3月29日,科學家大講壇:陳潤生院士專題報告一一遺傳密碼你知道多少?在重慶市第十一中學校舉行,吸引了在場1000多中學生專注聽演講。上游新聞記者 楊新宇 攝影

  2000年6月26日,人類基因組工作草圖基本繪製完畢並向全世界公佈。這是迄今爲止人類完成的最重要,也是最令人驚歎的圖譜。通過人類基因組計劃的實施,科學家們開始逐漸觸碰到了生命的奧祕。

  近日,來渝參加第34屆重慶市青少年科技創新大賽的中科院院士陳潤生,來到重慶市第十一中學校,和孩子們一起回憶了他參加人類基因組1%工作草圖研究的“歷歷往事”。

  一封信改變了他的人生

  已經78歲的陳潤生院士,當天中午12點纔到重慶,喫飯短暫休息後,中午1點多,就到了第34屆重慶市青少年科技創新大賽的現場——重慶市第十一中學校。

  爲了讓孩子們多瞭解前沿科技,近兩個小時的演講,他幾乎沒喝一口水。在講完接受記者採訪時,才一口氣喝掉了大半瓶礦泉水。

  “能多講點就多講點,我以前也接受了老一代的提攜,我也有責任點燃他們對科學的熱情。”

  對科學的熱情,改變了陳潤生的研究道路。

  上世紀80年代,國際上開始討論是否有機會要破譯人類的遺傳密碼。在1989年的12月的一期的Nature上,發表了當時美國任命的人類基因組計劃的首席執行官、著名的諾貝爾獎獲得者詹姆斯·杜威·沃森的論文,“他談到了即將開展的人類基因組計劃的研究以及他對這個事件本身深遠的科學影響的意義的看法,我當時看了以後,心裏非常非常的激動,作爲科學工作者,我就覺得這個事太重要了。”

  激動的心情沒處發泄,陳潤生當即給沃森寫了封信。

  一個月後,傳達室的工作人員給陳潤生說,“我有一封從美國寄來很大的郵件。我當時從德國回來,和美國沒啥聯繫,就給他說,是不是看錯了,因爲所裏面有幾個人的名字拼音很像。”

  傳達室的工作人員也很認真,仔細看了後告訴陳潤生:“是你的。”

  半天沒想出誰會給他寫信,陳潤生到傳達室取信,“第一件事就是確認,信到底是不是我的。我一個字母一個字母的拼,確實是我的信。”

  打開信,陳潤生說,“看了真是激動,打開看到三樣東西。一樣是兩頁的信,這封信是沃森委託美國人類遺傳密碼破譯計劃辦公室主任布朗教授回的。信裏首先對我們作爲中國科學工作者對人類基因組計劃也感興趣表示感謝,同時說了一些關於人類基因組研究的意義。第二頁是說寄來兩本材料,一個是美國第一個人類基因組計劃的藍皮書,第二個文件是最近美國國立衛生研究院的實驗室的設置和每個實驗室的主管科學家的介紹。這個材料中最着重介紹的一個部門,是一個新成立的部門叫做基因組信息學。圍繞它,這個計劃裏決定美國要開展人類基因組研究,要成立若干個部門,來進行人類遺傳密碼的破譯工作。”

  一分錢不要 也要擠到中國破譯團隊去

  有熱情,再加上沃森的回信,原本研究物理、數學的陳潤生有了一個大膽的想法,“有一股自己想剎車都剎不住的動力,想辦法要擠到人類遺傳密碼計劃的中國團隊裏去。”

  當知道中國要組建團隊時,陳潤生就就想辦法找到負責人之一吳旻先生,“給他說看能不能吸納我。我給的解釋之一是,我是學理論生物學的,我可以負責基因組的組裝和分析工作,這可以和其他專家的工作互補;在當時科研經費非常緊張的情況下,我說我可以一分錢不要,只要能參與這項工作就可以了。”

  吳旻給陳潤生的回答是,“商量一下,後來他找到我說‘歡迎你到我們隊伍來’,雖然我說不要錢,但還是給了經費的。”回憶起這段往事,陳潤生不忘就此鼓勵學生們。

  “這兩個機會,都是在自己對這個學科感興趣的背景下,其實本來跟自己沒有關係,只要自己認爲這個方向是對的,你的努力,你的執着,總是有辦法讓你完成某些工作取得某些結果。”

  臺下掌聲一片。

  陳潤生說,人的遺傳密碼有非常非常多的符號,要了解這個內涵,一定要成立一個新的部門——基因組信息學。這是一個新的學科領域,它的研究對象就是遺傳密碼,研究內容就是遺傳密碼蒐集、整理、存儲、發佈給大家使用、分析以及解釋等,即生物信息學最早的一次科學定義。

  從那時起,陳潤生就開始從事這方面的資料收集,同時研究有哪些方法破譯人類的遺傳密碼,自此走上了所謂生物信息學的研究的路。

  一次人類創舉 卻用了最“笨”的方法

  人類遺傳密碼總的長度是30億個符號,即30億個鹼基對。如果你對30億隻是一個數字,那陳潤生可以舉很多例子讓你信服,這不只是一串長不可及的數字。

  “如果把自己的這30億個遺傳密碼測量一下,測完以後要裝訂成一本書,這本書如果每頁記載3000個遺傳密碼,100頁裝訂成一本書,你自己的遺傳密碼就要裝訂一萬本這樣的書。如果按一本書一釐米厚計算,一萬本書有一萬釐米,即100米,如果再按2.5米一層樓計算,一個人的遺傳密碼之書就有40層樓那麼高。

  而如果你想把自己的遺傳密碼輸到計算機裏留做紀念,一天敲555000個,“按一本中篇小說20萬字,你一天敲2.5本中篇小說,也要連續敲15年。這個天書是不好讀的。”

  陳潤生所說的這個不好讀,確實是因爲密碼太長。

  “即便是到目前爲止,也沒有任何儀器,能夠把遺傳密碼從頭讀到尾。到現在爲止,一次也最多隻能測幾千個。”

  那30年前,30億個符號是怎麼讀的呢?

  “把這麼長的符號切成一斷一斷的,也就是說,要測一段密碼,就得切開來測,但切斷以後,測完,再也接不起來,因爲丟掉的信息是恢復不了的。”陳潤生說。科學家們遇到的這個難題,用了一個最“笨”,也是最簡單的方法來解決。

  “就是一個人的遺傳密碼,能不能把這個遺傳密碼造出兩串。就相當於是買兩本一樣的書,切斷了這本拼不好,還有另一本可以湊。”陳潤生說,由於人的遺傳密碼是國際大協作,“一個最基本的指標,是測完了以後,要把它90%都拼齊了。後來實際測來測去發現,要真正達到90%,兩本書不夠,最後是5本書。也就是測了一個人的5串遺傳密碼,才真正完成。

  這項媲美阿波羅登月計劃的創舉,“非常重要的工作就是重複做很多工作。”也正是這樣不斷的重複,才讓“基因”的發現帶來生物學革命,其重要性就好似“原子”的發現帶來物理學革命,“字節”的發現帶來互聯網革命一樣。

  2001年2月15日與16日,人類基因組計劃聯盟與賽萊拉的文章分別在《自然》與《科學》雜誌上發表。論文幾乎佔據了這兩份雜誌的全部篇幅,也成爲《自然》雜誌有史以來刊登的最長論著。

  由於作者多達7000餘人,“名字都只有索引。”

  然而,在2018年4月5日的《科學》雜誌上,不僅封面是由中國科學家選定的中國梯田,還以封面形式發表了中國科學家《水稻(秈稻)基因組的工作框架序列組》。

  上游新聞記者 羅薛梅

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