全新生产力：蛋白质药物

你好，我是仇子龙，欢迎来到我的《基因科学课》。

从这一讲开始，我们进入最后一章，人类的反叛。

1.后信息时代的革命

首先，让我们回到生产力基本面，看看每个时代的人类都在反叛些什么。

从农业到工业时代，人类社会整体上缺乏能量和物质，所以能量是社会发展的限制因素。在这个阶段，人类的反叛就是用各种方法获得尽可能多的能量。

不管是用动物牲畜提供能量，还是用蒸汽与电力提供能量，底层逻辑都是为了获取更多的能量，生产更多的物质，供人类使用，直到社会巨大的物质财富，把人类社会推进到信息时代。

在信息时代，能量和物质已经不再是社会发展的限制性因素。你会发现，媒体上反复出现的名词是“产能过剩”。电子商品越来越便宜，吃饱穿暖已经是比较容易实现的目标。

对整个人类社会来说，能量和物质不再匮乏，才会出现信息科技带来的虚拟经济繁荣。吃饱穿暖的人们，愿意每天花很多时间，待在手机连接起来的虚拟空间里。这个时候，通信成了限制因素。

在信息时代，人类再一次反叛了自己的宿命，一次又一次突破通信极限，让全球化的信息自由流动。

那后信息时代呢？

我认为，这个时代最大的限制不是别的，正是我们每个人身上的基因。

地球上对人类最重要的信息库，并不是构成虚拟空间的计算机代码，而是我们的基因组。基因关系到我们人类本身的能力、性格，和最重要的健康。

当你已经丰衣足食，除了追求家庭幸福，事业成功，自己和家人的健康不就成了最重要的目标吗？

100年前，人类社会的最大威胁是传染性疾病。在找到了抗生素，发明了疫苗以后，现在，因为基因缺陷导致的疾病已经成了人类最大的威胁。

所以，我认为，后信息时代，物质丰裕以后，人类社会进一步前进的最大限制就是基因。要想突破这个限制因素，光认识基因还不够，我们还需要操纵基因，主动改造生命。

总的来看，人类对基因的反叛有两个主战场。

第一个主战场是，增强生产力。

这里有两种方式：

• 一种是操作基因，让其他生物为我们生产蛋白质药物；
• 另一种是修改动植物的基因，改变它们的性状，为人类生产更多更好的食物。

第二个主战场是，修复自身。

人类大部分的疾病都是由先天或后天的基因缺陷引起的。我们操纵基因的一个重要原因，就是为了修复自身的基因缺陷，增进健康。

除了这两个主战场，我还会讲到人类刚刚获得的改造基因的利器，基因编辑。

这一讲，我就先讲讲，在第一个主战场里，人类是怎么把其他生物作为工厂，为人类生产有用的蛋白质的。这个过程通常也被我们叫做基因工程。

2.基因工程的技术储备——重组DNA技术

基因工程，顾名思义，就是把基因作为可操作的工程元件，从一个生物体里拿出来，装到另外一个生物体里去。这个操作的目的是生产基因编码的蛋白质。

那怎么操作基因呢？如果用Word软件，你肯定会操作，复制粘贴嘛。但是，怎么复制和粘贴基因呢？

这就要讲到1960年代，科学家从细菌里找到一类专门切割DNA的蛋白酶。这种蛋白酶是细菌用来对付天敌的。

前面我们讲过，噬菌体是细菌的天敌，噬菌体会将自己的基因注入细菌，用细菌的营养来繁殖更多的噬菌体。细菌不会坐以待毙，噬菌体的DNA一旦入侵，这些DNA切割酶就会出动，把噬菌体的DNA切碎。

后来，科学家发现，这种DNA切割酶是一把非常好用的剪刀。有了剪刀，我们就能把一段DNA剪下来，装在另外一段DNA上了。

在1973年，两个在美国旧金山的科学家完成了这个实验，成功切割、拼接了DNA，这个过程被我们叫做重组DNA技术，也是基因工程革命的技术储备。

3.基因工程 1.0: 基因泰克公司

有了技术储备以后，这两个科学家之一的Boyer教授，就想搞个大事情。在Boyer心中，重组DNA技术显然不仅是实验室的黑科技，它是很可能产生极大经济价值的。

当时人类的生产能力还停留在合成化学小分子上，不能生产蛋白质。因为蛋白质是一种很复杂的分子，远远超过了当时的化学合成能力。有了重组DNA技术，我们就可以把基因装给一个能大量繁殖的生物，比如细菌。然后，这个能大量繁殖的细菌不就像生物工厂一样，帮我们生产蛋白质了吗？

我把这个阶段定义为基因工程1.0，就是把基因装到微生物里，让微生物来为人类生产简单蛋白质。

基因工程1.0能生产什么蛋白质呢？

Boyer教授心想，也许可以把人的胰岛素基因装到细菌里去，在细菌中生产人的胰岛素蛋白。

胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素

糖尿病病人每天都要注射胰岛素，市场巨大。原来的胰岛素需要从牛羊胰腺中提取，需要花很复杂的工艺去除杂质，而且给人注射还容易产生过敏反应。如果能用细菌生产人的胰岛素蛋白，那就不会有过敏反应，应该会是更好的药物。

不过这些都还是可能性，并没有付诸实施，因为他只是一个科学家，从来没有关心过生物医药产业如何运作。

就在这时，1976年，苹果公司成立的当年，也在美国旧金山湾区，距离乔布斯和Woz的创业车库不远的地方，一位传奇的投资人斯旺森拨通了Boyer教授的电话，两人一拍即合，成立了史上第一个生物技术公司——基因泰克。这家公司的愿景非常明确，就是用重组DNA技术，让细菌为人类生产蛋白质药物。

基因工程1.0成功起航。

说到这儿，我忍不住想讲点八卦。基因泰克公司成立后，其他的科学家与商业投资人也发现了这个商机。其中最重要的竞争者就有我们前面提到的哈佛大学的吉尔伯特教授。他是学术大牛，前瞻性地命名了基因的外显子和内含子，还参与研发DNA测序技术而获得了诺贝尔奖。

吉尔伯特教授这么聪明的人，很快就发现重组DNA技术潜力无穷。他一方面动员自己的学生赶紧开始把人类胰岛素基因重组到细菌里，生产蛋白质。一方面和商业人士一起，在1978年成立了另一家生物技术公司百健（Biogen）。

胰岛素竞赛开始了。一开始基因泰克公司可谓毫无胜算，吉尔伯特教授的团队无论从实力和财力上都碾压基因泰克。就在这时，万万没想到，一个学术之外的因素竟然直接左右了学术竞争。

当时美国对重组DNA技术的限制仍然非常严格。所以，如果从人体细胞中分离基因，必须在非常严格的第四级生物安全P4实验室里操作。操作人类的基因必须全副武装，就像操作埃博拉病毒那样。

无奈，吉尔伯特教授的团队在美国找不到可以做实验的地方，最后不得已跨越大西洋，租用英国军方的P4实验室做实验。没想到，用来分离人胰岛素基因的实验样本被污染了，租用实验室一个月的期限很快就到了，吉尔伯特团队只能垂头丧气地回来。

与此同时，1978年，基因泰克公司宣布成功地将人胰岛素基因转移至大肠杆菌里，并且成功地让大肠杆菌生产出了人类的胰岛素蛋白！

他们为什么能成功？

因为基因泰克公司绕开了直接操作人类基因的苛刻规定。“既然DNA是化学物质，我直接从简单的化学原料合成还不行吗？”他们找到了一位合成DNA的高手，直接把ATGC拼接起来，合成了人类的胰岛素基因，而没有从人类细胞中分离基因。

弯道超车的基因泰克完成了人类第一个创举：通过操纵基因，在微生物中生产出了人类需要的蛋白质药物——胰岛素。

1980年10月，苹果公司上市的同一年，比苹果还早了两个月，基因泰克在纳斯达克上市了。1982年，基因泰克与大药厂礼来合作生产的人胰岛素通过了FDA审批，基因工程生产的胰岛素作为药品正式上市了。

4.基因工程 2.0: 抗体药

这个基因工程生产胰岛素的故事是不是很精彩？别急，这才刚刚开始。

基因工程1.0还不至于影响人类社会走向，基因工程2.0就更厉害了，竟然能在动物里生产人体最重要的蛋白质——抗体。这可是挽救人类于水火的蛋白质药物。

什么是抗体呢？抗体就是免疫系统用来对抗外来病原体的蛋白质。每当病毒细菌入侵人体，我们的免疫系统都会把这些入侵者记住，产生抗体。这个机制超级强大。

小时候，我们只要吃一次小儿脊髓灰质炎糖丸，这辈子都不用担心会得小儿麻痹症。因为机体产生了专门的抗体，遇到病毒入侵，就会尽责地去扫除病毒。

如果我们可以人为生产抗体，那真是获得了威力无比的武器。不过生产抗体可不简单，需要很多基因一起工作才行，基因工程1.0里，用微生物的思路肯定是不行了。

所以，在基因工程2.0时代，科学家把人体免疫系统的许多基因都装给小老鼠，把小老鼠作为生物工厂，为人类生产抗体。

抗体药能治什么病？很多很多，最有名的是癌症。2018年，刚刚得了诺奖的肿瘤免疫疗法就是一个典型的例子。

科学家发现，癌症细胞上有一个PD-1蛋白质，专门用来欺骗人体的免疫细胞，可以让癌细胞逃脱免疫系统的追杀。

为了拆穿癌细胞的伪装，科学家用癌细胞的PD-1蛋白质作为抗原，刺激携带了人体免疫系统基因的小老鼠，让它产生针对PD-1蛋白质的抗体。这个抗体被注射给癌症病人后，就能干掉癌细胞表面的PD-1伪装。没有伪装的癌细胞，就会马上被人体免疫系统识别并消灭。

就这样，用基因工程小鼠作为生产工厂，PD-1抗体成了抗癌的神药。当然，这个神药只是抗体药的一个缩影。抗体药物的销售额逐年攀升，现在已经超过千亿美元。

抗体药毫无疑问是继化学小分子药物后的最重要的药物。有意思的是，与越来越便宜的电子产品不同，抗体药物因为需要经历复杂的基因工程技术工艺来生产，目前还非常昂贵。

总结

1. 后信息时代最大的限制是基因。人类反叛基因有两大主战场，一是增强生产力，二是修复自身。
2. 增强生产力的战场首先是基因工程。基因工程1.0时代，运用重组DNA技术把基因装给微生物，为我们生产蛋白质，比如胰岛素。基因工程2.0时代，我们有能力把人体免疫系统的一系列基因装到小老鼠身上，让它们为我们生产人类的抗体，作为药物全面改观了人类的疾病治疗。

思考题

现在我们使用抗体药是先把人的基因给小鼠，再让小鼠生产人的抗体。那为什么不直接使用小鼠的抗体，拿过来给人治病呢？

欢迎在课后留言，与我互动。

下一讲，我们来看看增强生产力的第二个方面，转基因农业怎么为人类生产更多更好的食物。我们下一讲见。