有人说,目前最热门的技术就是人工智能和基因生物两项,这的确是有道理的。
从事基因生物研究的人,项目的确很多,实验室成立以后,除了上门预约的科研项目,从相关网站上可以申请的项目多的数不清。我们实验室资质注册后,很多项目主动上门请求合作。在孟德尔教授来华之前的两周,我只接了两个靶向基因检测,还有一个蚊子基因检测。
靶向基因检测我分配给了他们四个研究生,经过第一次靶向基因检测的实习过程,他们对测试流程已经熟悉,这次使用三代测序仪,他们可以很快就做出结果,最重要的是数据分析工作,这需要他们四个大量学习基础知识,而这是最佳的提高基因理论学习水平的方式。
蚊子基因检测是广省的重点科研项目,这里地处亚热带,气候炎热,降雨丰沛,蚊虫自然是极多的。每年蚊子引起传染病造成的死亡,至少有几百人。随着物流运输的增加,世界各地的蚊子也来到这里,繁衍生殖,带来各种新型传染病。
仅仅广省每年用于消灭蚊虫的花费有上百亿元,各种驱蚊灭蚊的药水,蚊香,灭蚊灯,粘纸,蚊帐,电子拍等等手段一起用上,蚊子的数量丝毫不减,而且还出现了抗杀虫剂的蚊子,不怕蚊香的蚊子,毒性更强的蚊子,飞行无声的蚊子,体型更小的蚊子,形形色色的蚊子,给居民造成了极大的困扰。
广省甚至成立了一家公司,专门繁育蚊子,然后用一种病毒感染蚊子,使得它们的后代不能繁殖,把得病的蚊子放出去感染其他蚊子,就可以大量减少地区的蚊虫。每年这家公司要放出几千万只感染的蚊子,的确也取得了不错的效果。但蚊子是一种经过几亿年繁衍发展的物种,适应能力极强,很快就出现了抗病毒的品种,使得这种方式的效果大打折扣。而且每年繁殖的几千万只蚊子,要消耗广省几百万元的卫生防疫费用,这种面向蚊子的细菌武器渐渐失去关注,新的基因武器被提上日程。
最早投资转基因蚊子的,是全球首富微软的比尔盖兹!他的基金会致力于消灭疟疾,为此投资了各种防疟疾研发机构,试验各种消灭疟疾的手段,几年来已经投入近20亿美元。疟疾每年造成几十万人死亡,如果能够消灭疟疾,就可以救人无数,是一件有大功德的事业!比尔盖兹能有这样的慈善心,的确值得人们尊重。
其中英国的一个方案就是用基因编辑手段,培养一种转基因蚊子,繁衍的后代会不能繁殖,把这种蚊子放到自然界,和野外蚊子交配,就有了无后代的蚊子,这样蚊子就会被消灭了。比尔盖兹为这家公司投资了400万美元,研制出了这种蚊子。
这家公司制作出的转基因蚊子,不会叮咬人,他们把这种蚊子在几个国家试验,果然效果不错,使得蚊子数量减少了90%,减轻了了黄热症和寨卡病毒的传染。不过缺点也有,就是每年都需要投放转基因蚊子,花费很大。
华南医科大学的方案是利用雌雄蚊子的差异,培养一种特殊的雄蚊,生育的后代全部是雄蚊,而雄蚊是吸食花蜜露水,不吸血的。用这种方式可以使得雌蚊子大量减少,最终使得蚊子消失。这种方法的优点是后代的雄蚊可以不断繁殖,不需要每年投放蚊子,基因缺陷的雄蚊会一代代的生存遗传下去。
我的工作是学校这个项目的一个分项,要排序蚊子基因,并设计基因剪刀修剪它。
人类的基因是23对染色体,蚊子只有三对染色体,但这并不是说蚊子的DNA就简单,实际上,物种的复杂程度与染色体数目关系不大,染色体数目的多少,就像是一篇小说分成几卷一样,卷数多的小说,内容不一定多。
例如:染色体最多的物种是一种蕨类植物,有一千多条染色体。狗有39对染色体。而大猩猩有24对染色体,和人类不一样的哦!这也是那些宗教人士反对达尔文进化论,说人类不是黑猩猩进化出来理由之一,你看染色体数目都不一样嘛!人怎么可能是猩猩进化来的!
但实际上,把人和黑猩猩的基因测序对比,会发现有99%以上是相同的,就像是两篇小说,绝大部分内容相同,只是一个是23卷,一个是24卷,人类的染色体把其中两卷合成了一卷。
这种情形在马(32对染色体)和驴(31对染色体)之间也有相似的情形。马和驴虽然染色体数目不同,但内容高度相似,并且交配后会诞下后代,就是骡子,骡子的染色体数量介于马和驴中间,是31.5对,63条,是一个奇数,所以大多数骡子不能繁殖后代,但也有极个别的骡子是能够有后代的。
至于人和猩猩之间是否会有后代,这个还没有报导过,理论上应该是很困难!人和大猩猩的染色体形状差异比较大,很难配对,所以生育的可能性很小。这说明人和黑猩猩的遗传差距,至少比马和驴之间的差距要大很多!
这个试验在道德上实在是太邪恶了,想一想都是罪过,也不会有人胆敢去试验。
言归正传,蚊子的三对染色体中也有一对性染色体,雄性是XY,雌性是XX,这和哺乳动物一样的,把X染色体剪掉一段,就变成了Y染色体,可以生成YY雄蚊,后代就全部是雄蚊了。再后一代,雄蚊的比例也是相当高的,只要YY基因的蚊子数量够多,蚊子就会性别失衡,最终被灭绝!
问题是以前用传统基因剪刀手段,制作出的转基因的蚊子,成功率很低,只有不到10%成功率,雄蚊只有62%的数量比率。需要一种更好的转基因工具。负责这个项目的生物系陈教授,听过孟德尔教授的课程,就找到我,希望提供碳纳米管基因引导环,精确找到蚊子的X基因,剪断一段指定DNA。
我虽然知道引导环的制作流程,但从来没有动手试验过,以前孟德尔教授都是委托美国的一家公司制作。现在我打算请陈师兄帮我订制引导环。
陈师兄的工厂租用了一间科技园三期的小型三层厂房,面积只有500平米,每年的租金只要50万元。给他注资的五千万元,他先花了三千多万元,购买了一套等离子蒸发沉淀光刻设备,有了这套设备,就可以快速大规模生产切线刀,可以使用镍钴合金代替铂铱合金,切线刀的成本可以下降到一百元一把!这也是我有信心把测序仪的价格下降到200万人民币以内的原因。
另外,陈师哥又花了一千多万,订制了两套隧道显微镜,用于纳米拼装操作,这两套新型隧道显微镜,使用了单壁碳纳米管探针,直径只有0.5纳米,这比他们之前使用的金属探针,精度和耐用性提高百倍,纳米移动和组装的效率大增。
专业的人就是专业,听过我的要求之后,陈师哥只用了三天,就制作出了一百多套引导环,单价只要了一百元一套。这个数量只够我们做一次小规模的基因编辑试验。如果基因引导环技术大量使用的话,引导环的使用量会非常惊人,这又是一个巨大的市场。
把引导环制作成基因剪刀,注射到蚊子的受精卵中,很快,结果就出来了,效果很好,改造的蚊子胚胎,出生的100只蚊子有98%是YY雄性蚊子。然后,就需要这批变异雄蚊与野外雌蚊子交配了。
当第一代基因编辑蚊子从卵孵化,经过幼虫和蛹,最终成虫飞行,具有繁殖能力,繁育出下一代蚊子,足有几万枚卵,100%都是雄蚊!这个过程需要三周时间。
这个过程再来两次繁殖,就能生成上亿只蚊子,可以把这些雄蚊子放到各地自然环境中。首先在莞城市樟树镇开始试验,效果非常理想,只用了不到两个月,这个镇子的这个品种的蚊子数量,减少了九成多!剩下的大多是也是雄蚊,雌蚊子非常罕见!
然而蚊子的适用能力是很强的!樟树镇的蚊子有三十二个品种,不同品种的蚊子之间基因内容的差距超过了3%!比人和黑猩猩的差距超过三倍多!所以不同品种的蚊子之间不会繁殖,当这个品种的蚊子数量减少后,其他品种蚊子的数量开始激增,补足了这个品种缺失的数量。
而之后的几个月,这个品种的雌蚊子不断从外地迁移过来,X染色体不断稀释Y染色体,这个品种的雌蚊子的出生率又开始上升了!如果要消灭这些雌蚊子,就需要不断投入更多的基因编辑雄蚊!投入真是非常不菲!
依我看,想依靠基因技术灭绝一个地区的蚊子,其实是不可能完成的任务!蚊子的种类很多,还会产生变异,繁殖速度又超快,基因编辑的蚊子数量太少,如同用一个水瓢要舀干一个大海一般,根本做不到。生命系统经过长时间的进化,经历过的各种危机和险阻,自身的基因具有强大的变异适应能力,蚊子这种动物,除了南极洲之外,它可以生活在热带的沼泽,温带的原野,西伯利亚的寒冷森林,分布在世界的各个角落里。在寒带的冬季,他们会进入休眠状态,沉睡大半年之后,一旦温度适宜,就会迅速繁殖,一个月之后就会漫天飞舞。
蚊子是最能适应地球严酷环境的动物,想依靠基因手段消灭蚊子,不见得比化学药剂的手段更有效。在这段试验期间,有些砖家在网络上怪叫,说什么基因灭绝蚊子会破坏大自然的生态平衡之类的,基因武器将来会灭绝人类!都是狂妄自大,杞人忧天,不值一笑的。
真正长久奏效的灭蚊措施,还是整顿环境卫生,清理污水,增加食用蚊子的鱼类,蛙类,壁虎类,鸟类等蚊虫天敌的数目,回复生态的平衡,才能减少野外的蚊子数量。
在泰国曼谷地区,蚊子的数量就出奇的少,当地人信奉佛教,不杀生,这样壁虎青蛙小鱼等蚊虫的天敌数量特别多,在街道房屋的墙壁上,经常可以看到大量的壁虎出没,这些动物每一个每天都要消灭上百只蚊子,那些有寄生病毒的蚊子,会比较弱而更容易被他们捕食,所以曼谷地区的蚊蝇飞虫很少,虫类的传染病也比较少。到了泰国南部,当地信奉佛教就比较少一些,他们讨厌壁虎之类的动物,蚊虫天敌少了,蚊子就非常多,传染病也就多了起来。
所以,人类科技还没有你想象的那么强大,比起自然界的生物力量,还差的很远!真正值得人类依靠的,还是自然界的力量!
不过基因手段,在杀灭一个地区的特殊品种的某种传染源蚊子,短期内还是很有效的。这个试验的周期很长,有两三年的时间,我的本科生们也被动员参与进去了,他们召集了一些有兴趣的其他班级的本科生,组成了一个志愿调查团队,调查了几个地区的蚊子生长和分布情况,写出来一份水平不错的科研报告,获得了广省大学生科学创新一等奖。