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第6章 大生物學

科學進步所依賴的因素,按先後順序可能是這幾個:新技術,新發現,新思想。

——悉尼·伯倫納,2002年諾貝爾生理及醫學獎得主

在科學界,榮譽屬於使全世界信服的人,而不屬於首先有這種想法的人。那些播下種子,收穫它,研磨它並讓全世界受益的人比那些止步於靈光一閃的人更有價值。

——弗朗西斯·達爾文爵士,

第一次優生學會高爾頓演講(1914)

一切看起來都很清楚、符合邏輯並且非常簡單。我知道怎樣在揭示人類基因方面做出真正的進步。我知道怎樣實現這個偉大的抱負,我必須把注意力放在決定蛋白質的那百分之几上,至少目前盡力不要讓其他97%的包括調整區、非編碼DNA、廢棄的舊基因、重複序列、寄生DNA、病毒以及一些誰都說不清的神秘片段干擾和分散注意力。當最終理解基因的重要性在於它的讓人頭暈的複雜性時,我可以通過簡單尋找它指導其他細胞的行為而得知生命本身所要表達的要點。我的只需要注意很少量的遺傳物質攜帶的遺傳指令,而不是整個基因組的想法成形時,我的通往基因的快車設想被一些帶著偏見的政客看作是對基因組計劃存在的威脅。

1990年底,我想讓世界都知道我正在進行的cDNA方法是多麼順利,就打電話給《科學》雜誌討論發表一篇論文。那個編輯很感興趣,催促我把關於我們的新方法和基因發現的一篇專業文章趕快整理出來。我清楚地知道關於cDNA排序方法的第一篇論文必須盡可能地完整。我每天與馬克·亞當斯碰面討論計劃的進程。到現在為止,實驗室的其餘人已經完全被說服了,我們正處在正確的前進道路上。馬克正用一種新的方式為我們的研究收集cDNA,我聯繫了國家衛生研究院實驗室的一位主任卡爾·梅林(Carl Merill),讓他幫助把新基因繪製到基因組中,其他人正在開發新的軟件來確定基因。

我也開始和其他科學家討論我們的發現,並且做一些關於我們小組努力的演講。不久我發現悉尼·伯倫納也在思考隨機選擇克隆的cDNA排序的問題,他是在英國劍橋大學工作的分子生物學家。悉尼出自南非一個沒受過教育的猶太鞋匠家庭,他很健談、有創造力,可能是健在的最有才氣的分子生物學家(他在2002年獲得了諾貝爾獎)。因為我一向很尊敬他,所以我給他打電話說我聽說他正在做類似於我們的工作,我解釋說如果編輯們感興趣的話,我們要在科學雜誌上發表一篇文章,我問他是否願意考慮發表一篇背靠背的論文。我們甚至能交換數據看我們是否能找到一些相同的基因。悉尼解釋說他的成就還沒那麼大,但是他同意我所說的很有意義。我們計劃不久後談一談。

後來,《科學》雜誌說願意考慮把我的論文和悉尼·伯倫納的同時發表,我把這個消息轉給悉尼,並重述了我最初的想交換數據的請求,另外使他確信我要推遲提交我的原稿以便給他留出時間讓他自己做好準備。他解釋說他與製藥公司及英國政府有一個複雜的資助協議,因此不能隨意交換數據,但是他建議我們這些搞生物信息學的人們應該相互通通氣。安東尼·克拉維奇目前正與伯倫納團隊的一個人合作,為我們的排序研究一個新數據庫,但是幾周後,很明顯沒有交換基因組數據,也沒有從伯倫納那裡得到他的原稿。最後,我給悉尼打電話,告訴他我們想提前遞交我們的論文。因為他的還沒有準備好,而且也不會很快準備好,他同意了。

完成我們的原稿之前,還有一件事要做:我們的技術需要一個命名。我們正在處理用在組織中的基因,但是在大多數時候,我們沒有完整的基因,只是一部分基因序列。安東尼·克拉維奇知道現存的圖譜繪製工具是「序列標籤位點」或STS,他提議用「表達序列標籤」或EST方法命名這個測序法,這個名字所描繪的正是我真正喜歡的,實驗室其他人也和我一樣。我們給我們的論文命名為《互補DNA測序:『表達序列標籤』與人類基因組計劃》,然後於1991年初把它寄給《科學》。

我一直在考慮第四次嘗試說服吉姆·沃森,我的實驗室應該得到基因組計劃的資金。雖然申請已經在評審中了,但是對我來說,更清楚的是,我的EST方法對於基因發現和理解基因組有難以置信的價值。我把《科學》上的論文預印本給沃森想聽聽他的想法,我們也通過簡·彼得森詢問他是否願意允許我改變未決的基金計劃研究中一些目的以便把EST方法包括進去。簡·彼得森是一個政府中層官員,她已經多次用壓抑單調的聲音駁回傳遞給她的我們的申請。對於我的商酌,沃森的回應很乾脆:不!雖然悉尼·伯倫納和斯坦福大學的保羅·伯格曾經主張建立一個系統的cDNA排序計劃,但是大多數人類遺傳學家們勸告沃森要完全反對這個排序計劃,原因和當初反對我的小組的原因相同。伯格與福瑞德·桑格由於在基因密碼方面的貢獻一起分享過諾貝爾獎。

1991年的春天,沃森評審團評審了我的第四份計劃。簡·彼得森再次打電話告訴了我結果,並且再次通知我,委員會認為技術太前衛了,以至於沒有人真正知道這個方法是否奏效,等等。X染色體資助再次失敗了,說我很沮喪是過於輕描淡寫了。我對沃森很生氣,因為他沒有履行自己最初的諾言,也因為他讓我經歷了一個拖延了幾年的評審過程,而我實在討厭這個評審過程。我感到評審的最高議程不是科學,而是對金錢的支配。我知道我已經有了一個能改變基因組科學的突破性的方法了,我也知道我正在浪費時間、能量和情感與一群沒有興趣讓我這樣一個局外人分析人類基因組的傢伙們做鬥爭。

我開始給沃森起草一封嚴厲指責的信。在過去的兩年間,他幫助創建的官僚機構已經成為一套無意義的、令人討厭的和使人沮喪的阻礙科學進步的形式主義了。我費了很大的勁給沃森寫的四份申請現在什麼也不是了,這也耽誤了我推動基因組向前的研究。我指責他試圖取悅他所有的批評者,而實際上他害怕領導這項計劃。我告訴他我正撤出我的申請以便我能集中注意力在我的EST/cDNA方法上。這不需要他的資助。我的朋友們和同事們把這封信加工淡化。使它不再顯得是對沃森個人的攻擊之後,我於1991年4月23日把它寄了出去,這時距離我當初寄給他《科學》的EST論文的預印本已一年多時間了,他從來沒有對此做出過回應。

沃森收到我的信後不久,簡·彼得森給我打了電話。她很疑惑,我以前在她那兒從來沒有察覺到這種情感,她問我是否知道我的資助好像已經批下來了。有時候我已經被指控感覺遲鈍、喜好辯護,此時我誠實地告訴她,從我已收到的回應來看,我完全不可能覺察到任何少許的對我申請的積極回應或對於我的提議的感興趣之處。我仍然對無止境的拖延和冷遇的方式感到生氣,我一時氣憤地告訴她我正考慮不同的科研管理方式,而且,如果我不能使用基金的一部分用在EST方法上,那麼我將在沒有基金的情況下繼續做下去。

我想知道我是否犯了一個重大錯誤。儘管我將永遠不會知道,如果我沒有撤回我的基金申請我將會得到什麼結果。漢姆·史密斯,我的一個關係最近的科學合作者,他認為如果我從沃森那裡拿到了錢我可能就不會達到現在的成就。這次事件描繪了一次重大的而且是簡單的生活教訓:當你來到一個交叉路口,你只能走一條路。

那時,我的那篇EST的論文正受到科學界的評論家們吹捧似的反饋,很明顯它將被接受並發表。當一個評論家建議我們應該引用我們沒有見過的一篇文章作參考書目時,我們遇到了一個小挫折,這篇文章10年前已經發表了,乍一看,這篇文章看起來引導了我們的工作,因為它描述了150個克隆的cDNA的部分序列,這些克隆的cDNA是從野兔骨骼肌肉cDNA文庫中隨機選出的。如果說這篇文章確定了什麼,那麼它似乎確定了一個這樣的觀點:cDNA方法是不可行的。只有幾個已知的高顯性基因被這個小組發現,當然這個論據是用來反對使用任何cDNA方法的。不過,我很好奇,想知道論文是否已經產生了任何影響,或者它是否間接地影響了我本人的想法。作為一個經驗法則,一篇論文越有意義,它被後來的工作者和科學家引用得就越多。我們調查了後來的文獻,發現除了把它作為獲得野兔肌肉克隆的cDNA的方法使用外沒有人引用這項文獻。我的論文將於6月發表,我只是太高興而沒有引用這一文獻。

我能循著我自己的EST靈感,追溯到一次從日本返回的飛行之旅。但是當然,偉大的想法經常同時被幾個人構思出來,他們以類似的方式對思想潮流做出了回應,很難精確確定一瞬間的靈感是什麼時候、怎樣誕生的。卡普蘭已經教會我,好的觀點對一個精明的人來說是很平凡的,唯一區分好與偉大的方法是看這個想法是怎樣被實行的——也就是說它怎樣變成事實的。

科學歷史中儘是關於某人擁有一個觀點但是不把它堅持到底,最後只是看見另一個人有類似的靈感然後把它證明是有效的這一類故事。比如達爾文不是第一個構思或寫出進化論的人,但是他確實用一生的研究和寫作支持這一觀點可行性。對於EST也是一樣的。伯倫納從來沒有發表過他的數據,即使我相信他正在用和我相同的方式思考這個問題。從果蠅文庫中取得的克隆cDNA應該隨機選擇和排序的建議也已經被史蒂夫·赫尼科夫(Steve Henikoff)寫進1990年的基金申請中,這份申請是提交給國家衛生研究院的基因組中心的,史蒂夫·赫尼科夫在位於西雅圖的弗雷德哈欽森癌症研究中心工作。而我很幸運地在內部項目資金有保障的國家衛生研究院工作,史蒂夫卻必須通過一個漫長的撰寫基金申請的過程,而且要等待9個月的評審進程。更糟糕的是,他收到了一份長達5頁的批評意見,其中羅列了這個方法為什麼不奏效的所有的論點,否認了對他的資助。我的文章在《科學》雜誌上發表後,史蒂夫送給我一份這個批評意見的複印件,並且告訴我他把這份關於對他的申請的令人沮喪的評論複印件貼到了實驗室的牆上,就在我的照片和《科學》那篇EST文章不遠處。

一種思想觀點複雜的起源也意味著對它們的起源的評注的開放性;僅僅考慮一下在不同的國度流傳的關於誰發明了電視、誰點亮了第一盞燈等等的說法有多不同,我們就明白要統一某種說法的難度。甚至對於我在《科學》雜誌上關於EST的論文的思想是怎樣想出來的這樣一個清晰的問題,我的批評學家們也經常混淆,或者至少加入了其個人的想像。比如,沃森在他最近的一本紀念雙螺旋發現50週年的關於分子生物學和基因組歷史的書描述了我怎樣拜訪了悉尼·伯倫納的實驗室,並且對他cDNA的策略留下深刻印象。「他幾乎急不可耐地返回到他在華盛頓的國家衛生研究院的實驗室,在那裡他自己將運用這項技術來產生一個有價值的新基因。」[1]

當然,我沒有拜訪過悉尼,而且大約在沃森發表這段陳述10多年前,伯倫納的老闆英國醫藥學研究理事會基因組工作的頭頭托尼·維克斯(Tony Vickers)就描述了實際上在悉尼實驗室發生的事:「當文特爾第一次提出這個問題時——它的排序系統剛剛運行了一個月,MRC小組不準備發表。」[2]但是沃森的書確實包括了一個有啟迪作用的洞察力,它解釋了為什麼伯倫納沒有發表他的數據:「熱切地想收穫測序的商業利益,英國製藥公司在有機會確立他們從中獲利之前,MRC小組一直防止伯倫納發表這些數據。」[3]

我自己測序工作的商業成果在1991年5月變得很明顯了。當我正在國家衛生研究院行政大樓裡閒逛尋找會議室時,我意識到我迷路了,於是我在走廊裡向一個看起來能幫助我的人詢問會議室在哪裡。他碰巧是裡德·阿德勒(Reid Adler),是國家衛生研究院技術轉讓辦公室的頭兒,這個辦公室決定了代理商的專利政策。「你不是克雷格·文特爾嗎?」他問道,然後解釋說在收到馬科斯·亨斯利(Max Hensley)的信後他已經打算去找我,馬科斯·亨斯利是生物技術巨人基因技術公司(Genentech)的專利代理人,信裡詢問國家衛生研究院計劃怎樣使用我的基因發現的源泉。阿德勒想去我的實驗室討論知識產權問題。我告訴他我不歡迎這個主意。

關於專利和專利申請我並不瞭解很多,我對此多少有點反感。當我還在布法羅時,紐約州想將我和克萊爾提取的抗受體抗體提出專利申請。就我而言,主要的影響是當一個專利申請準備好並被提出來時它對我科學出版的阻礙。這完全是貝赫多—爾法案的一個結果,這個法案是1980年通過的,以它的提議人參議員伯奇·貝赫和羅伯特·多爾命名。法案鼓勵利用在聯邦資助下創造的發明,但是不可避免地使發現和商業的界限模糊了。結果,科學家、律師和經濟學家不斷爭論大學的研究管理和聯邦資助體系是否已經從對基本知識的追求以及知識的自由傳遞轉移到追求能夠被應用到工業的實際結果。我當時沒有意識到我的發現將會使這一辯論火上澆油。

以技術轉移的名義,國家衛生研究院已經就果蠅的真蛸胺受體和製造受體蛋白質的細胞排列申請專利。但是當提到我們發現和開發的EST和EST方法時,馬克·亞當斯和我刻意做了一個忽視政府規則的決定,因為我們不想在關於我們的發現的專利申請上讓我們的出版受阻。因此我告訴裡德·阿德勒我們的文章已經被《科學》接受,將要在一個月內發表,而且,那怕是推遲一天發表我也絕不願意。

阿德勒拜訪了我的實驗室,在我反對任何專利申請這件事上逼我。原因很簡單,我告訴他,我們想讓每個人能夠利用我們的新方法和我們新發現的基因,並以不受阻的方式推動我們的研究。但是當然,這並不簡單。就像許多科學家一樣,我把秘密和專利等同起來,主要因為專利代理人的最初的所作所為確實延誤了科學發現的公共推廣。但是我現在懂得了一項專利就是政府與發明家之間成交的協議,它實際上是設計出來做相反的事:使信息可被更普遍利用,同時也給予發明家商業發展權。

對於那些尋求保護髮明或發現的人來說,專利的一個附產品是商業秘密。自從1886年5月8號在佐治亞州一種用來製造飲料的糖漿被亞特蘭大的藥劑師約翰·斯第·彭伯頓(John Stith Pemberton)首次開發以來,可口可樂的配方是嚴格保密在公司內部的。在專利制度下,發明家將在一段特定的時間裡,從商業角度開發他的產品;過後,這項發明可以被任何人利用於商業目的。可口可樂的配方申請了專利後,我們現在都知道在一杯可樂裡裝的是什麼,而且專利期滿後,競爭者們都可製造相同的冒泡的飲料。

專利在藥物商業化中發揮了至關重要的作用。在美國管制嚴厲的氛圍下,公司必須提供大量數據證明一種新藥物是安全有效的。經過耗資數億美元的臨床試驗後,食品和藥物管理部門才准予某種藥物進入美國市場。經過了這些昂貴的測試的藥物中只有不到10%被核准。而對於基因生產商來說,通過相仿的工程克隆藥物是相對容易的。有爭論說,如果不能保護知識產權的話,沒有一個製藥公司會冒險花數億或數10億美元製造一種新藥物。

當咖啡因行兇時

我喝了無數聽健怡可樂,但是幸運的是,我攜帶著良好的基因版本P4501A2(CYP1A2),它能幫助我處理我的嗜好。我的這段DNA值得一提,因為它再次強調了一些基因只是在與一定的生活方式結合時才變得有害——比如喝大量的咖啡、茶或者可樂時。在15號染色體上發現的基因負責肝臟中的一種酶,肝臟幫助咖啡因(「細胞色素」解毒酶的大家庭之一)的新陳代謝;這個染色體上的變異使代謝過程減速,結果增加了一個人心臟病發作的危險。一項對4000人的研究顯示,每天喝4杯或更多咖啡的患者比每天喝不到1杯的患者得病的危險高64%,而對於有兩個快速新陳代謝的基因複製品的被試者來說,相應的危險卻不到1%,我就屬於這一類。這個結果可以解釋為什麼咖啡消費和心臟病發作之間不存在決定性的聯繫。

直到阿德勒就專利問題與我交涉時,知識產權已經在20世紀80年代作為遺傳學的一個主要爭議出現了,那時胰島素基因首次被分離,申請專利,並由基因技術公司生產,就是這個公司同樣關心我的工作。重組(由基因發生改變的有機體生成)人類胰島素標誌著標準治療的一個可喜的進步:人們從豬身上提取胰島素,但是最終發生了抵抗激素的免疫反應。為了獲得有效的治療效果,他們要求更多劑量的胰島素,但是當抗體胰島素蛋白質聯合體作用到腎臟時,患者經常早就死於腎臟衰竭。

另外一個生物技術巨人安近分離並申請了一項基因專利,這個基因是編碼蛋白質激素紅細胞生成素的,它增加紅細胞的生成。紅細胞生成素是首例耗資數十億美元的生物技術藥物,和胰島素一道,它傳送了誘人的信息,即基因專利的成本費用約為10億美元。科學家、大學、各個州和聯邦政府開始為每一項新發現的人類基因申請專利。曾經認為專利阻礙科學發展的許多科學家和聯邦官員開始被一連串的事實動搖了,這些事實顯示國家衛生研究院和哈佛在公共研究領域裡的發現很少為公眾產生過利益,因為它們從來沒有被發展過。

阿德勒解釋說,對於EST,法律是不清晰的。很可能我們的部分序列將會使整段的基因不能得到專利,因為怎樣使用EST獲得完整的基因和蛋白質序列是很明顯的。這將使製藥公司感到氣餒,不再對基因感興趣——因為他們不可能獨享數據,他們研發的任何藥物都能被容易地複製——這阻止了以基因為基礎的新療法的發展。換句話說,我們的論文的發表帶來的壞處比好處多。但是如果國家衛生研究院首先申請了專利,那麼學院就能免費地應用它們,而且商業投機也可以被收取適當的費用而合理使用它們。他讓我們清楚輪不到我來做這樣的決定,他能獨自決定申請專利的進程。

馬克和我同意與他合作,但是有兩個先決條件:《科學》上的那篇論文將按時發表,阿德勒將努力使他的決定公共化,並使它引起沃森的追隨者們的注意,確保這是正確的方法。我記得沃森在希爾頓海德的研討會上有關基因專利的爭論。但是我也記得,作為生物技術和製藥工業方面一個潛在的巨大的推動力,他是怎樣把基因組計劃賣給國會的。

我經常被忠告對於我所要求的要仔細審慎,因為我可能剛剛與它劈面相遇而渾然不覺。遞交專利申請前,阿德勒確實努力與國家衛生研究院人類基因組中心、沃森以及他的代理談過話,但是關於這個重要的問題,沃森保持沉默。在那個時候,這似乎很奇怪,但是現在看來一點都不奇怪。幾年後,當我們請求沃森支持一項為人類基因組迅速測序的計劃,他告訴我們,他很想假裝不知道我們計劃,以便在向公眾宣佈這項計劃時當場表示驚奇。現在他有相同的機會豎起眉毛表示震驚了,當阿德勒就我們小組發現的347個基因提出專利申請時,這些基因的發現先於我們的論文發表,論文發表於1991年6月21日的《科學》上[4]。

在《科學》的一篇社論裡,小丹尼爾·柯什蘭德(Daniel E.Koshland Jr.)說我們已經發現了「一個當前最實用的捷徑,對理解人類基因組有很大好處,通過提供互補DNA的顯性序列標籤,大量新基因被揭示(尤其在大腦中)。同時,也在染色體上以燈塔的作用為疲倦的測序儀指路,力克了模糊的限製圖譜的諸多不足。」但是期刊刊登了一篇預示著一場即將來臨的暴風雨的新聞預報,即萊斯利·羅伯茨(Leslie Roberts)題名為《有關基因組測序捷徑的賭博》的新聞報道。實際上,我不倡議把cDNA當作基因組測序的替代品,而是當作一個「便利的助手」,並且認真地指出,我用自己的方法不能發現100%的人類基因。沃森當然感到這是一個主要的缺點,但是我已經回答說:「如果我們只要得到80%~90%的人類基因,我就不會覺得我們已經失敗了。」甚至是今天,在羅伯茨的文章中,英國分子生物學家約翰·薩爾斯頓(John Sulston)的嘲笑仍然令我汗顏,他曾經諷刺說:「我敢打賭,那肯定不是80%~90%,我認為更像是8%或9%。」[5]