出品：中国科普博览 SELF格致论道讲坛

导语：地球正面临种种考验：疾病、缺粮、人口膨胀、生态失衡、能源危机，我们的下一代怎么办？科学家提出用“基因工程”力挽狂澜！在SELF论坛上跟着中科院邓子新“解码DNA 趋利避害”，寻求生命的出路。

---嘉宾介绍---

邓子新

中国科学院院士 世界科学院院士 美国微生物科学院院士

以下内容为邓子新演讲实录： 

尊敬的各位嘉宾、各位朋友，大家下午好！下面我首先介绍一下我自己，我叫邓子新。

 今天就由我来跟大家解码DNA。大家对DNA可能并不陌生，我今天解码DNA就将分三个部分：第一谈一谈“DNA是生命之水”；第二谈一谈“DNA是祸福之源”；第三我们再来谈一谈“趋利避害是我们解码DNA的天职”。

 我们人类历史上经历了多次的工业革命：第一次的工业革命是1765年诞生了蒸汽机，把我们带进了蒸汽机的时代；第二次的工业革命主要是以半导体为标志的，带我们进入了电子时代；进入了信息时代，是1946年美国人发现的第一台电子计算机为标志的，那时候的计算机跟我们今天手上的手机或者一个手提电脑，是非常的不一样，那个时候的计算机可能要占我们这个房间的1/4甚至是更大的空间，可能重量的话有好几头大象重，但是不管怎么样，这台计算机的诞生把我们带进了信息时代。

 那么第四次的工业革命是一场什么样的革命呢？1953年 Waston & Crick发现了DNA双螺旋的结构，可以说是开启了生命科学的新时代，这也就是生命科学的这一次工业革命的开展。随着DNA双螺旋结构的发现，到了1956年ArthurKornberg发现DNA聚合酶，1966年发现氨基酸密码子，然后1970年发现了限制性内切酶，1975年研究出单克隆抗体，到了1982年第一个基因工程的药物──也就是重组的人胰岛素被FDA批准上市，进入1983年PCR技术发现以后，可以说使我们今天的生命科学和生物产业发生突飞猛进的变化！

 到了1990年的时候人类基因组计划启动，到了1997年克隆的多利羊诞生，这个世纪的初期人类基因组计划，整个的测序就完成了。所以这些活生生的生命科学的发展，有很多是诺贝尔奖级别的结果，使得我们今天的生命科学可以说是迅猛的发展。这是一个全新的时代！

 那么我们回过头来看一看DNA是什么？实际上DNA从化学结构上来讲，我们把它叫做脱氧核糖核酸──是G、A、T、C，4种碱基在体内核苷酸，再加上糖基组成双螺旋的结构──就是这种结构编码了自然界千变万化的遗传现象，可以说是构成了我们今天生物界无穷无尽的遗传信息之源。

 所以我们后来了解到DNA实际上是遗传的物质基础，它编码基因转录成RNA再翻译成蛋白质，这个叫中心法则。这一个法则使得我们知道基因的作用和意义，每一个基因都控制着生物的遗传性状，一个基本的单位控制一个遗传性状，而若干基因构成一个生命体的基因遗传信息的总和，我们把它叫做基因组。

 DNA除了基本结构之外，还可以进行一些修饰：有的修饰是发生在碱基上，叫做DNA的甲基化。这个甲基化最初是作为细菌防卫自己的DNA，不被外来生物的DNA所侵袭，所以给自己的DNA戴一个帽子，所以它编码了限制内切酶，就不切它自己只切外来的DNA。后来发现原来这种标记非常的重要，基因的转录、翻译以及基因的表达、调控都受到甲基化的控制，所以出现了一个新的学科，也是得了诺贝尔奖的学科，叫“表观遗传学”。

除了DNA碱基上的甲基化以外，刚才主持人也提到有另外一种修饰，我们叫做“硫修饰”，这也是有幸作为我的团队攻克了20多年的一个成果，从一个漫不经意、司空见惯、比芝麻还要小的偶然现象，最后阐明是在DNA的结构上有一种新的元素整入而且在DNA的骨架上，我们叫做“磷硫酰化”。

这个磷硫酰化有很重要的生物学意义：可以作为一种全新的细胞的防卫反应；也可以抗氧化、抗酸、抗碱、抗压力；可以促生物细胞的生长……还有新的意义逐步的在发现，所以我的团队现在也还是在这个领域非常的忙碌和开拓。这一个修饰就是把DNA骨架上五种蛋白合力，把DNA上面这个半胱氨酸或者是硫酸根的硫，从无机的转移到DNA的骨架上面，是复制后的一种修饰。

为什么说DNA是遗传物质基础，而不是蛋白质呢？实际上我要告诉大家一个最经典的──阿菲瑞做了一个转化实验──他当时用蛋白质转化小鼠，生物不得病，而用DNA转化小鼠的时候，就产生了致病的效果！他们用DNA转化，同时用蛋白酶把蛋白切成碎片，不致病，就说明DNA在起作用。而当在DNA和蛋白的混合物里头，他把DNA用DNA酶切断的时候，小鼠仍然不生病。所以，从此证明了这样一个伟大的概念──就是“DNA是生命的物质基础”，所以现代生命科学就依此诞生了，就是以这个结构的揭示揭开了序幕。

DNA编码了色彩斑斓的生命世界：这个世界有人、有大猩猩，也有小得不能再小的病毒、细菌、真菌，也有像完全灭绝的恐龙，我相信它也是DNA编码的，还有可能已经绝迹但是可能仍然存在在泰国的我们叫猛犸，俗称长毛象，这种可爱的动物；有可爱的大熊猫、滇丝猴、有传说中的野人；还有像中华鲟这种可爱的鱼；当然还有植物里面：像银杏树、珙桐，也就是俗称的鸽子树 ；还有桫椤这种木本蕨类的植物……繁华似锦的生物世界，还有长寿千年的龟鳖的家族，它们可以本能的遗传繁衍、可以长生不老；还有一些植物可以生活在非常贫瘠的土壤，可以在沙漠、可以在盐碱地上本能的适应；还有的可以有一些通过神经控制的应激的反应──像某种植物它可以伸开它的背膀正常的生活，当有一个虫侵扰它的时候，它会把翅膀束起来把昆虫包被起来，非常的神秘！所以我们说DNA是生命之水。

但DNA它也是祸福之源，DNA的自然恐怖我想大家都知道──流行性的疾病──联合国的世界卫生组织说这个世纪的，其实2010年可能有一百多种流行性的疾病，不光是感冒、禽流感、SARS、埃博拉……许许多多的，包括早期肺结核等等。这些都严重地威胁我们人类的生长、生存和发展，这些细菌看起来都很小，但是它们造成的危害，造成我们今天的生物安全和社会安全，是非常大的问题。

我尤其要提到像狂犬病，因为这是我们国家发病位居世界第二的，一个死亡率最高的一个病毒传染病，但是我们知道像养狗养猫，又是我们今天的宠物，所以我们要如何找到今天我们又要防病防害、又要饲养宠物的平衡点？所以社会的控制，必须提上议事日程。

除此之外，还有的微生物引起许许多多的，有1700多种的植物病害，每年造成我们数以千万这种级的农业损失，可能40%，有水稻纹枯病、小米的赤霉病、玉米的小斑病……各种不同的，包括瓜果蔬菜人参，可以说是不一而足。还有一些微生物的恐怖，实际上是人为造成的，我们也必须加以认识：包括克隆人、克隆动物，有害的动物和有害的植物，或者是微生物，这些是我们要加以管控的。

尤其是像基因武器，如果控制得不好，它可以比核武器有过之而不及！因为基因武器的研制，相对来说也不是那么复杂，因为它可以根据现在的一些病原菌以及根据一些稀有的、不同民族的一些基因、民族专一性的一些基因、敏感性的、易感性的基因，就很容易制造出来，生产的工艺很简单、生产量又大，又没有辐射又没有污染，成本也低，所以说是非常可怕的，而且是人为的，所以说从这个意义上讲，我们要保护我们民族自己的基因，要保护尤其那些易感性的基因不被国内外或者是恐怖势力所利用。

另外，在今天的社会里头还有众多的食品、药品的安全问题，可以说处理得不好，这是我们人类在自我犯罪，像苏丹红、瘦肉精、地沟油、毒豆芽，还有毒酒、假酒、硫磺姜……等等不一而足，这种都是我们人类活动在自己危害我们自己，我们必须要自我约束、自我管控。我们对自然的危害我们可以通过科学的解决，对这种社会的、人为的危害，我们如何来对付、来应付？这是包括我们今天在座的、包括科学家和社会，共同要意识到和认知的问题。

当然DNA也是财富。像“根瘤菌”──花生、大豆、苜蓿根部都可以结很大的瘤，这些瘤可以固定空气中许多的氮，它产生像硫酸铵这样的肥料，所以不用施肥就可以生长的枝叶繁茂，氮的很大一部分都是靠这种生物固定的；还有有些细菌──像“假单胞菌”──它可以把寒冷空气中的一些水雾凝聚成为雪花，可以来装点我们的江山；还有一些细菌它可以在含钙的环境中间形成钙的微晶体，你想它可以保护古建筑，看这样美丽的色彩实际上都是细菌在这里起作用，形成了微晶体。

到“转基因”这个方面，像农业的转基因食品，更是超出了我们今天生物自有的一些固有的有益性状：像保鲜期长的番茄、抗除草剂的大豆，还有抗虫的棉──就是把苏云金芽孢杆菌的Bt基因转进去以后，就可以杀死棉铃虫，不要再施什么抗虫的农药；还有抗虫的玉米，也是把Bt毒素基因放进玉米里，它可以抗玉米病；还有抗除草剂的油菜；还有像抗病毒的木瓜，某些蛋白可以克隆到这种木瓜树里边去。在动物方面，可以工程化凝乳酶，它产生的这种酶可以使牛奶凝固。还有像我们一些生长激素的基因，可以把它放到牛、马身上，使得他产生更多的、有益的制品。

新一代的基因产品里头，今天可以说是已经形成一个基因→一个品种→一个产业的格局。我要给大家举个例子，像“黄金水稻”，我们知道在非洲很缺乏维生素A，而引起像失明、小儿的一些疾病，而当地维生素A的话，还不是一个很便宜的药，不是一般人用得起的，那如果把一些产生维生素A的前体，像胡萝卜素，有些基因给它装进去水稻就可以产生这种前体物质，这以后可以协助合成维生素A，吃了这种水稻就可以解决非洲的麻疹、痢疾和双目失明的一些问题。还有人工的草皮，我们今天草皮生长也很慢也很低，我想大家进入了一个环境，如果长得像芦苇荡一样，你也不愿意进去，这些转基因的草皮生长又慢也不用经常地割草，可以美化我们的环境。

还有像番茄、香蕉这样一些水果里边，如果把有一些蛋白或者DNA整合到里面去，它可以产生像痢疾、肝炎、麻疹这样的一些疫苗，我们吃了这种水果就可以免疫了，就不用再打针、打疫苗。还有像植酸酶，把这种酶植入到玉米里边去，可以做成动物的饲料，植酸酶它可以在细胞里头帮助消化吸收形成动物所需要的营养。还有向日葵，把草酸盐氧化酶的基因转到向日葵里边去，可以抗霉菌。

还有我们可以把像蜘蛛织网的一些基因放到绵羊皮里边去的话，子弹都打不穿！所以像今天的抗草甘膦的种业里头，是把草甘膦的有些抗原基因放进去，就形成了一个产业。就说动物、植物都可以进行这种育种，我就不再举这种例子了。

另外，我们知道传统的动植物的改良，可以通过把鲫鱼、鲤鱼的卵取出来注射到金鱼卵里面去，实际上是把它们的messenger  RNA注射到受精卵里头，就可以形成鲫金鱼和鲤金鱼，这是传统的动物育种。今天的DNA技术的话──就是所谓的动物基因工程──可以创造新的物种，改变物种，赋予它一些全新的性状，可以用于动物器官的移植，解决我们人体某些器官移植时候的不足。还有些遗传的疾病，像我们要了解它是单基因控制的，还是多基因病，然后可以进行基因治疗，包括像癌症、心血管、脑血管、精神病、糖尿病、风湿病，还有免疫性的疾病，血友病，色盲、白化病……等等很多这种疾病。

遗传性的疾病可以通过知道它的机制、知道它是单基因病还是多基因病，可以进行追根溯源、进行基因治疗。“换基因”，这是治本的。现在生物技术还增强我们的健康水平，像疫苗，我刚才已经讲了，还有我们可以“工程化”某些微生物，本来产某种酸破坏我们幼儿牙齿的釉质，如果这种微生物改变以后，放到牙膏里去的话，这种产品就不会有这种破坏作用。对一个小的微生物的改造可以形成新的生长、产业的增长点。

那么我再稍微谈一点药物，像“青霉素”可以说是现代药学的奇迹，尤其在二战期间拯救了成千上万的士兵的生命，我们也知道在二战在中国战场上青霉素也是比黄金都要贵多少倍，后来发现这种微生物很多的都产生，植物也产生一些抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗糖尿病、降低胆固醇……应用越来越广泛。但是在发酵过程中又有DNA一些病毒可以来捣乱。

今天这个药物的市场可以是经济价值非常之大，药物品种有一百多种，每年的话市值都超过了300亿以上，占整个药物市场要超过20%。有十余种单品市值超过10亿美金了。

我们了解了DNA、了解了它的利和害，我们“趋势避害”是我们今天所说的要“解码DNA的天职”。我们地球今天面临着很多的威胁、人类的挑战很大，因为能源的危机、 资源的危机，食品、药品还有生物物种的消亡……这都是给我们人类提出了巨大的挑战，地球也是石化资源开始短缺、环境越来越恶化，这些化石的资源都是不可再生的，迅速枯竭而且产生大量的二氧化碳气体排放到我们这个地球的空间；还有焚烧垃圾、还有环境的污染。

我们今天大量的碳资源都不可再生，当然都是农副产品，没有充分利用，全球每年有1700亿吨的生物质，利用率只有3.5%，我们如果能够把它利用率改变成5%，我们就可以好比说用它生产柴油或者石油，今天我们整个全球的石油的总量都可能达到。

我们每年生产的7亿吨的秸秆，其中2亿吨都是就地焚烧的，而且这种就地焚烧的话，要靠农业生物技术来改变它。我们今天很多的产品像通过生物炼制、发展细胞生物工厂来进行生物催化，把这种可再生的生物生产过程中的副产品，变成能源产品、生物材料、化工产品，像有一些这个洗涤产品、化工产品，都是有益的。

我们生物能源上面可以生产各种不同的液体的燃料──像乙醇──我们用它替代汽油；生物柴油作为柴油和航空燃料的替代品，但是这些产品，像乙醇附加值低、也容易腐蚀这个储存的设备、也不能管道运输……等等很多的问题，而且生物柴油也是植物油和天然气、甲醇反应得到的，有一些问题。所以发酵法生产柴油现在可能是出路，但是这个原料也是我们赖以生存的粮食。

你像2006年美国大肆的发展这个生物油，使得整个的玉米的需求量增加，价格上涨76%。所以发展的方向是要用微生物的方法来改造代谢途径；用合成生物学的方法，而且要发展种植非粮的原料。

另外，把环境中间大量的有毒有害化合物，像二恶英、多氯联苯、多溴联苯醚……等等，靠微生物把它转化成为二氧化碳和水。人类活动产生了很多焚烧垃圾，每年有很多垃圾被焚烧，所以这种活动还要靠我们人类活动自己来制约。最终都要靠微生物技术来把它降解成为二氧化碳和水。

像尼古丁，我们知道对身体是很有害的，抑制神经中枢，可以是说是麻痹我们的心脏，还有血压升高等等，有一种微生物它就可以降解它，使得它变成二氧化碳和水；石油也是污染环境，海边的生物身上都是一身油，根本就无法生存。微生物废水处理、土壤环境的修复，现在就是要构建超级的微生物，使得它生长快速，把很多降解环境废物的基因都整合起来，使得它超级地对付这个地球上的一些严峻的污染。

所以新的疾病不断地出现，我们今天还要发展“合成生物学的技术”，使得他通过，就像今后的药物的产生，就跟摆拼图一样，我们把这些基因跟它的化学结构进行分解，分解成各种不同的模块，然后这些模块的基因功能了解清楚以后，就把它放到边上去，拼图块一样拼出某种臆想的药物，像某一个药物改变一个羟基的结构，颜色发生变化、功能发生变化，所以这都是今后趋利避害的方向，所以说合成生物学是有广泛的前景。

 我们说生物学家和工程师联合起来，对生物进行重新布线和编程，若干年以后我们就可以生产更廉价的药，为汽车提供绿色的能源，为治疗癌症……等等医学责任，提供技术支撑和手段，改变我们生活。

 听下来我不知道大家被说服没有？这个世纪确确实实这是个生命科学的世纪，我们不了解、不理解生命科学，就无法理解这个世纪；不把握生命科学、不解码生命，我们就无法征服、就无法改造生命，所以我们解码DNA 趋利避害，是我们的天职和责任，是我们科学家和社会的共同责任！谢谢大家！

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