VIRUS D.I.Y.
自己動手作病毒
最近美國紐約州立大學石溪分校 Eckard Wimmer 教授為首的研究團體﹐ 依據公 開之小兒 痲痺症病毒基因體序列﹐成功地利用有機化學合成法創造出具傳染性 的小兒痲痺症病毒(Poliovirus) 。經由動物實驗結果證實﹐ 該人造小兒痲痺症病 毒與天然病毒的傳染性一致﹐在實驗動物身上也會帶來四肢痲痺的症狀。
Dr. Eckward Wimmer 的這項具爭議性的實驗計劃﹐事實上是受到美國國防部的 贊助﹐主要目的是開發反生物恐怖主義攻擊的應變措施。這實驗成果發表的另一目的﹐也是提醒有關當局和科學界﹐警告相關基因工程技術可能被恐怖分子利用在生化武器製造上的可行性﹐以今日的科技水準自己動手作病毒並不是一件難事。
美國政府的 Defense Advanced Research Projects Agency 在過去三年內﹐ 每年投注三十萬美金到該病毒研究計劃。如果能了解病毒DNA生產過程﹐會是找出消滅病毒新方法﹐與知道病毒任何改變與逃避疫苗控制的主要關鍵。專家同樣該項生產傳染病源的研究﹐並沒有違反1972年禁止生物武器的協定。
許多病毒是由一層蛋白質外壁包含DNA或RNA遺傳單位之基本微生物。被傳染的細胞被一旦病毒侵入後﹐病毒之遺傳單位就挾持細胞內部蛋白質合成功能﹐讓原本健康細胞變成一個複製與生產該病毒的工廠。所以理論上﹐如果能生產出病毒的完整的RNA和DNA序列﹐將其遺傳單位注入適當的細胞中﹐新的活性病毒就能被大量生產了。
Poliovirus Genome - 7500 Bases at 40 Cents a Base
小兒痲痺症病毒之基因體在生物界中是算微小的﹐它只是由約 7500 個 RNA 鹼 基單位組成。與共有約三十億個 DNA 鹼基單位組成人類的基因體相形之下﹐ 該 病毒的遺傳基因體結構並不複雜。但是事實上如果從零開始﹐要完整地組合該病毒的基因體序列﹐還是一件大工程。現有的基因片段合成儀器﹐一次只能有效率的組成 50 到100 之間個鹼基長度的基因片段﹐而且一般儀器生產的大多是 DNA片段﹐而不是該病毒基因體的RNA片段。所以紐約州立大學石溪分校的科學家﹐分批多次從合成基因片段的生物科技公司郵購約 60 個DNA鹼基長度的 基因片段﹐慢慢的依據網路上公開之小兒 痲痺症病毒基因體 序列﹐連接成完整 的病毒基因體。因為合成基因片段在今日生物科技應用市場上的普及性﹐每個鹼基的郵購價格只需美金四毛左右。
這些郵購的 DNA 片段是在天然的逆轉述酵素( Reverse Transcriptase ) 作用下﹐ 被轉變成組合成病毒基因體的 RNA 片段成分。依據以往的慣例﹐ 組合後之 RNA 片段應該是注入細胞內生產新活性病毒。但是這個人造小兒痲痺症病毒 化學合成法﹐跟過去的人造病毒生產慣例不同﹐沒有仰賴細胞培養的步驟。
Dr Wimmer 的創舉之獨特性在于利用他1991年開發的系統﹐將人造的 RNA 病毒基因體﹐直接放在自細胞攝取出的蛋白質混合物之環境中合成﹐而生產出人造病毒。這個發明讓他可以宣稱﹐整個人造病毒的生產過程從頭到尾﹐都沒有利用到活性細胞之生長環境。
一窩蜂的基因體解讀計劃﹐到底是為了什麼﹖
To List or Not to List …Genome Project Dilemma
隨著生物界各種生物的基因體序列解讀計劃的順利進行﹐我們對大自然芸芸眾生之機能﹐包括我們自己人體的複雜性之了解增進了不少。基本上來說﹐雖然自動DNA定序儀器現在可以在短期內﹐解讀出大量的生物基因體基本單位-四 個DNA鹼基ATCG之排列順序﹐我們還是需要許多生物資訊學(Bioinformatics) 上的專家﹐利用電腦軟體分析基因序列之含義﹐進而建立起大型的資料庫整合和儲存這些資料。而未經處理分析的基因序列﹐事實上只是毫無意義的研究資源。在高等生物的基因體內﹐有大量的基因片段﹐是基因重複排列﹐或在演化過程中突變﹐重新排列組合構成的。這些俗稱的垃圾基因片段 (Junk DNA fragments)﹐並不 是生物體內基本維生之蛋白質編碼的基因片段 (Protein encoding fragments)。
在一段解讀分析後的基因序列中﹐標注基因轉述啟動點﹐控制轉述過程的基因片段﹐各種突變型基因位置等等特性﹐就是所謂的 Gene Annotation 的工作範圍 了 。如果我們能了解基因體各片段序列的含義﹐我們可以從推測出其DNA 編碼代表之基因在轉述後的mRNA﹐進而知道由mRNA轉錄成蛋白質表達的控制位置和機制。其工作上的挑戰性﹐可比美開礦者為開發礦源投入的拓荒精神﹐所以在生物資訊學之 數學演算法上還有一個專用名詞「資料開採」Data Mining 來形容他們的工作性質。 原始的基因體序列資料﹐就如未加工修飾的原始 天然 礦石一樣﹐在一番整理鑿磨後﹐從原來樸實的外表蛻變成大放光芒的寶物﹐ 肯定成為身價大增的搶手貨。
原本單純之學術界許多年來的慣例﹐都是將解讀後的各種生物基因體序列研究資料公佈在網路上﹐無條件的供人下載﹐與生命科學界同好分享最新的研究資源。近年內在生物科技市場上商業利益誘惑下﹐專業知識與發現也變成一項受智慧財產法保護的商品﹐反而在分享基因體解讀知識方面上開倒車。許多具有營利性潛能的發現﹐因受到專利權申請過程的限制﹐就成為商業機密了。例如年前的稻米基因體解碼計劃﹐一家參與該研究的生物科技公司﹐就只提供稻米基因體研究資源給付費者下載參考。
這個人造小兒痲痺症病毒所引起的風暴﹐也使各國管制基因研究的有關當局﹐重新思考開放生物基因體序列解讀資料的政策。尤其是今日各國負責醫學研究倫理審核與管理當局﹐更有局限開放病毒研究的立場﹐和謹慎管制病毒基因體研究資源公佈的責任了。
如果今天科學家可以順利地從無到有﹐利用網路上的資料﹐合成人造小兒痲痺症病毒。誰能保證在地球上的某一個角落﹐居心不良的異議組織﹐不會如法泡制﹐嘗試大量生產其他傳染病故病源如-天花﹑B型肝炎﹑ 霍亂﹑傷寒﹑ 和更具 傳染性之突變性HIV病毒呢﹖
水能載舟﹐亦能覆舟﹐這句話真是有點道理呢。
參考文獻
Chemical synthesis of poliovirus cDNA:Generation of infectious virus in the absence of natural template.
Cello, J., Paul, A.V. & Wimmer, E. Science published online, doi:10.1126/science.1072266 (2002)
Scientists Create a Live Polio Virus
New York Times July 12, 2002.
Poliovirus advances sparks fears of data curbs
Nature 418 18 July 2002 p265
美國紐約州立大學石溪分校分子遺傳學與微生物學系的
Professor Wimmer Eckard at the State University of New York at Stony Brook Molecular Genetics & Microbiology
http://galactica.informatics.sunysb.edu/microbiology/Wimmer.html
大家要郵購合成基因片段嗎﹖ Dr. Eckard Wimmer 是跟 Integrated DNA Technologies 買的啦。如果大家一起和賓X 登一起訂購﹐人家搞不好還會給我們 團體價優惠呢﹗
Integrated DNA Technologies
http://www.idtdna.com/
