人类基因组计划与爱国主义教育
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摘要：人类基因组计划是一项伟大的生命科学工程，它使人类从分子水平认识自我、认识健康和疾病的本质；推动了生物信息技术、生命科学工业的兴起和发展，开辟了后基因组时代的新纪元；同时它也激起世界范围内对基因资源的抢夺。中国基因资源与基因组研究正面临严峻的挑战和机遇。面对当今高科技的迅速发展，我们要从国家与民族兴亡的战略高度上去思考，在青年学生中切实加强爱国主义教育，增强科学意识，培养良好的科学精神，造就新一代科技栋梁。基因时代的青年学生也应把握历史机遇，关心国家与民族的命运，奋起直追，为21世纪中华民族的繁荣昌盛作贡献。
2001年2月12和15日，美国塞莱拉(Celera)公司与国际人类基因组计划组织分别在《Science》和《Nature》杂志上公布了人类基因组精细图谱及其初步分析结果。这一具有划时代意义的成就，标志着以测定DNA序列为主要任务的结构基因组时代已开始成为历史，以功能基因组研究为核心的“后基因组时代（Post-genome era）”已经到来。这是一个完全可以与工业革命、原子时代和信息革命相麓美的激动人心和充满挑战的历史性时代，它将使人类第一次从分子水平全面认识自我，展现生命科学研究的光明前景。
一、人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)与后基因组计划（Post-genome Project）的背景及现状
1.结构基因组研究任务提前完成
人类对基因的真正认识始于二十世纪40-50年代，1953年著名科学家 Watson 和 Crick 提出了DNA双螺旋结构模型，极大地推动了分子生物学的发展和生命科学研究进程。70年代，基因重组技术的兴起，标志基因研究进入可操作、可控制的时代。进入80年代，即1985年，美国科学家开始酝酿人类基因组计划，并且由诺贝尔奖获得者杜伯克(Dulbeceo)教授于1986年在《Science》上发表的一篇短文中首先提出。经过几年的辩论，美国于1990年率先启动人类基因组计划，紧接着是英国、法国、德国、日本等国家也纷纷启动自己的基因组计划。我国科学家在80年代末也已敏锐地意识到开展我们自己的“人类基因组计划”的重要性，并多方努力促使中国人类基因组计划(Chinese Human Genome Project,CHGP )于1994年得以启动。尽管我们起步晚了几年，但经我国科学家艰苦的共同努力，我国的基因组研究也乘上了跨世纪的列车，于1999年加入国际人类基因组计划组织，并承担1%的基因组DNA测序任务，这是很了不起的工作，它标志我国在人类基因。
人类基因组计划的目的是测定长达3×109核苷酸序列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次从分子水平全面认识自我。要实现这一目标，首先得对基因组进行作图与测序。人类基因组DNA序列是分布于22条染色体和2条性染色体上，最大的1号染色体有263Mb，而最小的21号染色体也有50Mb。正由于人的染色体巨大而无法直接用于测序，因此，人类基因组计划的第一阶段任务是对基因组进行分解，使之成为易于操作的小的结构区域，这就是染色体的作图(Mapping)。根据使用的标记和手段不同，染色体的作图可分为遗传作图和物理作图，这两张图的意义在于它们能给研究人员在染色体上提供清晰的路标，有利于DNA序列的测定和组装。随着新技术的发展与应用，这两张图逐渐发生整合，并在此基础上引入基因标志，从而形成了转录图或基因图。在明确工作思路与方向后，以政府资助主流科学家组成的人类基因组计划组织和以私人财团为主力的美国Celera公司分别采取“基因图策略”和“鸟枪策略”，展开了激烈的测序竞争。至2001年2月，这两个不同的组织使用不同的方法都实现了他们共同的目标：完成对整个人类基因组的测序的工作，并且两者得到了惊人相似的结果。至此，原计划2005年完成的测序工作提前划上了句号，生命科学研究提早进入了后基因组时代。
2、功能基因组学（Functional genomics）拉开帷幕
人类基因组DNA测序的完成，并不意味人类已真正认识了自己。30多亿个碱基组成了一本生命的“天书”，要读懂这部“天书”的内容，科学家们还要继续进行艰苦而深入的研究工作，这就是后基因组（Post-genome）研究，功能基因组学因此应运而生。功能基因组学的主要任务是：⑴、基因组多样性的研究；⑵、基因表达与调控，尤其是基因的组织器官特异表达研究；⑶、模式生物体基因组研究；⑷、基因诊断、基因治疗和基因工程产品的开发等。
对人类基因组多样性的研究，如单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphsm,SNP)的识别，可以为人类了解其自身的起源、进化和迁徙提供重要依据，同时这方面的研究也为生物医学带来了无限的科学发展空间。生命现象的复杂性不仅在于构成生命体的基因多态性，而且与生命体基因的表达调控有关，因此，功能基因组学的另一重要研究内容，是全方位研究生物体的基因在不同条件、不同状态下的表达水平及形成这种特定的表达状况的调控机制。目前基因表达研究的高通量技术平台已经建立并不断发展，如DNA芯片和cDNA微阵列技术等，基因表达谱的研究正轰轰烈烈地进行。
马克思主义认为，认识客观事物只有通过比较才能鉴别，功能基因组的研究也是如此，通过对模式生物简单基因组的比较研究，可以加深我们对人类基因组的结构和功能的认识，因此，功能基因组学中的比较基因组学研究将为阐明生命活动的机制提供有力的工具。对于医学研究者来说，功能基因组学还为正常生理和病理过程的分子机制提供理解框架。可以预见，基因功能的研究将为解决人类生存、生活和保健等问题带来革命性的变化，功能基因组学是21世纪生命科学研究和竞争的焦点。
3、蛋白质组学（Proteome）引人注目
基因是遗传信息的携带者，而生命活动的实行者是蛋白质，即基因的表达产物。人类基因组图谱的完成，只是解决DNA序列，即遗传信息库问题，对蛋白质这个功能执行者行为的研究方能解释生命活动的本质。早在1975年双向凝胶电泳(2-dimensienal gel electrophoresis,2-DE)发明之时，就有人大胆提出测定一个有机体的基因组所表达的全部蛋白质的设想。但直到1994年澳大利亚学者Wasinger等才正式提出蛋白质组（Proteome）的概念，指的是“一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白质。”实际上，这样理想的蛋白质组是不存在的，因为存在基因的差异表达和蛋白质翻译后修饰与加工，会使细胞内的基因数目不完全代表蛋白质的信息，mRNA丰度与蛋白质之间并非简单的线性关系。因此，蛋白质功能的研究是后基因组时代的一个重要任务。蛋白质组的分析主要涉及两个步骤：蛋白质的分离与蛋白质的鉴定。通过双向凝胶电泳和双向高效柱层析技术等可以有效地分离蛋白质，而应用质谱技术（Mass spectrometry,MS）等将可鉴定所分离到的的蛋白质。这些技术都在蓬勃发展，并且新的高通量的蛋白质鉴定技术平台正不断开发应用，如蛋白质生物芯片等。可见，在新的世纪里，蛋白质组的研究会给生命科学与生物产业带来前所未有的挑战和机遇。
4、生物信息学(Bioinformatics)的兴起与发展
人类基因组计划的实施，产生了大量的生物信息数据，而且这些数据正在指数性增长。如何使这庞大的数据转变成生命科学研究中有价值的资源，是我们人类面临需要解决的重大难题。随着信息技术与分子生物学的交叉渗透，催生了一门新的学科——生物信息学(Bioinformatics)。它综合运用了计算机科学、应用数学的技术与手段，探索各种计算、数学和统计方法在生物问题上的应用，为人类处理和应用人类基因组计划所产生的庞大数据提供了有力的工具。生物信息学的诞生与应用还改变了人们的研究思路和思维方式。如今网上基因克隆正悄然兴起，人们可以通过互联网所造就的虚拟空间，充分利用人类基因组计划所取得的成就，对感兴趣的基因进行研究。不难想象，新世纪生命科学研究的科学家们需要的首要硬件就是计算机，一端连在数据库，另外一端连在工业化管理和运行 “理想实验室里”，然后脖子上挂着电话和同行们进行实验设计、讨论结果。
总之，生物信息学在21世纪里将会得到更大的发展并展现出无穷的魅力。
此外，HGP的进展，催化了医学领域的其他基因组计划，如癌症基因组解剖计划、环境基因组计划、病原生物基因组计划和生物保护(Biodefense)计划等的问世，同时带动了具有经济与科学意义的动、植物基因组计划的全面展开，形成以基因组学和功能基因组学为科学内涵的生科学研究与以工业基因组学为龙头的生物产业的新的发展势头。
二、HGP给我们带来的挑战与机遇
宏伟的人类基因组计划不仅让人类从深层次上认识自我，具有深刻的科学意义，而且它的发展和所取得的成就也将对社会生活的方方面面产生巨大冲击。
1、基因组工业的兴起和蓬勃发展
尽管启动人类基因组计划的初衷是为了解决包括肿瘤在内的人类所有疾病与其它生命现象的遗传学背景，但在它开始运行之时就和经济利益密不可分。基因这肉眼看不见摸不着的小东西在眼光锐利的商业投资者的视野里，不仅代表重要的科学意义，更意味着财源滚滚的摇钱树，基因的背后隐藏着一座诱人的“金矿”谁先到这座矿山淘金，谁就会先得到最丰厚的回报。因此，目前世界上各大制药、化工和农业公司都在积极地进行改组、合并和建立新联盟，以通过基因相关的研究和开发加强自己的竞争实力，争取在基因产业中大捞一把。
据报道，美国医药工业在2000年研究开发经费比前一年增加10％，达到264亿美元。在所有的开发投资中大约有70％都用于基因研究。此外，还有大约2000家风险企业参与开发与基因有关的产品，塞莱拉、因塞特、人体基因科学公司等企业就是其中的佼佼者。 塞莱拉公司是最先涉足基因组研究，她不惜重金进行基因组的测序并与官方的人类基因组组织抗衡，其目的就是为了抢占基因组工业发展的制高点，以便获取更高的收益。
欧洲国家在生命科学和生物技术领域也不甘落后，他们拥有雄厚的实力和发展潜力。英国的格兰素－威康公司和瑞士的罗什公司等大企业都在进行基因药物的开发研究。以罗斯林研究所为前身的英国PPL公司的体细胞克隆技术一直保持领先。法国基因塞特公司于1997年率先在世界上建立了关于碱基排列差别的数据库，目前已经发现了大约20万个碱基排列差别。德国的企业从1996年开始重视对基因药物的研究，风险企业也应运而生，目前的发展态势非常迅猛。如今在全欧洲范围内，已有一千多家风险企业在基因研究开发方面有领先于世界的项目。
与我们邻近的日本国更是雄心勃勃，其确立了近期的研究目标：确定大约１５万个碱基排列差别、3万种具有完整的遗传信息的cDNA和各种致病基因，并在此基础上研究开发“基因药物”。与此同时，日本各大制药公司也在独自进行基因的研究开发，日本十大制药公司2000年度的研究开发经费已达到4741亿日元，比1999年增加10.1％。它们还纷纷同欧美国家的风险企业进行技术合作，以使自己的基因研究得到进一步加强。日本的风险企业也有了迅速发展，日本目前已有近300多家生物技术领域的风险企业。
此外，人类基因组自身是一个技术平台，它表现出来的遗传信息、生物信息可以迅速转变为光、电、颜色等各种看得见摸得着的信号，带动了相关技术产业的发展。材料工业可以根据基因组的信息发展纳米技术、生物材料、生物芯片，发展组合化学，这都是与药物和临床应用关系密切的产业，可以说，一个有用的基因可以变成一个朝阳产业。如从事基因芯片研究与开发的美国Affymatrix 公司一直保持着强劲的发展势头。
2.基因抢夺战烽烟四起
基因具有巨大的商业潜力和价值，受商业利益的驱动，世界范围内正进行一场没有硝烟但又异常激烈的战争——基因资源抢夺战。商家或企业主抢夺基因的目的是为了垄断具有功能基因及其相关下游产品的市场。可以说，获取基因效率最高和数量最多的企业，有望利用其基因专利来垄断未来生物和制药工业市场。正如微软总载比尔·盖茨预言：21世纪创造出更大财富的人将出现在基因领域。 且看下面的例子就可知道一个有用的基因会带来多少商业价值。
（1）、肥胖基因：1994年11月，美国Amgen公司出资2000万美元向 “Rockefeller”大学购买了一条肥胖基因的独占型开发许可权。此次，Amgen付给Rockefeller大学不少于3000万美元的阶段性付费以及后期产品的销售提成。
（2）、 FKBP神经免疫因子配体：1997年,Amgen公司将FKBP神经免疫因子配体转让给Guilford公司，交易额高达3.92亿美元，是迄今为止单个基因交易的最高价格.
（3）、促红细胞生成素EPO：美国Amgen公司依赖EPO基因专利的开发应用。从一个濒临破产的企业成为美国生物工程医药领域的领头羊，其EPO1998年的销售收入达到13.6亿美元，而EPO的全球市场现已达到34亿美元的销售额。
（4）、抑制端粒酶基因的相关基因：1997年3月，美国Geron公司与Pharmacia＆Upjohn签订协议，合作开发抑制端粒酶基因的新一代抗癌药物，Pharmacia＆Upjohn向Geron支付5800万美元，包括1000万美元的股权投资，研究基金和阶段性付费，Geron公司还将获得后期产品销售收入的提成和部分美国市场合作销售权。
正因为有功能的基因具有如此巨大的商业诱惑魅力，以美国为代表的科技列强从HGP启动之初就加紧抢占“基因专利”，而且一些野心勃勃的公司还为代表人类基因信息的不完整的cDNA片段，即表达序列标签(Expressed sequence tag,EST)争取专利，这是极不公平的“海盗行为”。值得庆幸的是，在EST专利问题上，主流科学家们始终保持清醒的头脑，旗帜鲜明地反对EST专利。因为人类基因组资源是全人类的共同财产，每个人都有享受这一资源的权利。中国科学家在这关键时刻，也为维护人类共同财富表明自己的严正立场，基因资源不能垄断！
3.保卫中国基因资源刻不容缓
中国基因资源丰富，世人有目共睹。中国有近13亿人口，56个民族的，经历了漫长的封建社会统治时期，加上一些传统观念，长期以来人们与外界接触少，人口的流动性非常小，有很多“隔离群”。在一些偏远地区近距离婚配，甚至同宗族、同家族婚配的现象也不少见，使得疾病家系很 “纯”，同时我国的疾病谱广泛而复杂。因此通过对这些特定人群的基因分析，可以比较容易筛选出与这种疾病有关的基因，从而找到治疗这种疾病的有效靶点。正因为如此，世界上的科技列强早已觊觎中华民族的基因“金矿”，想方设法探险“基因新大陆”。中国基因正被掠夺，基因外流令人担忧。这不是杞人忧天，更不是危言耸听，从以下的例子可窥见一斑。
（1）、1996年，美国权威的《Science》杂志报道：美国哈佛大学已和中国大陆的6个医学中心签订合作协议，计划在中国大陆抽取2000万份中国人的血样和DNA，目的是分离和鉴定与高血压、糖尿病、肥胖症、关节炎和哮喘病等现代“文明病”和“复杂遗传病”的相关基因。
（2）1998年，美国西夸纳治疗公司（Sequena Therapeutics Inc.）已登陆中国浙江某山区县，以每份血清10元人民币的低廉价格，偷取当地珍贵的哮喘病家系的基因样本。
（3）、不久前，国外某大学又以“健康长寿监测”为幌子，偷取了我国近万名80-100岁以上老人的血样，以提取长寿基因。
这意味着，中国基因资源正面临严峻的挑战和历史性的机遇，华夏大地正潜伏深重的危机。此时此刻，如果我们再无所作为，我们将沦为这场基因战的奴役。试想，如果有一天，我们要花巨额资金从国外购买治疗高血压的基因专利或相关的药物(这当然是可以的)，但我们的子孙却发现这是用中国人自己的基因家系研制出的成果，那时我们将如何回答！基因抢夺，国家、民族利益所系，迟一步去抢占基因资源，我们会落后几十年。对此，中国科学家已发出正义而愤怒的吼声：“基因强盗们”不能抢走我们的基因，并强烈呼吁华夏儿女立即行动起来，展开基因保卫战。中国政府最近也出台了有关保护中国基因的法规，既是为了保护人类宝贵的资源，又有利于促进合作开发。如果说在结构基因组时代我们落后了，那么如今的功能基因组时代就给我们带来了千载难逢的机遇，因为我们和西方科技大国都站在同一起跑线上。
三、基因时代的爱国主义教育
100多年前，西方列强凭借其坚利炮打开中国国门，掠走大量的黄金、白银，中华民族陷入深重灾难之中。作为中华儿女，有谁能忘记圆明园烈火熊熊的场景，又有谁能忘记南京城里血流成河的惨状。血的历史，血的教训，已唤醒了沉睡的东方雄狮。先人们的爱国行动正激励着一代代的中国人奋发图强。当今，和平与发展是新时代主题，我们应该认真思考：如何高举爱国主义旗帜，为实现中华民族的伟大复兴而努力奋斗！
医学科学是生命科学的重要组成部分，医学高校是生命科学研究的主要阵地，作为医学高校教师，不仅要积极投身于生命科学研究，而且要担负起培养高素质医学人才的重任。新世纪的人才不仅仅掌握好科学知识的，还应具有高尚的灵魂，有强烈的爱国心，在国家与民族处于危难之时能赴汤蹈火，前赴后继。为此，结合当今科技发展，在医学高校学生中切实加强爱国主义，造就新一代科技栋梁，将是我们义不容辞的责任。
（1）、加强危机感教育，增强民族忧患意识
目前，我国的基因资源正面临严峻的挑战，保护资源已成为我们的近忧。基因资源的保护不仅仅是科学家们的责任，它涉及到每个中国公民的利益，因为基因组的研究结果一旦走出实验室，它将为解决我们每个人的衣、食、住、行和生、老、病、死带来种种便利，会对社会进步产生巨大的影响。因此，我们有责任加强基因组科学的宣传与普及工作，让我们的学生及全社会的人都了解基因，关心基因研究，自觉投入到基因资源保护与开发利用的工作中。令人振奋的是，我国从事生命科学研究的科学家，除了积极投入国际竞争之外，也积极开展基因组研究的科普工作。最近，由我国人类基因组研究中心首席科学家杨焕明教授等主编的科普图书《生命大解密》已经出版，为大众了解基因研究及我国的生物技术产业的发展提供了可读性的资料。
（2）增强科学意识，培养学生良好的科学精神
据最近报道，一项对中国青少年创新能力的调查显示，越来越多的青少年正在失去创造发明的兴趣；去年，一项对公务员科学素养的调查显示，近40%的公务员不知道DNA这个热遍了全球的名词最早出自生物领域。还有调查表明，我国公众达到基本科学素养水平的比例仅为0.2%，而欧共体国家1989年即已达到4.4%，是我国的22倍；美国1990年达到6.9%，是我国的33.5倍。可见，加强青少年学生科学素养的培养迫在眉睫。我们要积极贯彻党中央关于“科教兴国”的战略决策，在医学教育中，积极推行素质教育，培养医学生良好的科学素养和科技创新能力。所谓科学精神，就是指我们对任何科学发明和发现都应该问一下是真是假，可靠还是不可靠，绝不崇拜权威。因此，医学高校教师不仅要将最新的科学成果介绍给学生，更重要的是要让学生们学会辨证地对待科学，把握其中的主流。
（3）增强民族自尊心和竞争参与意识
历史已经告诉我们，科技的落后，必然导致整个民族的落后。近代中国曾经与世界上两次科技革命失之交臂，导致我们民族一百多年的贫穷落后。新中国成立后，尽管各种条件艰苦、环境恶劣，我国的科学家努力发展了自己的“两弹一星”，极大地鼓舞了中国人民志气。改革开放以来，我们党和政府又深刻总结了历史正反两方面的经验教训，明确提出把科教兴国作为根本国策。制定了“863”计划、科技攻关计划、“火炬计划”等一系列重大科技发展措施，通过这些计划的实施，我国在一系列重大科技领域已取得了突破性进展，形成一批拥有自主知识产权和竞争优势的高新技术产业，成为国民经济新的增长点，并为传统产业的优化升级和国民经济结构的战略性调整，提供了强大的科学技术支撑。最近实施的“973计划”：即国家重点基础研究发展项目(在生命科学与医学研究项目中即为疾病基因组学理论和技术体系的建立)，为21世纪我国功能基因组学研究奠定良好的基础。当然也应该承认，如今我们的科技水平与一些发达国家相比，还有不小的差距。因此，青年学生们应发扬“两弹一星”精神，自觉养成爱科学、讲科学、学科学、用科学良好风气，自觉抵制各种伪科学的侵袭，使自己真正成为科学卫士，奋起直追，为21世纪实现中华民族的伟大复兴作贡献。
（4）警惕“基因歧视”和“科学狂人”
科学具有两重性。它既可以造福人类，也可能给人类带来灾难，正如炸药与核能的发明那样，它们为人类改造自然带来方便，同时也成为战争的强大武器。基因组研究也是如此，在它造福人类的同时，也有可能制成基因武器给人类带来灭顶之灾。所谓基因武器：是指运用遗传工程技术，按人们的需要，改变细菌或病毒，使不致病的成为有致病的，可用疫苗或药物预防和救治的疾病，变得难于预防和治疗，从而制造出新的生物制剂。针对一定民族基因组多态性的特点，有可能制造出专门灭绝该民族的基因武器，目前在理论和技术上是成立的，在民族歧视和种族清洗死灰复燃的这个时代，我们对滥用人类基因组知识的行为绝不可掉以轻心。我们不能忘记日本军国主义的“731部队”曾经在我们的国土上进行疯狂的细菌战，给我们的同胞带来深重苦难。可以说，基因武器涉及国家、民族与每个人的安全，我们要从战略高度上认真思考，提高警惕。但我们也坚信，任何科学活动都会在伦理、法律和社会正义舆论下规范进行，并造福于人类，这是科学研究的主流。
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