人類基因組與一位懷疑論生物學家的誕生

關於科學野心和進步的思考,在人類基因組首個草圖完成20年後

研究生和醫學院的面試不是民主的空間。無論面試官在那30分鐘裡說什麼,都是法律。

當然,有一些關於某些問題合法性的政策,但這些政策在面試中通常不起作用。我們這些坐在椅子上的人只希望問題不要太難,面試官不要專注於(或憑空捏造)我們申請中的缺陷,不要用30分鐘的面試時間來責罵我們,從而永遠摧毀我們的自尊。

然而,2001年秋季的一個面試日是特殊的。我們將稱之為面試官Z的人,有一個與大多數人不同的議程。


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他們坐在木桌對面,注意力集中在我左側略微偏離的電腦上。他們傾斜顯示器,以便我們都能看到,並帶我瀏覽了他們所做的一些工作。

面試官Z是一位從內科醫生轉變為基礎科學家的醫生,他以病毒學家而聞名。在過去的幾年裡,他們轉向研究腺相關病毒載體 (AAV),這些載體被用作基因治療的遞送工具。

他們告訴我,我是一位很有前途的研究人員,並好奇我為什麼要費心從事臨床醫學(他們說對了)。鑑於此,他們更願意用我們的面試時間來教我如何建立成功的科學事業。

他們關於建立事業的建議是什麼?確定一些東西——一個基因、一個蛋白質、一條通路,也許是一個生物體——並深入研究它沒有人研究過的特徵。深入研究它,以至於可以在一本相當受人尊敬的期刊上發表結果。廣泛地介紹這個主題。與不同的受眾交談,證明你所研究的東西揭示了一切。

他們給我的建議是關於他們如何能夠保持敏捷、相關和資金充足。我坐下來仔細聆聽。

憑藉你的微生物學背景,你需要找到一種方法來利用人類基因組熱潮賺錢。我們病毒學家將因此獲得諾貝爾獎,你知道的。

他們俯身過來,幾乎是低聲說道

這就是我們獲勝的方式。

懷疑論者的天性和後天培養

在這次面試之前,我從未以如此有組織的方式思考過科學野心。在那之前,我的科學導師——一位名叫Vernon Morris的年輕物理化學家,和細菌遺傳學家Susan Gottesman——似乎不是那樣工作的。也就是說,雖然每個人都有自己的策略(像所有成功的科學家一樣),但他們並沒有像軍事行動那樣描述他們的科學野心:沒有要佔領的領域,沒有要擊敗的人,沒有要“贏”的東西。

從我的角度來看(當時很幼稚),他們似乎熱愛這些想法,熱愛與人合作,並且只想為世界做好事(他們的行為反映了這一點)。

我與面試官Z的經歷發生在人類基因組首個草圖完成公告發布不到一年後。這個公告震驚了世界,但對我來說尤其令人興奮,因為它有點像當地的新聞。當時我在位於馬里蘭州貝塞斯達國家衛生研究院 (NIH) 園區的國家癌症研究所 (NCI) 工作(人類基因組計劃就在那裡,我通勤上班,同時在附近的華盛頓特區的霍華德大學攻讀學位)。

隨後的幾個月,即2001年2月公告發布後的幾個月,將被定義為你能看到的最多的科學福音傳道。這些說法是什麼?人類基因組草圖的完成是我們的登月壯舉,是我們這一代人超越可能性的時刻,永遠以不同的眼光看待宇宙。  

雖然這種過度樂觀主義肯定瀰漫在NIH園區的空氣中,但它並沒有跟隨我進入我工作的實驗室。 

我的導師Susan Gottesman幾乎沒有談到這個公告。不是因為她否認它的重要性,而是因為她有其他事情要做和思考。

她的研究專案幾乎就像是反公告:她研究大腸桿菌的基因調控,這是最樸素的模式系統。生物學運作的方式與人類生物學的壯觀景象相去甚遠,就像大腸桿菌和噬菌體遺傳學的變幻莫測。但這些是她的工具,她用這些工具在遺傳學方法方面建立了國際聲譽,以瞭解蛋白質如何在細胞內部進行管理,微生物如何應對壓力環境。

Gottesman不會發表關於理解基因組可以在對抗宇宙中的超級細菌方面發揮什麼作用的宏大宣告,而是會直接談論研究單個細菌物種(大腸桿菌)中的單組基因如何告訴我們微生物代謝和生理學的怪癖,它們如何像模組和開關的電路板一樣運作。

她的思想是如此細緻和純粹,以至於她幾乎沒有在她的工作中提及疾病,儘管她的發現絕對適用於病原生物(例如,她在大腸桿菌中幫助發現的小型調控 RNA 現在已被發現可以調控霍亂弧菌等病原體中的毒力基因)。

但我透過耳濡目染學到的更偉大的福音是(我們很少談論與工作沒有直接關係的事情),細節至少與高深的理論概念一樣重要。 

在那個時候,這是一種重要的精神氛圍。我是一名大學活動家,沉浸在社會正義領域的大思想中並背誦這些思想(即使在今天,我仍然支援這些思想)。我最喜歡的作家是詹姆斯·鮑德溫和斯蒂芬·傑伊·古爾德,他們都是大膽而優美的宣言的作者(即使是以短篇散文的形式)。 

正是所有這些力量,天性和後天培養的非線性混合——我的政治觀點、我的背景(一個年輕的、經濟上處於弱勢地位的非裔美國人,在單親家庭中長大),以及我的科學倫理形成的環境——使我自然而然地對重大公告、重大宣告和科學浮誇持懷疑態度。

是的,這包括人類基因組草圖是我們的登月壯舉的說法。   

來自吉辛格的教訓

在面試官Z關於如何“獲勝”的建議之後,我嘗試以問題的形式做出真正的回應。

鑑於最近發生的事件,他們是否計劃放棄研究腺相關病毒載體用於基因治療?我帶著胸腔中叛逆的嗡嗡聲問出這個問題,但這是一個完全合理的問題。

1999年9月,大約在面試前的兩年,一位名叫傑西·吉辛格的年輕人,在參加賓夕法尼亞大學進行的基因治療臨床試驗時去世。吉辛格的死對我產生了很大的影響:我們年齡相仿,他的死發生在千鈞一髮上映不到兩年後,這是一部關於基因歧視定義的危險未來的電影。

自從吉辛格去世後,我注意到病毒學專案——比如面試官Z負責的專案——出現了一種微妙的跡象,即它們正在從基因治療重點載體轉向病毒生物學的其他領域。

在千禧年之交盛行的基因治療品牌是這樣一種:將基因的修正形式使用病毒載體遞送到感興趣的部位。數千種病毒已經進化出將其DNA整合到宿主DNA中的機制。邏輯是,病毒的這一方面——它們可以將基因遞送到宿主基因組的某些部分——可以被操縱為我們自己所用——我們可以修復與疾病相關的基因變異。在一些早期有希望的結果之後,臨床試驗被建立起來,以在患者身上測試這一點。

吉辛格在一次臨床試驗中去世,該試驗旨在治癒鳥氨酸轉氨甲醯酶缺乏症,這是一種他患有的遺傳病。在注射腺病毒載體後,吉辛格的身體對病毒產生了強烈的免疫反應,這導致了一系列事件,最終導致了他的死亡。

吉辛格的死,加上我的性格、經歷和正在形成的倫理觀,是我對人類基因組首個草圖完成公告的反應與許多其他人不同的原因。我已經看到科學中的宏大思想興衰沉浮。

二十年後,我可以說我的一些懷疑論是站不住腳的,並且被誤導了。我可以自豪地承認,幾乎生物學的每一個領域都已被那項公告中產生的技術不可逆轉地改變,如果不是徹底革新。 

我們現在比以往任何時候都更瞭解物種的起源,達爾文曾對此進行過推測。

我們幾乎可以即時地看到細菌和病毒基因組在序列空間中蔓延的圖景,有時會落在有助於適應的“頭獎”解決方案上(但更多時候是無處可去,而且經常是走向基因厄運的懸崖)。

由該公告驅動的基因組技術使我們能夠評估我們患上許多重要疾病和病痛的風險。

我們甚至可以在一定程度上量化點綴我們星球的神奇生物多樣性。

人類基因組草圖的完成透過使基因組測序更經濟實惠,幫助普及了這項技術

你不再需要研究資金充足的人類遺傳疾病,才能負擔得起測序和分析DNA的工具。研究虹鱒魚的人使用基因組學。研究古菌的人也使用基因組學。

但是,雖然我的一些年輕時的看法可能有些幼稚,但另一些看法是成熟和負責任的(甚至是明智的)。

在過去二十年的基因組科學中,核心資訊之一是基因型和表型之間的關係不像拼圖遊戲那樣運作。基因和突變以令人驚訝的方式相互對話,並與它們所處的環境對話,這種方式挑戰了任何現有的類比。  

我們已經瞭解到,解決物種和生物體之間的系統發育關係可能是一場噩夢,因為生物學並不按照使之易於理解的類別運作。(為了說明這一點,我們甚至無法就最基本的問題達成一致,例如生命領域是兩個還是三個

我們已經瞭解到,“疾病A的基因”通常根本不會引起疾病。而且矛盾的是,許多患有疾病A的人沒有任何可識別的遺傳易感性。

那麼智人呢?我們是一個比我們以往預測的還要混亂的故事:不僅像種族這樣的社會觀念無助於理解關於該物種的任何本質,而且它們顯然阻礙了我們充分掌握我們真實起源的日益複雜的圖景。來自幾種非人物種的基因以不可忽略的數量散佈在我們的基因組中,講述了一個關於漫遊癖廣泛交配的故事。  

事實證明,在過去的二十年裡,我所受到的關於生物學規則的教育,與我所受到的關於現實生活規則的教育非常相似。

關於後者,有些真理是我可以並且將會堅持的:善良的人很棒。貪婪是不好的,種族主義也是如此。

但生活並非如此簡單。

因為我也瞭解到,有些人變壞是有原因的,貪婪可能是偶然發生的,也許我們都被教導在某種程度上是偏執的。我學到了同情、認識到我們的特權以及應對我們自身偏見的挑戰和樂趣。

同樣,DNA是宇宙中最迷人和最重要的資訊鏈。它講述了關於我們稱之為地球生命的這個奇異物質集合的強大故事。並且,能夠成為研究和討論它是什麼以及它是如何運作的物種的一部分,是一種榮幸。

但它不是一切。因為生活並非如此簡單。

這就是面試官Z後來學到的。圍繞重大公告的機會主義並沒有讓他們達到他們希望的目標。具有諷刺意味的是,創造了現代基因改造面貌並在2020年獲得諾貝爾獎的發現——CRISPR——是類似於Susan Gottesman方法在微生物中修補的產物,而不是面試官Z的戰爭藝術策略。 

在面試幾個月後,我將開始為期二十年的科學冒險,從那時起,我涉足了昆蟲生態學、醫學、生物物理學、進化生物學等領域——幾乎完全(我相信)是基於靈感。 

我已經成為一名學者,在傳染病領域執行自己的研究專案,並且今天我並沒有比2001年面試時的面試官Z年輕多少。

但我今天給年輕人的建議與他們的建議大相徑庭

誰他媽知道下一個重大發現會來自哪裡?只需努力工作,享受學習,忽略潮流和重大公告。

C. Brandon Ogbunu 是耶魯大學生態學和進化生物學系的助理教授,也是聖達菲研究所的外部教授。除了他對疾病進化和流行病學的工作外,他還曾在各種場所發表過關於科學、技術和文化交叉點的文章。其中包括幾篇探討資料倫理、演算法偏見和錯誤資訊的文章。

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