破譯遺傳密碼 探究生命秘密
你想象過(guò),在科幻電影中才會(huì)出現(xiàn)的場(chǎng)景,也許有一天會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎——
那時(shí),有一本記錄著自身遺傳密碼的書(shū)伴隨自己從出生到死亡,里邊密密麻麻的符號(hào)能夠清楚地表明你患有某些疾病的幾率;癌癥這樣可怕的疾病也有辦法被攻克,因?yàn)獒t(yī)院可以監(jiān)測(cè)到你的身體指標(biāo),哪種基因發(fā)生了突變都可以被發(fā)現(xiàn),甚至在發(fā)病前就有可能擁有治療方案。
醫(yī)院不再只是得了病才去的地方,而是一個(gè)全民健康保障的中心。每個(gè)人都可以對(duì)自己的身體了如指掌,自己究竟在哪些方面有優(yōu)勢(shì),在哪些方面有弱點(diǎn),都會(huì)一清二楚。甚至,你還可以選擇通過(guò)修改致病的基因來(lái)保障健康,讓自己遠(yuǎn)離疾病的折磨。
這些神奇的場(chǎng)景可不是某個(gè)科幻作家的想象,而是中國(guó)科學(xué)院院士、生物信息學(xué)家陳潤(rùn)生基于科學(xué)依據(jù)對(duì)未來(lái)作出的推斷。近日,中國(guó)青年報(bào)·中國(guó)青年網(wǎng)記者在南京舉辦的首屆藍(lán)星球科幻電影周上對(duì)陳潤(rùn)生進(jìn)行了專(zhuān)訪。
這些人類(lèi)對(duì)抗疾病的新辦法,源于對(duì)遺傳密碼的研究取得的突破。通俗地說(shuō),人的每個(gè)細(xì)胞當(dāng)中都有一份遺傳密碼,別看遺傳密碼只是承載著4個(gè)符號(hào)的一條線,但這條線足夠的長(zhǎng),能承載人從生長(zhǎng)發(fā)育到一代傳給一代的信息。4個(gè)符號(hào)不斷變化,人的遺傳密碼總的符號(hào)大約有30億個(gè)。
這是什么概念呢?如果把一個(gè)人的遺傳密碼測(cè)完并打印成一本書(shū),按每頁(yè)放3000個(gè)符號(hào)、每100頁(yè)訂成一本書(shū)來(lái)算,大概要1萬(wàn)本。如果一本書(shū)是1厘米的話,那么這套書(shū)就有100米(1萬(wàn)厘米),按一層樓是2.5米高計(jì)算,這100米就是40層樓房的高度。
如果這些遺傳密碼得到破譯,人們就會(huì)從遺傳的層次上對(duì)生命的秘密有了根本的了解,也會(huì)知道哪個(gè)地方突變可以導(dǎo)致什么樣的疾病,這對(duì)治療腫瘤、糖尿病、心腦血管病等疾病有著重要的意義。
陳潤(rùn)生認(rèn)為,測(cè)量人類(lèi)的遺傳密碼已經(jīng)變得可行且越來(lái)越便宜,每個(gè)人都可以測(cè)量出自己的遺傳密碼是一個(gè)可望而可及的事。但目前,科學(xué)家們真正能夠完整解讀的部分只占我們遺傳密碼的3%,即遺傳密碼中的編碼蛋白質(zhì)。2015年,美國(guó)前總統(tǒng)卡特患黑色素瘤且癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到了腦和肝,但由于突變發(fā)生在被科學(xué)家能夠分析的3%當(dāng)中,加上有治療藥物,經(jīng)過(guò)半年的治療后,卡特體內(nèi)已經(jīng)看不到任何腫瘤細(xì)胞了。
“這只是3%,如果整個(gè)遺傳密碼中的另97%也都能被了解,我們就可以找到任何一個(gè)突變,這將對(duì)很多疾病的治療有多么大的幫助!”陳潤(rùn)生說(shuō)。
遺傳密碼的破譯一方面推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代,另一方面也促進(jìn)了對(duì)人工智能的應(yīng)用。
其實(shí),早在上世紀(jì)80年代,陳潤(rùn)生和團(tuán)隊(duì)就利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即人工智能幫助人們破譯遺傳密碼了,通過(guò)建立起由各種節(jié)點(diǎn)(仿神經(jīng)元)連接組成的腦模型并對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練,幫助科研人員識(shí)別胸片。陳潤(rùn)生認(rèn)為,相比起人腦,目前的AI還處于一個(gè)非常簡(jiǎn)單、低能的狀態(tài),也許隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理、方法和技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)AI向真正的高等生物學(xué)習(xí)特別是學(xué)習(xí)人的大腦時(shí),我們將可以通過(guò)人工智能解決更加重要、更加本質(zhì)的科學(xué)問(wèn)題。
“不過(guò),人工智能是要經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的,沒(méi)有知識(shí)、無(wú)中生有地幫助人們解決科學(xué)問(wèn)題是不可能的。企圖建立一個(gè)AI去解決所有問(wèn)題并無(wú)限拓寬它應(yīng)用的疆界,是不科學(xué)的。”陳潤(rùn)生說(shuō)。
在陳潤(rùn)生看來(lái),生物醫(yī)學(xué)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)推動(dòng)了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的出現(xiàn),即醫(yī)學(xué)從現(xiàn)在以診斷治療為主,向以健康保障為主演進(jìn)。“年輕人將有全新的機(jī)會(huì)”。
現(xiàn)在的基因編輯技術(shù)可以在已被掌握的這3%知識(shí)范圍內(nèi),對(duì)遺傳密碼中的某一點(diǎn)進(jìn)行人為改造,且載有遺傳密碼變化的細(xì)胞可以被培養(yǎng)出足夠的量,回輸?shù)饺怂枰钠鞴賰?nèi)。
盡管基因技術(shù)可以幫助人們改善生命狀態(tài),但仍有一點(diǎn)需要警惕。陳潤(rùn)生強(qiáng)調(diào)了一條不能觸碰的紅線:在目前的知識(shí)范疇內(nèi),人類(lèi)的共識(shí)是不得更改生殖細(xì)胞。“如果只是對(duì)病人進(jìn)行個(gè)體改造,這只是在個(gè)體的范疇內(nèi)。一旦涉及生殖細(xì)胞的更改,我們無(wú)法把握經(jīng)過(guò)多少代的遺傳后可能帶來(lái)的影響。”
對(duì)于更遙遠(yuǎn)的未來(lái),陳潤(rùn)生設(shè)想了一個(gè)更為神奇的場(chǎng)景:如果一個(gè)人坐在速度可達(dá)光速的宇宙飛船里遨游太空,那這個(gè)人的生命相對(duì)地球來(lái)說(shuō)是可以無(wú)限延長(zhǎng)的,當(dāng)他在回到地球時(shí),說(shuō)不定已經(jīng)過(guò)了幾百年或是上千年。
“這不是幻想,這是廣義相對(duì)論告訴我們的知識(shí)??茖W(xué)的想象強(qiáng)調(diào)邏輯連貫性,每一步都要建立在科學(xué)理論的基礎(chǔ)上。”陳潤(rùn)生說(shuō),“我覺(jué)得這種情景未來(lái)有可能會(huì)實(shí)現(xiàn),當(dāng)然這不是幾代人能夠?qū)崿F(xiàn)的,要經(jīng)過(guò)很多代人的探索。”