇嗚，我的土地超肥沃 我這片土地肥沃到嚇死人

不過，現在我們開始爭論於--- 是氣候造成某地適合某植物的生長？還是土地？還是其他東西？ 我們能搞清楚，形成特產生產地的原因是什麼 只要等我們作出基因序列即可 這些地方有上千種微生物 他們能很容易的測序，不像人類 他們只有一、兩千種基因 我們能弄清楚這些基因

我們所需要做的就是，四處走走，取樣，挖土，找到這些蟲子 給它們做基因測序，了解牠們身上的特性是我們想要的還是不想要的 資料庫會非常龐大，然後根據這些資料種植施肥 我們才會知道為什麼會出現這些沃土 有人會說，哦，天哪，我們在當上帝嗎? 如果我們能改變生物基因結構，不就是在當上帝了嗎？ 人民可能會問James Watson說： 他在政治方面一直選錯邊站... （觀眾笑聲） 人們會問說：“你是想扮演上帝嗎？” 然後他以我從未聽過的方式回答： “喔，總要有人做吧” （觀眾笑聲）

我認為我是一個有信仰的人 當然，不是那種有組織的宗教信仰 我告訴你，我不相信非自然的現像 我不認為化學是非自然的 這樣講可能會讓你作嘔 其實很簡單，我們並沒有發明分子或化合物 它們一直存在，它們充斥在這個宇宙裡 我們重新組織它們、稍微改變它們 但我們沒有生產任何非自然的東西

我們目前有做出一些負面行為 我們正在污染地球 但基因工作方面的失敗品還是自然的產物 今日事情是怎麼發展的，自然給我們一個工具箱 這個工具箱裡工具眾多 信不信由你，我們有能產生油氣的細菌 這些微生物....就像酵母 它們都是個小小的化學工廠 大自然創造了這些最有效率的化學工廠 我們現在能夠使用它 同時有一些規則

有些是自然界不允許的行為 我們能改變葡萄的基因，但想想 我們不能讓葡萄生產嬰兒 自然有一些法則 我們能在規則內運作，但不能打破規則 我們正在學習這些規則是什麽 我只想問，如果你能治癒一切疾病 如果你能驅除一切疾病 因為我們瞭解疾病的所有一切 如果我們能通過生產營養的、健康的植物來終結饑荒 同時能在惡劣條件下種植 如果我們能創造乾淨和豐沛的能源 在Synthetic Genomics的實驗室中 我們有一種單細胞生物，能攝取二氧化碳 並生產一種類似油氣的分子 是二氧化碳喔----是我們想要擺脫的麻煩，而不是糖或者其他什麽 二氧化碳，加上一點陽光 你能得到想要的類脂化合物 我們能解決能源問題，我們能減少二氧化碳 我們能淨化海洋，我們能做優質的酒 如果我們都能做到，那我們該做嗎？ 嗯，我認為這個問題很簡單 和自然共處，使用這些我們瞭解的工具， 是人類進化的下一個階段

我想告訴你的是，請平安健康的再活20年 如果你能再活20年，你就能活到150歲，甚至300歲

謝謝