微生物是自然界分布最廣、數量最多的有機體,包括細菌、病毒、真菌等。它們是地球上最古老的生命之一,是所有生命的基礎,是生命中的生命。
組成動物和植物的細胞,最早就是由細菌進化而來的。以碳的標準來衡量,一個人就是億萬細菌的合體。
“所以主導世界的不再是硅,而是碳。我們這個基因工程研究項目的別稱是:如何在碳時代指引方向。”沈奇談了談他的想法。
一個人的身體里生活著一千萬億個細菌,重量達三公斤,它們攜帶的基因總數是人類基因的很多倍。在人類腸道里就寄生著一百萬億細菌,它們是人體內正常的微生物,對人體有益。
另一方面,人類的三十億個堿基對完成了測序,但只有2的內容編碼了人類的兩萬多個基因,其余的98還屬于基因遺傳謎題,尚未被研究清楚。
沈奇問到:“大家明白我們這個項目的第一步基礎研究,該做什么具體工作了吧?”
“明白!”
“懂了!”
“躍躍欲試!”
“迫不及待!”
大家積極行動起來,滿懷熱情的布置沈奇科研中心生物實驗室。
生物和化學聯系緊密,防化服、通風櫥,基礎的藥劑、器皿、儀器設備,拿中心化學實驗室的存貨即可。
基因測序和基因編輯的硬件軟件,需要另外購買。隨著新一代測序軟件和CRISPR等技術的廣泛應用,其市場價格降到了較低的程度。
韓猛花小錢辦大事,他利用專業知識與儀器供應商砍價,僅花費500萬元就買到了沈奇交辦的基因工程專屬儀實驗器,為中心、為燕大、為國家節約了100200萬元。
沈奇規劃的《基因工程研究項目》分為三步,第一步基礎研究階段所依靠的理論原理主要是基因組學。
古老的鳥槍法依舊是主流實驗手段,同樣古老的還有PCR儀。
沈奇科研中心新買的PCR儀經過了幾輪的升級換代,但其設計原理和第一代沒有本質上的差異。
基因組學的突飛猛進,要感謝PCR儀的發明者楊銳教授,他是中國生物界的先驅者。
如果《基因工程研究項目》取得了最終的勝利,請記住這六位甘愿為科學獻身的生物工作者,他們是:
沈奇、韓猛、崔華林、杜源、唐亞星、武俊強。
六壯士首先對自己進行了PCR操作,測試并保存了他們的DNA樣本。
然后,六壯士提取了自己的皮膚細胞,通過生物手段培養為多能干細胞,為后面的研究存儲彈藥。
歷史上的科學壯士不計其數,比如澳大利亞醫生馬歇爾喝下了幽門螺旋桿菌,以驗證它到底是不是胃潰瘍的致病因子。
又比如秘魯醫生克立勇,他為了驗證兩種病狀是不是同一種病因,就切開了病人身上的疣,抽出疣里的血,注射到自己體內。很不幸,他死掉了。
沈奇等六人的實驗操作目前來說比較安全,暫時沒有生命危險。
《基因工程研究項目》的第一步研究階段分為高級生命體、微生物兩個版塊。
基因是連接這兩個版塊的紐帶。
雖然基因組作為整體是重要的,但科學家們更感興趣的是基因,特別是人類疾病相關的基因。
隨著人類基因組所有堿基對的測序工作完成,包括癌癥、糖尿病、心血管疾病、免疫功能紊亂、神經類疾病、艾滋病等幾千種常見疾病的致病機制已顯露無疑,但患者卻越來越多。
這是為什么呢?
“是啊,這是為什么呢?要搞清楚并解答這個疑問,并給予大眾一個合理的解決方案,這就是我們要做的事情。”
沈奇和他的博士研究生們,將他們的基因組DNA樣本打斷為30100kp大小的片段,然后在含有銀離子的Cs2SO4密度梯度溶液中離心。
“觀察到6個沉降帶,密度從低到高依次為L1、L2、H1、H2、H3、H4(LLower,HHigher)。”韓猛熟練的做著實驗。
“其中的H3的GC比例最高,為H1和H2的8倍,為L1和L2的16倍。”崔華林用H3組分作為探針與人類染色體原位雜交,再與染色體G帶圖像作比較,得到了一些基礎數據。
《基因工程研究項目》的第一步研究階段的初期工作比較基礎、常規。
人類21號染色體長臂的重組率為1cM/Mb,而短臂則為2cM/Mb。相似的情況也在酵母中出現,盡管酵母基因組比人類的小200倍。
H3組分主要分布在G帶的淺著色區,有43的H3位于近端粒區。沈奇項目組所做的序列分析揭示,H3組分的單拷貝比例為5070,H3,H1H2和L1L2所含基因的數量分別占整個基因組的28、38、34,實驗結果說明,大量的基因集中分布在人類基因組的有限區域。
沈奇團隊的初期實驗結論,似乎與國際人類基因組測序機構所公布的數據沒有差別。
這么基礎的實驗研究,是不可能讓五位博士研究生獲得燕大博士學位的。
基礎實驗研究只是熱身,核心實驗在后面。
“我剛才說了,既然我們已經知道了幾千種疾病的致病機制,為啥患者反而越來越多呢?”沈奇再次問到這個問題。
“我在美帝的那幾年,專門研究過艾滋病。為了防止艾滋病毒破壞免疫細胞而使攜帶者發病,我們可以通過生物技術修改患者的基因,或者修改他們后代的基因,使他們的后代永遠免疫艾滋病。但這種基因修改方法沒有廣泛的、合法的被運用于臨床,我想是因為,有的基因修改會引發不可預測的新病變,甚至直接致人死亡。這也是我和我導師主攻的方向,如何最大程度的規避基因修改帶來的隱患?能否在本質上,讓基因修改絕對安全的、有利的為人類服務?可惜啊,我的導師被帶走了,我也倉皇的返回中國…”崔華林擅長以艾滋病為例子闡述他的學術思想,畢竟術業有專攻,他是專門研究這個方向的。
“我想,沈主任應該有對策了吧?”崔華林非常感興趣的問到。