作者: 來源:科技日報 發布者: 亦云 類別:新聞掃描 日期: 2005-06-02 今日/總瀏覽: 36/40 美國基因研究專家埃裏克·蘭德今年在波士頓舉行的「生物信息世界」會議上指出：「現代信息技術正在促使生命科學揭開新的一頁。計算機科學家與生命科學家合作至關重要，基因學的發展不僅依賴於生物信息技術的進步，也離不開信息技術。」蘭德目前擔任美國麻省理工學院伍德海德研究中心負責人，他認為在過去的20至30年中，生物學已從一種以實驗室為基礎的科學轉向以信息為基礎的科學。他相信，基因科學的成功將「大大依靠信息科學與生命科學的聯姻」。 　　在晶元上誕生的嬰兒 　　生命科學家相信，IT將為現代生命科學譜寫新的一章。也許不要等太久，嬰兒可能是在一小塊由電腦控制的晶元上受孕並度過其最初發育的若干時日。這種由美國研究人員開發的晶元，能自動地執行與體外授精有關的一切步驟，從卵細胞受精到胚胎培育，直至適於植入體內。據英國《新科學家》雜誌介紹，這個相當於人工生殖道的裝置還可望對胚胎進行測試和篩選，通過這一例行診斷及早查明其基因中存在的缺陷。 　　在常規的體外授精中，精液和卵細胞都要被倒進皮氏培養皿裏，使受精卵在那裡生長發育，直到具備植入體內的條件。由於胚胎在不同階段需要不同的培養基，胚胎學家不得不在這期間用吸管將它們在各個培養皿間進行轉移。 　　根據這個操作特點，要求首先編製出精確完善的控制程序，再設計出一種模擬女性生殖道內「環境」的裝置。這個由透明彈性體製成的裝置，外觀酷似一塊極小的玻璃載片，上面交叉分佈著微型管道。這些管道的直徑約為0.2毫米，它們與由電腦程序控制的注射泵相連，後者的作用在於使胚胎四處活動和增減液體的流量。 　　利用這個裝置，研究人員進行了培育小鼠胚胎的試驗。結果表明，傳統的皮氏培養皿在48小時裏毫無動靜，但管道內的胚胎則有75%%達到足可植入體內的胚泡階段，而且不曾發現任何有害的副作用。研究人員還用它成功地剝離了包裹在早期胚胎外的「卵膜」。在體外授精中，這個「輔助性孵化過程」有助於促使胚胎成熟，但胚胎往往因在酸性溶劑中放置時間過長而受到損傷。但在晶元微型管道中，只要用酸性溶劑對胚胎表面進行快速沖洗，就能使卵膜在不受損傷的情況下自行破裂。 　　值得一提的是，這種特製的晶元，不僅允許同時培育多個胚胎，還可分別對各管道加以操縱和跟蹤，更容易在植入前淘汰劣質胚胎。目前，胚胎學家已在顯微鏡下觀察到這樣的胚胎，還有不少診所對其氧氣和葡萄糖消耗量以及釋放的二氧化碳含量進行了測試。有關人士聲稱，這項研究可能是為今後50至100年普及體外授精而邁出的第一步，它解除了女性在妊娠過程中感染各種病毒的威脅。 　　集成電路植入技術 　　不久的將來，人們將可以通過向人體植入集成電路來治癒各種疾病。去年12月，法國弗瑞爾大學的一位醫生找到了一種利用晶元植入技術治療帕金森綜合徵的方法，使患者在瞬間獲得行動能力。這種新的治療方法稱為神經植入治療法，通過由無線電或其他信號控制的計算機晶元可以影響或增強大腦運轉的活力，進而改善患者的生理或運動能力。 　　帕金森綜合徵是由一系列的生理因素引起的，人體內擁有一種叫做多巴胺的「神經感測器」，如果這種神經感測器的數量不足，大腦內兩個特殊的微小區域就會過度疲勞，這種疲勞對身體功能將產生負面影響。帕金森綜合徵患者有以下癥狀：行動遲緩，身體僵硬，甚至不能正常行走。最終這些患者將完全麻痹，許多人因此死去。弗瑞爾大學的A·L·本彼得教授發現，可以利用抑制大腦內這兩個區域的過度疲勞來減緩上述癥狀。但他的治療方法卻恰恰相反，他通過在患者大腦永久植入一個電極來過度刺激這兩個區域以達到治療的目的。這個電極和安置於患者胸部的一個小的電子控制單元之間由金屬線相連。本彼得利用無線電信號來遙控這個單元，甚至可以隨意開關它。 　　電子人 　　2002年5月10日，美國有8個人的體內被植入矽片，這是電腦晶元植入人體這項有爭議技術的首次商業應用。 　　製造商應用數字設備公司稱，晶元將被用做身份識別設備，同時還可攜帶重要的醫療信息。該公司還說，它們正在研製一種更複雜的晶元，可以接收衛星全球定位坐標信號，並傳送個人的方位。 　　這種微型設備只有一粒米大小，將被植入接受者的背部，通過使用無線手持掃描器激活休眠狀態的晶元，屆時會傳送含有一個識別號碼的信號。通過在中央電腦中註冊輸入這個號碼就能獲得所需的信息。一些保護個人隱私團體強烈反對植入晶元，他們說這樣會形成跟蹤控制的局面。 　　醫學專家認為，在尋找失蹤的早老性癡呆症患者等方面，晶元可能還不及每個人都能看懂的身份識別手鐲等傳統方法有效。 　　第一批晶元試用者包括一名早老性癡呆症患者、幾名應用數字設備公司的員工以及想要率先嘗試電子人技術的一對夫婦和他們的兒子。 　　應用數字設備公司計劃每個晶元售價200美元，再加上每個月10美元的信息存儲費，公司說目前還有4000到5000人在等待植入這種晶元。這種晶元已經引起了來自巴西和墨西哥的商業和政府方面相當大的興趣。 　　IT公司聯姻生命科學 　　人類基因組工作草圖繪畢的消息像打開了阿里巴巴寶藏的大門，以基因技術為核心的生命科學市場正吸引著越來越多的淘金者。 　　一個行業的科技變革由另一行業的科技進步而促成的先例在人類歷史上是不常見的。但這正是今天生命科學所面臨的情況。人類遺傳密碼圖譜既是生物學的壯舉也是計算的壯舉。信息科技有史以來首次成為推動實驗生物學發展的原動力。這一趨勢明顯地表現在所有與瞭解疾病起因、新葯開發相關的關鍵領域中———基因組學、蛋白質組學以及代謝途徑的研究等。這些專業的研究需要依靠強大的計算機系統、數據和存儲管理系統來完成大量的數據處理工作。 　　人類基因組草圖僅僅是讀出了「生命之書」，而要真正讀懂它，揭示所有基因編碼所代表的信息，還必須破譯浩如煙海的數據。 　　在著名的英國桑格中心裡，有關人類基因組的數據已經達到22萬億位元組，是世界上首屈一指的美國國會圖書館藏書內容的兩倍多。據這家中心估計，在未來2至3年內，與人類基因組有關的數據量還將上升到50萬億至100萬億位元組。 　　而下一步對生命與疾病的分子生物學的瞭解將幫助人類解開促使基因將人體內100多萬種蛋白質編碼的複雜原因。對這些蛋白質的排列結構和它們之間交互關係的研究將需要前所未有的計算馬力。這需要分析、分類、研究超大數量的信息並把它們同全球各地的研究中心和科學家們協調起來。 　　為瞭解決處理數據所需的龐大計算能力的問題，世界上最大的12家生命科學公司目前把近10%%的科研預算用於資訊科技投資，而且這個比例可能還將增長。 　　已經成為生命科學領域電腦伺服器主要供應商的康柏公司不甘落後，最近宣佈它將繼續投資支持新興生物技術公司，以培養未來的客戶基礎。 　　其實，IT公司還遠不止盯著這些近期利益。以基因研究為基礎的生物經濟可能在新世紀裏成為新經濟的重要組成部分，對此人們已經達成共識。 　　根據以往的經驗，率先進入市場的公司大多能夠成為行業標準的制定者，這些行業標準往往意味著巨大的經濟利益。 　　德國獅生命科學公司的股票上市之時，由於投資者看中這家公司的基因次序檢索系統（SRS）可能成為行業新標準，其股票價格在短時間裡迅速上漲了50%。 　　IT公司進軍生命科學領域，與各國政府對基因研究的支持密不可分。為了在基因組研究的下一個階段———分析蛋白質結構的國際競爭中領先，不少國家積極採取措施，促進信息業與生物產業的結合。 　　日本不久前就組織了「官產學」大聯合的「生物產業信息化研究共同體」，參加這個共同體的除了製藥、食品、生物、化學等與基因科學相關的企業外，還有不少電腦公司。 　　不甘寂寞的IBM 　　生命科學是近幾年在國內興起的新興學科，目前無論是在國內還是國外，都是一個令人關注的研究領域。IBM公司早在1992年就開始涉足該領域，目前的生命科學專利在全球範圍內居第八位。如今，IBM公司不僅是全球最大的IT公司，而且在科研領域涉足廣泛，從高溫超導體、電子掃描顯微鏡、量子計算機，到新納米材料以及生命科學。 　　「藍色巨人」IBM已經決定投資1億美元，用5年時間研製一種名為「藍基因」的超級電腦。IBM估計，與生命科學有關的資訊科技市場2003年已達90億美元。 　　「藍基因」的運算能力將是美國現有40臺最快的超級電腦運算能力總和的40倍，它主要用於模擬人類蛋白摺疊成特殊形狀的過程。世界最大的個人電腦製造商美國康柏公司，也垂涎這塊「肥肉」。 　　作為進入生命科學領域的實質性步驟，IBM公司去年建立了一個名為「環球藍圖（BlueprintWorldwide）」的合資公司，將計算機學和生物學兩個學科緊密聯繫起來。藍圖公司旨在從現存的所有分子生物資料庫中公開提供關於蛋白質的所有信息（它們的結構、功能及如何相互作用），並且從近20萬篇已發表論文中精選出數據。IBM生命科學部副總裁卡羅琳·科瓦克說：「生命科學和計算機學是有一個交叉點，藍圖公司正是這個交叉點的一部分。新興的生命科學不能沒有現代信息技術的幫助，不能離開計算機。」 　　如今，「藍色基因」已是IBM的一個項目，該公司將聚集起超過100萬個微處理器創造出世界上最快的計算機，到「藍色基因」完工的時候，它第一個任務就是要描繪出蛋白質是如何伸展開的。「10年前物理學推動了超級計算機的發展，今天推動超級計算機發展的是生物學。」 　　IBM估計，到2006年，生命科學每年在IT上的支出將達到600億美元，相比之下2000年這一數字為220億美元。IBM將發展用於生命科學的超級計算機。為此IBM正在物色更多生物信息專家，他們扮演的角色相當於30年前的管理信息系統（MIS）經理。當年的MIS經理向決策者詢問庫存水平、銷售模式等問題，然後利用計算機分析它們，給需要結論的人提供最終結論，幫助他們做出最終決策
推薦閱讀：