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每个人都有自己的DNA知情权。

比尔·盖茨对《连线》杂志说,如果他还是个少年,他就会做生物黑客了。“如果你想用伟大的方式改变世界,就从生物分子开始吧。”

想当厨子的生物学家是个好黑客》,这里是生命科学领域的比尔·盖茨和乔布斯的故事。

小红猪将连载本书前言、第一章和第十章内容。

今天放出的是本书第十章前半部分内容。前文回顾:《[小红猪]生物黑客,开源生命的信息》、《[小红猪]在厨房里检测家族遗传病》。

约翰·施朗登(John Schloendom)对死亡这个话题很着迷,不过我在他实验室跟他见面的那天,他看上去并不像这样的人。他穿着一件印着棕榈树图案的亮橙色polo衫和黑色的裤子。他身材瘦削、性格活泼、十分爱笑,笑起来的时候,一簇金棕色的胡子下面会露出一排又白又亮的牙齿。施朗登出生于慕尼黑,在他身上,你能同时看到一些德国文化中的典型特质和很不典型的特质。他痴迷于死亡这个话题,但并没有海德格尔(即马丁·海德格尔(Martin Heidegger,德国哲学家,20世纪存在主义哲学创始人。——译者注)和赫尔佐格(即沃纳·赫尔佐格(Werner Herzog),德国导演、编剧、演员和制片人,是新德国电影运动中最著名的导演之一。他的作品大多以狂热、孤独的狂想者为主人公,强调人力与天意的对抗,很多作品具有寓言意义。——译者注)式的强烈的严肃感。施朗登觉得,死亡是一件荒唐事,而且,是一件亟待解决的事情。

我遇到他的时候,施朗登告诉我,他的新公司刚刚获得了一笔50万美元的投资,资助他实现自己的一个想法——控制人类机体自身的免疫系统杀死癌细胞。这位28岁的年轻科学家认为,这种方法不仅仅是一项治疗癌症的可能进展,也可能是一种真正治愈癌症的方法。不过,他还有更大的野心。

“对我来说,解决死亡一直都是个十分明确的目标。问题只是怎么能实现。”他这样告诉我。说这话的时候,他大笑起来,不过显得非常认真。

“我对永生很感兴趣,这种兴趣使我对科学也产生了兴趣,因为我觉得科学是实现这个目标的一种途径。”他说:“我不觉得这是野心。我觉得生命是革命的本钱,所以我们得先确保自己小命不丢,然后我们才能思考如何生活。”

施朗登2005年来到美国,那时候他刚刚在剑桥大学参加了一场长寿研究爱好者的学术会议,那场会议对他来说绝对是意外收获。会议是由奥布里·德格雷(Aubrey de Grey)主持的,他本来是剑桥大学的计算机科学家,后来变成了老年病学家。他提出的延缓衰老的理念使自己受到了热烈的追捧,也受到了强烈的批评。施朗登当时刚刚在德国获得了生物化学硕士学位,他想用细菌来治疗心脏疾病,那时候他有时间、技术和意愿去实现这个目标。一家私营航天企业为他提供了资金,而亚利桑那州立大学的生物设计研究所的环境生物技术部主任布鲁斯·里特曼(Bruce Rittman)为他提供了实验室。

里特曼毕业于斯坦福大学,作为一名环境工程学家,长久以来,他一直专注于寻找用细菌处理垃圾的方法。他发明了利用微生物净化水的技术,目前正在研究如何用类似的方法将生物可降解垃圾转化为电力。里特曼说,所谓的微生物燃料电池,是将特殊的细菌用遗传工程的方法做成一张“生物膜”,它是燃料电池中的活材料。这些细菌将生物垃圾作为养分,在代谢食物的过程中,细菌会将电子从垃圾中转移到电池带正电的一端,这就是无须燃烧的能量制造过程。施朗登说,他和里特曼一起研究清理环境废物或将垃圾转化成燃料的方法能否用来清理人体中的有害物质。施朗登想知道,里特曼用来分解水中有毒物质的技术,是否能够把血液中的胆固醇也清除掉。

这个观念与德格雷的抗衰老理论不谋而合。德格雷长久以来都是一位备受争议的人物,他因为大胆宣称科学可能会使人类永生而受到媒体的广泛关注。他看上去就像是个疯狂科学家,红色的胡子一直垂到胸前。他并不羞于在媒体上发表有煽动性、影响广泛的论述,比如“我认为,我们有充分的理由去设想,未来任何人的生理年龄永远都可以在20~25岁之间波动”。他是玛士撒拉(玛士撒拉(Methuselah),圣经旧约中的族长。《圣经·创世纪》中提到,玛士撒拉活了969,是最长寿的人。现在玛士撒拉就是长寿者的代名词。——译者注)3基金会的创办者之一,这个基金会鼓励学者研究与长寿有关的课题,对于发现了延长老鼠寿命的创新性方法的研究者,基金会将授予他们一百万美元的玛士撒拉奖。德格雷作为一个计算机科学家而不是生物学家,是正宗的生物朋克行为榜样。他没有生物学的学术资历,但这并不妨碍他实现自认为强大的想法。但这些想法是否产生了预期的结果,目前争议颇多。

德格雷的抗衰老理论中有个根本前提,他自己将它称为掌控微小衰老策略(Strategies for Engineered Negligible Senescence),简称为SENS。SENS主张,科学已经鉴定出7种人体中的细胞和分子损伤。在德格雷的分析中,这些损伤并不是造成衰老的原因,这些损伤本身就是衰老。所有的衰老疾病都是由这些损伤引起的。为了防止衰老、使生命无限延长,德格雷认为,科学家应该关注阻止和逆转这7种损伤的办法。只有那样,人类才能够达到德格雷所说的“寿命逃逸速度”。主流科学家中有不少德格雷的批评者,尽管他们嘲笑德格雷本人,但他们也同样相信德格雷计划里的终极逻辑。无论如何,德格雷都成功地吸引了一些非常聪明的人和资金,这两样东西可以让他的梦想生生不息。

SENS模型将一种损伤类型定义为“细胞内积累”,施朗登将其表述为细胞内积累的“垃圾”。其中,最著名也是最致命的一种物质是胆固醇。这种物质在动脉中沉积下来形成脂肪沉积,这会造成心脏疾病、心力衰竭和卒中。在投资者和里特曼的支持下,他搬到亚利桑那州继续这项研究。

美国最早开展有关SENS模型研究的机构就是里特曼实验室里的一个小角落。由于施朗登有自己的实验经费,所以他不用费心参与实验室研究环境污染的主业。他可以随便往胆固醇里扔任何他想到的微生物,看看有没有哪一种微生物可以把这些“垃圾”吞掉,成为对人体无害的副产物。由于进展良好,他的工作吸引了那些相信德格雷理论的人,其中有一些人财力雄厚。于是世界各地的资金开始投给他的项目,施朗登说,那时候他开始要求捐款者顺便寄一些土壤过来。他收到了世界各地的土壤样品,每一种样品都含有特殊种类的细菌,他能检验这些细菌与胆固醇的反应效果。这个项目成了他在里特曼实验室读博士时候的学位论文的基础,他甚至有了足够的资金从实验室角落搬出去,搬到“沙漠中央”(即亚利桑那州中部——译者注)的一间仓库里,并在那里建立了自己的实验室。

施朗登的实验室有一些志愿者助理,艾瑞·金特里(Eri Gentry)就是最早的助理之一。那时她刚刚从耶鲁大学毕业,就住在亚利桑那州的一个监狱镇上,沿高速公路开一个小时的车就能到达。她当时正在寻找可以大展宏图的发展领域。这两个人的相遇是一个重大契机,对任何一个想知道自己能不能在车库里创办制药公司的人来说,遇到对的人都是一个重大契机。

金特里在亚利桑那州的弗洛伦斯镇长大,这是一个位于图森和凤凰城中间的一个小镇,这里总共有9座监狱。她的父母经营一家杂货店,金特里说,她从5岁开始就在这里全职工作。

金特里说,她所在的高中资金非常有限,连教学楼都是危楼。亚利桑那州的7月骄阳似火,他们就在临时搭的棚屋里上课。邻近学区的学校能花一百万美元购置新的电脑,她的学校却拿不出一分钱来买电脑。镇图书馆就是他们的图书馆。不过,她成绩非常出色。她说,父母通过经营杂货店教会了她如何辛苦工作。金特里还说,任何与科学有关的东西她都能搞定。只要有科学展览,她肯定拿头奖。

我问她,她小时候是不是一个极客。“我是跟别人不同,但我们那里容不下极客。”她对我说:“在那里连引人注目的自由都没有。所以我只是自己捣鼓。”

尽管她表现优异,但金特里说自己申请耶鲁大学也只是申请着玩儿的。弗洛伦斯的学生从没有上耶鲁的,基本上他们都不会离开这座小镇。但是她被录取了,于是她就走出了这座小镇。

金特里打算到耶鲁之后继续发奋努力,这是她人生中反复的主题。她竭尽全力完成经济学和生物学的双学位,但是她发现,即使自己再出色也终究是有极限的。最后她决定完成经济学学位,不过她对于科学的兴趣从未消退,同样没有消逝的还有她希望改变世界的理想。

2006年,金特里从耶鲁大学毕业,她回到了弗洛伦斯,她回到父母身边是因为身体原因,对此她不愿多谈。不过,尽管看起来回到弗洛伦斯这个小地方是再度被限制在这种平淡的生活中,但目前的事实证明,这却是向她的理想又迈进了一步。她一边调养身体,一边在斯科茨代尔市施朗登的实验室中做志愿者。

在这里,她头一次深刻体会到科学家日常生活中的沮丧。学术界的诸多限制会让科学家不能做自己真正想做的事情,而他们必须要处理这个问题。

“在学术圈,你必须得努力工作,必须要发表文章,必须得获得P.I.(principal investigator实验室负责人)或更高层主管的认同。”她说:“但P.I.和更高层的主管参加学术会议时,和朋友在一起时,闲聊‘如何在这个领域创新’的时候,他们并没有那么认真。”

她说,她发现在制度化的环境中,所有的这些激情都消失了,这并不是因为某个人,而是因为这个制度的结构。在这个制度下,科学家并不是团结起来发现和制造新东西,他们都在担心别人会不会窃取自己的想法,偷走自己的知识产权。金特里说,她观察到,这样做的结果就是创新能力的委靡。“如果你自己创造的东西你都没有所有权,那为什么还要辛苦把它创造出来呢?”

但是,金特里看到的扼杀创造力的现象并没有让她变得愤世嫉俗,相反,她从中看到了机遇。在体制内,科学家所做出的每一个科学决策都可能影响自己在某个机构中的职业生涯。如果从这种制度中退出,也许他们就能花更多的时间实现自己的设想,而少花些时间为办公室斗争着急上火。

“有的科学家拥有伟大的想法,但是却不能从所有权困扰中解放出来,我希望能为他们做些什么。”金特里说;“我看到了一种简单的解决办法,就是给他们提供工具。”

施朗登说,他实验室里逐渐壮大的志愿者队伍和他一起发现了几种微生物,这些微生物能够分解胆固醇。他们也成功地用类似的手段找到了避免黄斑变性的方法。黄斑变性是一种常见的会造成失明的视网膜疾病,常见于老年人。这所实验室的研究成果获得了一些专利。施朗登说,其他SENS研究人员如今正在努力研究如何把他的发现转变成一种降低胆固醇的药物。

给这项研究做收尾工作的时候,施朗登已经获得了博士学位,并且准备好进行下一项工作了。他和金特里变得亲密,他们也变得焦躁不安。他们相信,伟大的研究项目应该根据自身状况向前推进,不需要任何机构的认可或限制,这就是他们决定要做的事情。最后促使他们走出这一步的,是他们的一位朋友的悲惨命运。这位朋友是在亚利桑那州立大学的实验室中工作的同行,40岁时,他被诊断患了癌症。她至今仍旧对那个德国的实验治疗感到愤慨,她说,她的朋友无法尝试这个疗法,只因为治疗设施在节假日不能使用,就这样官僚主义又一次妨碍了他。几个月之后,他就去世了。之后,金特里和施朗登搬到了硅谷,住进了山景城里一栋普通的公寓里,那里距离谷歌总部只有几英里。他们只想着一个目标:做自己想做的事情,好让其他人不再承受他们那位朋友所经历的痛苦。他们打算直接开始尝试,不等补助金、投资者、政府的管理者或其他人的许可。

要获得研究用癌细胞不是只要填好信用卡号码和邮寄地址就行了。20世纪90年代,伊拉克的一个新闻记者通过邮购的方式把炭疽病毒寄送到了一间酒店房间里。在这之后,关于生物研究材料的管理规定就更加严格了。尽管没有任何证据能证明实验室里研究用的活的癌细胞能感染人类,但是要想从生物供应公司里邮购这些细胞,你还是得拿出证明来:你属于某个正经的研究机构。普通大众不可能轻易获得这些材料。DIY生物学家非常鄙视这些规定,他们认为,负责任的公民应该有研究的权利。“生物朋克对有关独立研究的诸多限制深表遗憾。”梅瑞狄斯·帕特森在《生物朋克宣言》中写道:“因为,尝试独立地理解周遭世界是一项基本人权。”

足智多谋是所有DIY事业的精髓,因此施朗登不愿意让一点点繁文缛节成为阻碍。在赛百味店里,他和一位愿意分享资源的研究者见了一面。这位研究者走后,施朗登一个人对着他的三明治,高兴得不能自已。他坐在桌子旁打电话给金特里:“艾瑞,艾瑞!我太激动了!我有结肠癌和前列腺癌了!”店里其他的顾客仍忙碌地盯着他们的饮料。

在施朗登心里,目标非常明确。为了获得支持,他需要向别人展示,自己能够创造出让白细胞杀死癌细胞的合适条件。获得一些关注后,他可以向投资者兜售自己的假说,即当一个人患上癌症后,如何诱导这些细胞起作用。杀死培养皿里面的癌细胞跟杀死活着喘气的病人身体里的癌细胞可不是一码事儿。施朗登不是第一个想到细胞有这样的能力的人,也不是第一个想证明这种想法的可行性的人。如何控制免疫系统才能使其能够战胜癌症,这方面的研究是近年来生物领域的热门话题。但是,施朗登恐怕是第一个舒舒服服地在自己家里动手尝试的人。“整个项目的风险都在摧毁首个癌症细胞上,所以我们就动用最少的装备去完成这件事情,而且我们可以在厨房的桌面上进行。

他们的项目设施充分体现了一个DIY主义的原则,即够用就好。他们需要一个无菌操作台,这个实验室基本设施是用来保持实验环境的空气尽可能无菌的。金特里用一个塑料整理箱、一些塑料板和一个二手的高效微粒空气过滤器组装了一个超净台,然而如果购置一台全新的无菌操作台,恐怕动辄要花掉上千美元。人类细胞只有在具有丰富二氧化碳的环境中才能繁衍生息。设施完善的实验室中,通常都会随时备有几罐液氮,它们会向温控培养箱中注入氮气。金特里和施朗登两个人为了解决这个问题,买来了一块干冰。他们用自封袋装了一些干冰散发出来的雾气,把他们的培养皿封在袋子里。为了记录下活动的细胞图像,它们在显微镜上装了一个USB相机。施朗登说,如果去易趣上淘淘,说不定能用更低的价格买一个这样的相机。

实验本身的理念并不复杂。他们要把不同的癌细胞分别与施朗登和金特里血液中的白细胞混合。这两个人在YouTube上看了一段抽血的教学视频,然后就把针头往身上扎。施朗登从血液中纯化出他们需要的白细胞,然后他又培养了各种癌细胞,包括结肠癌细胞、前列腺癌细胞和海拉(Hela)细胞。最后一种癌细胞可能是所有生物医学研究中最有名的细胞系了。海拉细胞是约翰霍普金斯的研究人员在20世纪50年代从名叫汉丽埃塔·拉克丝(Henrietta Lacks)的患者体内取出的宫颈癌细胞,而拉克丝对此并不知情。她的这些癌细胞是第一个被弄明白怎样保持永久活动的细胞系。从拉克丝体内取出这些细胞不久,她就在癌症的折磨下去世了,然而这些细胞却比她多活了50多年。

关于海拉细胞,可阅读小红猪连载的《永生的海拉》部分章节,译者是桔子哦。

所有材料都就位了,这两个人便凑在桌子旁,把白细胞涂在长着癌细胞的培养皿中,用自封袋把这些培养皿装起来封好,放在显微镜下,然后又把相机设定为定时拍摄模式,就上床睡觉了。

图像会告诉他们发生了什么。金特里身上一些叫做粒细胞的白细胞战胜了宫颈癌细胞,这些癌细胞比攻击它们的粒细胞大得多。金特里的粒细胞就像水中的食人鱼嗅到了血腥味,包围了那些比它们大得多的猎物,向其发起猛攻,直到被围攻的癌细胞最终裂开。

“我们非常幸运,因为我们开始尝试的第一天,我们就看到,尽管我自己的免疫细胞啥事儿也没做,但是艾瑞的免疫细胞杀死了一个癌细胞!”施朗登说。

厨房桌面上的实验只是施朗登和金特里的DIY研究的开始,但是,这个实验的结果暴露出了关键的问题。表面上金特里的细胞摧毁了癌细胞,可这些粒细胞是怎么做到这一点的?更重要的是,它们是如何锁定攻击目标的呢?同样,为什么施朗登的细胞却没有做相同的事情?研究者获得了一些进展,使他们对免疫系统的抗癌力量的机制有了更深入的了解,但是中心的医学谜题还没有解开:为什么有些人会得癌症,而另一些人则不会?

在一些研究发现的基础上,施朗登和金特里想认真研究免疫系统来寻求答案。是否会得癌症看起来好像跟遗传有关。随着年龄的增加,一个人患癌症的概率逐渐上升,而岁数特别大的时候,这一概率则不再上升。这意味着,可能有些人不仅仅是没有得癌症,而且他根本不会得癌症。施朗登偶然看到了一项1957年的研究,这个研究的方法让人震惊,不过结果十分有趣。同年发表在《时代周刊》的一篇报道描述了这项研究:“哥伦布市的俄亥俄州立监狱中,守卫森严的娱乐室的板凳上坐着53名罪犯,他们当中有被判无期徒刑的谋杀犯、有银行抢匪、有盗用公款的经济犯、也有伪造支票的诈骗犯。他们中的一些人穿着医院服务人员的白色衣裤(他们在监狱里的志愿工作的要求),而其他人刚刚从工作岗位上过来,穿着蓝色的粗布工作服。被叫到名字的犯人会走到楼上的一个有急诊外科设备的房间里,坐下,然后卷起袖子,伸出一条胳膊。然后,来自曼哈顿斯隆凯特琳研究所的切斯特·M.索瑟姆(Chester M. Southam)医生拉住他的前臂,往里面注射肝癌细胞。”

索瑟姆想知道,健康人的免疫系统是否会对注射进来的癌细胞产生排斥反应,就像机体排斥移植器官和其他组织一样。《时代周刊》上的这篇文章中还描述了每位犯人手臂皮下的水疱,里面包含无数癌细胞。有些犯人的手臂肿胀起来,变得红肿脆弱,这表明免疫系统起作用了。另外一些人则没什么感觉。两周之后,外科医生从犯人被索瑟姆注射了癌症细胞的地方切下几块肉。他把这些样本带回斯隆凯特琳研究所,他发现所有注射了癌细胞的人中,这些癌细胞都彻底消失了,其他有一些也基本上都消失了。

索瑟姆的实验证明,免疫系统具有抗癌细胞的能力。但是究竟是哪一种免疫起作用了呢?

人体的免疫系统可以分成两部分:获得性免疫系统和先天性免疫系统。后者包含许多“操作指令”,相当于某种模式识别软件,通过这个软件,人体能够迅速识别外来入侵者并努力将其消灭。在漫长的演化中,人体神奇地变得能够自动抵御许多常见的病原体,包括麻疹病毒、流行性腮腺炎病毒、普通感冒病毒和流行性感冒病毒以及链球菌、葡萄球菌、各种真菌和沙门菌。

另一方面,获得性免疫系统能够学习识别那些先天免疫系统无法识别的病菌。人体中的一个演化奇迹就是T细胞,依靠T细胞,获得性免疫系统表现出复杂的生化“智能”,它能对那些不受欢迎的微生物采取行动,并对其产生专门的抗体。一旦获得性免疫系统认识了一种病原体,它就再也不会忘记了。没有出现麻疹疫苗之前,患者终生只会患一次病。如果挨过去了,之后他们的身体就能轻易搞定麻疹病毒导致的继发性感染,这都得归功于免疫系统在对病毒的应答反应过程中会持续产生抗体。疫苗也是根据相同的原理,通过“欺骗”获得性免疫系统发挥作用的。由于天花病毒和牛痘病毒有足够高的生化相似性,所以爱德华·詹纳的天花疫苗虽然是利用无害的牛痘病毒刺激获得性免疫系统产生抗体,但是这些抗体能同时抵抗两种疾病。而其他疫苗,例如小儿麻痹症疫苗和流感疫苗,通过让人体接触灭活病毒,也能使获得性免疫系统获得病原体的信息,并学会抵抗这种疾病。

从直觉上讲,在这两个系统中,获得性免疫系统更像有抗癌可能性。由于深受癌症折磨时,患者似乎并没有产生先天免疫系统应答,也许抗体是通过后天订制的方式抵抗癌症的。可能,我们的身体也可以通过接受“训练”,学会抵抗癌症,就像我们用疫苗让身体学会抵抗病毒一样。

2010年春天,美国FDA批准了普罗文奇(Provenge)的制售申请。普罗文奇是树突时代公司(Dendreon Corp.)研发的治疗晚期前列腺癌的疫苗。它被誉为首个获批的癌症治疗疫苗,尽管这种药物本身主要是由病人自己的细胞组成的,普罗文奇还是为它的研发者赚了上百万美金。为了生产这种药剂,公司需要从病人的血液中获取免疫细胞,然后让这些免疫细胞接触在前列腺癌细胞中发现的一种蛋白质,这种蛋白会刺激免疫细胞产生免疫应答。然后,公司再将这些带着前列腺癌“通缉令”的细胞重新注射到病人体内。免疫细胞会锁定已经扩散到全身的前列腺癌细胞。由于它们只会专一地攻击癌细胞,普罗文奇这种药物不会影响到健康细胞,能对化疗常见的可怕副作用有所限制。临床试验发现,普罗文奇能够帮助患者延长4个多月的生命。

对施朗登和金特里来说,4个月的生命是不够的。而且,他们认为,利用获得性免疫系统抵抗癌症的其他研究结果显示出这一方法的局限性。他们相信,获得性免疫系统可能有点“太聪明”了,以至于,跟先天免疫系统那种蛮力方式相比,精妙的机制使获得性免疫系统更容易“被骗”。这两个人引用的几个研究结果表明,癌症可能会通过让本该是“攻击者”的免疫细胞相信癌细胞其实是“自己人”,从而让获得性免疫系统失效。所以,他们决定把抗癌研究集中在机体天生的免疫应答中。也许,免疫系统中更为原始的部分更有希望产生有效的治愈方案。

由于施朗登有视频证据,他又获得了一小笔投资,这些投资足够让他们把实验室从厨房搬到车库中。

关于本书

作者:马库斯·乌尔森(Marcus Wohlsen),先后毕业于哈佛大学和加州伯克利大学。现为《连线》杂志记者,专注技术类报道。

译者:肖梦,果壳ID:JacquelineShawn,魔都某校生物科学专业一小本,原应走上科研斗士之路,却阴差阳错地在科普翻译行当里越玩越开心。爱科学,爱翻译,立志做个优秀信息搬运工。

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One Response to “[小红猪]癌症研究院——厨房篇”

  1. Illusiwind说道:

    ASU的大BioDesign还整这玩意啊……吐槽无力- -