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第11章 測序人類

如果你正向一座沒有被征服的山峰攀登時,你看見另一隊登山者們在一條平行小路徑向上攀緣,你會說什麼?在做科學研究時,你可以建議一起工作——合作看起來比競爭更具有創造力——但是在DNA這件事上,看起來絕無可能。

——莫裡斯·威爾金斯(Maurice Wilkins),

《雙螺旋的第三人》[1]

在我的研究所開始自己運營以後,我的前途不可估量。現在我離開了黑塞爾廷和HGS,各種公司排著隊參與到與TIGR意味深長的討論中。為了發展腦膜炎疫苗,喀戎博公司想讓我的小組著手處理兒童腦膜炎主要起因腦膜炎雙球菌的基因組。關於收費,我同意TIGR將共同承擔風險和收益,如果疫苗起作用的話TIGR也分享技術使用費(令人滿意的是,不是一個而是兩個疫苗將繼續進入試驗)。康寧公司、貝克頓狄金森公司、安瑪西亞公司和應用生物系統公司也加入進來。

航海比賽後我回到TIGR,發現應用生物系統公司的斯蒂夫·隆巴迪(Steve Lombardiof)已經打了好幾次電話了。當我最終給他回電話時,史蒂夫還是一貫的非常自我中心,而且更加嚴重。基因組秋季會議即將在希爾頓海德召開,屆時他和邁克·亨克皮勒想帶上托尼·懷特(Tony White)一起來見我。懷特是伯金艾爾莫的新任領導,伯金艾爾莫現在是應用生物系統的母公司。我說,好啊,但是我並不熱情:自從ABI被伯金艾爾莫購買以後,我就沒有聽到過什麼關於懷特的好話。史蒂夫本人已經說過他和邁克就要辭職了。那時我發現自己越來越多地被安瑪西亞的羅恩·朗所吸引,他想提供3000萬美元開始一項開發新抗生素的聯合項目。

直到9月,在凱悅舉行的關於人類基因組測序的會議開始前,我都沒有再考慮過史蒂夫的電話。凱悅豪華的舞廳被大圓桌點綴著,我們討論了人類基因組的狀況後(坦白地說,它是令人同情的,人類基因組的完成最早也還得十幾年)。大會將提供晚餐。史蒂夫跑過來興奮地告訴我懷特在海港中他的船上,一會兒他將要加入討論。我第一個想法是這真是件煩人的事。

應用生物系統團隊坐在一張單獨的桌子旁,當我走近他們時,只有一個人我不認識:一個又矮又圓的人,穿著馬球襯衣,很懶散,沒有穿襪子,手上拿著一個高腳杯,坐在那兒像一隻典型的肥貓。我猜他就是托尼·懷特,因為我看到除了邁克外每個人都對他們當中的這個大人物畢恭畢敬,這個大人物是古巴裔美國人,他說話懶洋洋地帶著南方口音。我突然想轉身離開,但是那時已被人看見了。那個拍馬屁的人跳起來第一個把我介紹給托尼。我禮貌性地打了聲招呼,然後開始著手會議上的重要工作,確保TIGR在人類基因組計劃中將能扮演一個重要的角色。

我的腰圍和糖尿病

在西方,作為日益肥胖的結果,成人糖尿病現在正處於流行階段。儘管人們擴大的腰圍和逐漸縮小的活動是主要因素,另一個原因則是遺傳學。關於我自己要冒的風險,我的基因組有什麼可說的嗎?分析顯示我確實要擔心一些事情。兩個基因——ENPP1和CAPN10——與糖尿病的易發性有關聯,而結果顯示我有前者的變體,叫作K121Q,它與2型糖尿病和心臟病的早期發作有關聯。在CAPN10中,我缺少一個變體,該變體由單字母拼寫錯誤識別——SNP——它與墨西哥裔美國人和芬蘭人易得的2型糖尿病有關聯。但是我們對於基因影響的理解還遠不夠清楚,仍待探查的是由這兩個基因產生的顯然的矛盾是怎樣影響我的2型糖尿病的。基因不是全部原因,因為活動和肥胖在成人糖尿病的發展中發揮了巨大作用。到目前為止,我還沒有患任何一種可能有嚴重併發症的疾病,如失明、陽痿和截肢。

而當時,國家衛生研究院已經宣稱它要資助測試中心的人類基因組測序計劃,我確定TIGR要申請資助。由於基因組界有些人打心裡反感我,所以我任命馬克·亞當斯為基金的主要申報人。當TIGR和馬克走了好運,即成為測試中心的一員時,我很高興,但是就像我現在所預期的一樣,基金只是象徵,不論有多熱情的科學評論,也不管我們是否已經測試完成了一個活生物種的第一基因組。弗朗西斯·科林斯只是想資助他的那些可疑的常客——華盛頓大學、麻省理工和貝勒醫學院——其餘的只是政治、欺騙和裝飾門面。

1997年12月,在貝塞斯達召開了由重要科學家們參與的關於這項計劃的會議,科林斯在會上面臨的挑戰已經是顯而易見了。華盛頓大學的梅納德·奧爾森是一名基因組純化論者,他估計正確地完成這項工作,每對鹼基可能要花20美元,關於解讀基因序列真正的費用的要求和反訴產生了許多諷刺言語。然後是恐懼的聲浪,估計宣稱測序能便宜地完成可能會導致國會削減資金。儘管我沒有出席這次會議,但是我前一年在百慕大召開的第一次「國際策略會議」——我喜歡稱之為「撒謊者俱樂部」——上我已經看見過了這些欺騙和謊言。他們之間如此激烈地爭吵,以致其中一個與會者說它是「人類基因組計劃的最低潮」。[2]

我曾追蹤過馬克的計劃的發展,很明顯,國家衛生研究院基因組研究院常規的途徑緩慢、痛苦而且昂貴。它先為每個BAC克隆體創建文庫,然後從中測序幾千個克隆體時每個製圖實驗室都遇到相同的問題和驚人之事。為了閉合每一個序列的小缺口,大多數缺口由無意義的重複序列組成,這樣需要重複建立1/3的基因組,所以費用增加了10倍。試點研究結束後,這項計劃需要給幾個中心更多的錢來進行人類基因組測序。馬克和我很清楚我們的目的是大幅度地擴大規模,我們想競爭成為主要中心之一。但是每次與國家衛生研究院的基因組協會的官員,尤其是與簡·彼得森和弗朗西斯·科林斯討論我們的方式時,他們都對它反應冷淡。

我與托尼·懷特簡單會面後的一個月左右,史蒂夫·隆巴迪又打來了電話。當他告訴我伯金艾爾莫正在打算提供3億美元測序人類基因組時,他的語氣不懷好意。我是怎麼想的呢?假如我知道當前的技術狀況,我只是用「你們這些傢伙是瘋了」的話打發了他。如果他們認真對待這個問題,我想,那為什麼讓賣機器和試劑的人和我聯繫?的確,那是邁克·亨克皮勒的工作,而不是銷售主管的工作。

年底我又回到了在希爾頓海德的相同的賓館,我和克林頓總統以及其他2000人一起參加新年復興週末活動。在我們能進入新年除夕晚餐之前,克萊爾和我被拽出了安全線,並且有人問是否有人給我們打電話通知關於座位的安排。令我們驚奇和高興的是,我們發現自己坐在克林頓一家旁邊。我喜歡他們在旁邊,發現他們對我們的工作很感興趣。第一夫人就像一塊海綿,渴望吸收我所說的關於基因組的故事。

那個週末,多數會議都是簡短的談話然後是討論。一次這樣的會議後,3億美元的伯金艾爾莫計劃再次浮出水面,這次是通過馬克·羅傑斯,它是此項計劃新任的業務發展行政副主管。他告訴我托尼·懷特正尋求一條把伯金艾爾莫改變成一個更具動力、更有遠見的公司的途徑。他們想用他們正在創製的一種新儀器來測序人類基因組,它可能使用我的方法嗎?我提出更多的問題來回答他,因為他們的計劃似乎模稜兩可。但那時,他告訴我他們正在建立一個高級別的科學顧問委員會,並且同意付給我5萬美元作為顧問報酬——這是一個不同尋常提議,因為ABI一向以節儉著稱。如果他們是認真的,我告訴他應該送給我一封略述商議條款的信。

回到馬裡蘭,我再次打起精神將一份申請送給國家衛生研究院,並且打電話給隆巴迪,讓他看看需要多久我才能測試ABI的一個新機器,以便我能把它們包括在我的基金申請中。史蒂夫再次給了我3億美元的方案。我感興趣嗎?我請他告訴我有關新技術的事,然後我將讓他知道我的答覆。幾天後,邁克·亨克皮勒通知我看他的新機器,但仍只是一個電路試驗板原型。順便提一下,他補充說,他們對於談到我用霰彈槍法測序人類基因組很認真,但是我不能和任何人討論他們的提議,除了幾個我最近的合作人,比如馬克·亞當斯或者哈密爾頓·史密斯。

我決定立刻與馬克飛去看他們有什麼以及在做什麼。那時,馬克和我無法對付國家衛生研究院。馬克想給他們想要的:基於BAC方法的序列圖譜。因為我想給國家衛生研究院一些更好的東西,這個ABI新機器可能是給我們設的一個陷阱。我覺得我不必告訴馬克關於3億美元的計劃,因為我不相信它是真的。但是我確實做了幾個草草的簡單的計算,算出了新設備將要為單獨的中心傳送什麼,才能處理整個基因組信息。

馬克和我於1998年2月到達福斯特城,那些日子我感到一陣思鄉之情。回想起我乘坐我的6.5米長的普通船從紅杉市沿海灣航行和在小狼尖附近測試我的水上飛艇。應用生物系統集團的一系列一兩層的倉庫型建築物,剛好坐落在聖馬特奧海灣大橋之前,在一段與舊金山海灣相連的沙路盡頭。我們被引進一個會議室,裡面擺放著便宜的桌子和塑料椅子,房間用灰色和紫色的ABI顏色裝飾。白色書寫板表明這個房間是用來自由討論的,而不是用來銷售演示的。邁克·亨克皮勒的高大形象出現在一隊工程師和站在我們前面的軟件師們之中,他開始略述這一挑戰。

當時,ABI用它的稜鏡377型測序儀幾乎控制了DNA測序儀的市場。而所謂的「自動化」DNA測序儀遠不是像機器人和自動化有那些耀眼的光芒。每台測序儀必須用3個人照管,從而任何一次重要的規模擴大將需要數千位技術員來操作機器。人們照管它們的時間必須分割成從每天12小時到12分鐘。涉及的化學試劑也是昂貴的,將必須按比例縮減10~100倍才合算。如果數以千萬計的DNA短序列被組合回基因組中,那麼數據也必須是高質量的。簡而言之,如果可能的話,我們必須克服的障礙看起來是巨大的。

一旦我們開始了參觀,它們看起來更具實感。我們看見的不是一台原型機器,而是一些原型零件,每個零件都在一個獨立的工作區域接受測試。首先是毛細管陣列,一套毛髮一般的光纖,大約45厘米長,按照大小尺寸,把DNA分子分離開。這些光纖要取代測序凝膠,後者不僅既耗時又昂貴(必須有人先混合化學品,然後把液體凝膠體澆到被墊片隔開的大玻璃盤子之間),這是一個薄弱環節,因為凝膠體從來都不是均勻的,這就破壞了數據的質量。有人給我們展示了成功工作的毛細管陣列的樣品結構分佈。它是一個令人鼓舞的開端,因為它一下解決了許多問題。在隔壁房間,一個小組正在開發一個自動裝貨設備,以便讓試驗室技術員不需要手動把DNA樣品裝到每個凝膠體裡。我們漫步到一個實驗室,在那裡新的試劑正被開發和檢測。在另一棟大樓裡,一個小組正在編寫新的軟件,可以管理機器,又可以加工處理數據。這些給我們留下了深刻印象。

把這一切拼在一起,你可能剛好得到一個真正的自動化DNA測序儀。把鱗次櫛比的測序儀應用到人類基因組工作中,那麼你就不需要數千名工人也能提高工作質量。當我們邊走邊看,邊聽邊問問題時,我把這些都記在心裡並且進行了一些計算。我認為在思維空間裝配部件和分析複雜系統方面,我比大多數人做得更好些,我開始確信如果他們能兌現所有他們正在展示的——最好還有他們所暗示的——那麼這就是我為了在人類基因組上放手一搏所期待的技術突破。

回到會議室,邁克問我有什麼想法。我走到白板前,開始仔細審核可行性。我知道我想要的答案:一個能在兩三年內,只花費聯邦計劃的10%的費用,就能測序整個人類基因組的團隊。但是這個數字將支持我的直覺嗎?當我結束時,我想它是可行的,但只是剛剛行。馬克·亞當斯總是採取保守觀點,他仍然認為這不可能。我總是認真聽取馬克的意見,因為我將依賴他的幫助在TIGR做事。當他懷疑我的關於機器是否真的會產生我所聲稱的大量序列時,我更仔細地檢查了我的計算,並且發現了一個10倍的錯誤。一旦流程固定下來,這個錯誤的糾正將使我們的DNA測序降低10倍成本。馬克立即說它是不容易的,但是它是可能的。正如亞里斯多德所說,一個不可能性相對於一個不足以使人相信的可能性而言,總是更容易取信於人一些。

我希望我可以說我的誤算是故意的,這樣我就能聲稱它是一個共同心理學和會議室操縱高招。但是,即使它只是一個簡單的計算錯誤,它也使會議室裡的科學家們為接納一個革命性的想法做好了準備,這個想法就是一個小組在幾年時間內就能處理整個人類基因組。如果我一開始就把真正的數字擺出來,大家就會有一個下意識的反應「沒門!」事實是,它現在比最初的那個小10倍,這樣就使得目標看起來似乎是可以達到的了。由於機器、軟件、化學和酶的逐步改善,這個當時的瘋狂的主意現在就是合乎情理的了(可能的了)。邁克提醒我,如果我認為它可行,他們就準備以共計3億美元的資金來資助這項計劃。

馬克和我飛回馬裡蘭,仔細考慮我們的選擇。但真相是,我心裡早已經決定了:我想大膽試一下。那是一個保守的說法。這項新技術正好提供給我想要的釋放基因組的那種方式——又快又有闖勁的戰鬥。再也沒有比這更好的方式加速人類醫學和科學了,但是也有許多問題需要考慮。儘管提及要開辦一家新公司,但我想在TIGR裡實施這個計劃。並不是每個人都確信它是可行的。為了取得支持,我與海姆商討了一下,他沒有給我任何讓我放心的話。短暫的激動過後,我的科學直覺告訴我他認為這項計劃不可行,然後他加了一句,「但是如果你要去嘗試,那麼我要和你一起。」我把這個想法告訴克萊爾,她很明確地告訴她認為我已經失去理智了。

接下來的幾個星期裡,我們與邁克以及ABI的其他人進行了更多的討論,這個主意再次顯得有點瘋狂。用他們的錢和新機器測序人類基因組的想法,再次顯得不成熟。我與黑塞爾廷和HGS的關係破裂後,我決定確定所有的細節,但是有一些事情還是那樣難以琢磨讓人感到洩氣。有一個細節我記得很清楚。甚至在我離開福斯特城之前,我就已經告訴邁克,對於我的參與,有一個先決的不可談判的條款:如果我要測序人類基因組,那麼我就必須能夠開放數據,能夠發表一篇基於分析的主要論文。邁克說他不認為這是一個問題。

我被要求為伯金艾爾莫管理層做一次關於這項計劃的陳述,他們正在亞利桑那州舉辦一場關於公司的未來的討論。在我們第一次見面時,我對托尼·懷特沒有什麼印象,這次也沒有改變我的感覺。我完成了關於基因組學的總結,和怎樣讓一個團隊使用新的ABI測序器就可以處理人類基因組的陳述。托尼·懷特就氣勢洶洶地開始指揮提問環節了,「我將怎樣通過測序基因組掙錢?」他未加思索地脫口而出。我沒有過多考慮,告訴他,我的任務是完成測序發表數據。反應必然就像我和HGS的從前的不愉快的日子裡HGS所做的那樣:「如果你要用我的錢測序人類基因組,然後免費把它公開,那樣你最好有一個要怎樣掙錢的計劃。」我認為這不會變得更糟了——直到托尼·懷特宣稱他把TIGR看作是他的新企業取得商業成功的一個威脅。我一定看起來非常震驚,由於邁克·亨克皮勒的介入,懷特最終放棄了原主張。

儘管計劃的基本想法並不瘋狂,但是我離開了亞利桑那州,因為我懷疑我的心智是否健全竟然打算要和懷特等人摻和在一起。一個失望的人野蠻地揮動著球棒,希望擊出一個本壘打,這樣的人好像不是理想的合作者。即使我擊出了本壘打,我完全有意這樣做,他們能意識到嗎?我內心的聲音在尖叫,「快跑,離他們越遠越好。」但是基因組的引誘如此強烈,以至於我不能不理睬這個機會。

幾天後電話來了:會議一切順利;伯金艾爾莫準備前進;托尼·懷特準備建立一個新公司。他們會資助我在TIGR實現我的計劃嗎?在那一點上,懷特非常堅定:「不。我正在做生意掙錢,而不是把它奉送給大家。」如果我想測序基因組,並且允許數據的免費訪問,我最好提出一個商業模式把我的科學慷慨轉變成財政常識——在他們一年一度的佛羅里達召開的董事會之前。為了幫助我做這件事,伯金艾爾莫指派彼得·巴瑞特(Peter Barrett)來TIGR拜訪我,讓他來研究解決我加入新公司的條款,以及最重要的業務計劃,從而確保3億美元投資的回報。彼得·巴瑞特是高級副總裁,曾經在公司做過20多年。

我開始與關係密切的朋友們和同事談論是否我們能提出一個開放數據的策略,該策略可以讓伯金艾爾莫和科學界都高興。我的設想是,我的數據將基本上是這幾年來唯一真正來自人類基因組的數據:政府引導的競爭正在艱難緩慢地前進。

1995年12月,埃裡克·蘭德曾預言說人類基因組測序將在2002~2003年間被完成,「或遲或早兩年。」到1998年春天,只有3%的人類基因組測序完成[3],1996年為了支持又快又省的測序方法而成立的NHGRI的六個示範中心,沒有一個達到了他們承諾的測試速度,包括TIGR也沒有。因為這個方法具有不可擴展性。我們那時還處在15年來人類基因組計劃的中途,各小組只是剛剛開始大規模的測序。一些計劃的顧問們已經私下表示憂慮,科林斯並不是十分認真對待基因組,因為被指定用於今後10年中測序的資金不到他的基因組研究所的資金的一半。當時《科學》雜誌上的一篇長文章以斯坦福基因組中心的副主任理查德·梅爾斯的一段引文結束,「我們許多人都在經歷著這個磨難。」

在那種背景下,對於我來說,似乎我做的任何事都能幫助推動基因科學發展。我從理查德·D·克勞斯勒(Richard D.Klausner)和阿里斯提德斯·帕特諾斯那裡得到了令人鼓舞的反饋,前者是國家癌症研究所主任,它是國家衛生研究院最大的研究所,後者是一名能源部高級官員,也是TIGR長期的支援者和資助者。兩人都贊同我提出的每隔3個月將基因銀行數據更新的主意。為了說服伯金艾爾莫的領導層和確認我的論據,當我被引薦給伯金艾爾莫公司的董事局領導們時,我尋求了戴維·考克斯(David Cox)的幫助,他是斯坦福大學基因組中心的領導,這個中心也是由科林斯資助的。

較之托尼·懷特,董事局是令人愉快的一群人。許多人私下告訴我如果他們花錢所完成的是比公眾提前得到的人類基因組序列,那麼他們就相信每股有幾美分的風險是值得的。董事局贊成開辦基因組公司,我將擔任領導。我害怕接下來的冷靜的財政盤問,我就走出來了,我感到這項計劃比我長期以來所有的都好。這段溫暖模糊的激情不會持續太久,因為當我私下與托尼·懷特見面時,他實際上說,他沒有買進或者理解這個科學廢物:他需要一個勝者,而且「很明顯你就是一個贏家」。至少我們還有一個共同點:我們都不喜歡輸。

幾天的協商後,我們確定了一份條款清單:我將領導一個由伯金艾爾莫出資的新的獨立公司,它生產的人類基因組序列將被發表,一旦測序完成,這些數據將不受專利權限制。新公司給我10%的股份。我將保留TIGR科學辦公室主任的職位,很明顯,如果我要暫時離開TIGR,我想用我一半的股份來使它的基金增值,以便有一天我能回去做我餘生想做的研究。懷特不想讓我私自擁有少量股份(它被當作一套有用的「黃金手銬」),但是由我本人決定我是否想放棄它(我放棄了)。

現在剩下的事就是把這個條款清單轉變成一份最終的僱傭協議。我僱用了一個被強烈推薦的紐約律師代表我起草最後的協議,我們有懷特和伯金艾爾莫公司其他高級僱員的僱傭協議的複印本給我作參考。我將成為新公司的總裁,也是伯金艾爾莫的高級副總裁,後一個職位與邁克·亨克皮勒地位相當。最終我將收到5%的公司股份,TIGR有另外的5%。儘管我現在是伯金艾爾莫的三人最高層之一,但是協議以他們的標準來看也還是審慎的;我吃驚地發現有一架價值2500萬美元的飛機供托尼·懷特私人使用,而通常這架飛機也就是為他和他妻子往返於康涅狄格和南卡羅萊納州服務的,他們在南卡羅萊納州有一套度假別墅。