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生物技术，诞生于65年前这一顿夜宵丨科学史

知识分子 · 公众号 · 科学 · 2017-03-15 06:58

正文

DNA双螺旋结构，图片来自Pixabay

原文以Special Report: The birth of biotechnology为标题

发布在2003年1月23日的《自然》杂志上

原文作者：Eugene Russo

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Eugene Russo写道，明白如何操控DNA双螺旋推动了过去50年生物技术行业的发展。

有一种说法是，生物技术是1972年在夏威夷的一家熟食店诞生的。这家店早已被拆除，也没有什么牌匾纪念生物技术的发端——但它的遗产却保留了下来。在这家店相遇的两位生物技术先驱踏上了截然不同的职业道路；此后，许多研究者追随了他们的脚步。

Stanley Cohen是现代生物技术的创始人之一

当时，斯坦福大学的医学教授Stanley Cohen与加州大学旧金山分校的生物化学家Herbert Boyer一同在火奴鲁鲁岛参加一个有关质粒（细菌含有的一小段环状DNA）的会议。在会上，Cohen报告了将质粒DNA引入大肠杆菌的研究，这一成果使研究人员得以在细菌中繁殖和克隆质粒。Boyer则向与会科学家展示了他对EcoRI的研究成果，EcoRI是一种具有革命意义的酶，可以剪切双链DNA分子，生成末端相同的单链。

他们都看到了将这两个发现相结合的前景；从中产生的技术后来成为了遗传工程的基础。首先，使用EcoRI来切割质粒DNA和研究者选择的DNA。相同的DNA末端暴露出来后，将DNA片段连接到质粒DNA上，然后在大肠杆菌中克隆整体。

他们最早是在威基基海滩附近的一家熟食店探讨合作事宜的。两人夜宵间的一席谈话孕育出了一项振动科学界的成就。仅仅一年内，他们就克隆了将两个不同质粒的DNA片段剪接在一起生成的DNA分子，从而创造了重组DNA。生物技术领域的基础就此建立。

Boyer和Cohen选择了不同的道路，他们都被人们对重组DNA技术的安全性的存有担忧所影响，这种担忧对二人产生了影响，也促成了（1975年的艾斯罗马会议因此的召开。在会上，科学家、伦理学家和记者探讨了遗传工程的可能影响）。科恩留在了学术界，并曾在美国国会听证会上为重组DNA技术作证，Boyer则看到了这项技术的商业潜力。1976年，Boyer和风险资本家Robert Swanson一起在南旧金山创建了Genentech公司，这是全球第一家生物技术公司。

Genentech公司的生物技术先驱和他们在加州理工学院的合作者率先在实验室合成了DNA。但他们还想使用大肠杆菌作为合成哺乳动物蛋白质的“工厂”。此前，Cohen和他在斯坦福大学的同事已经完成了原理证明，用大肠杆菌生成了能发挥功能的小鼠细胞蛋白。最终，Genentech的科学家取得了成功，用大肠杆菌生产出了人类生长激素抑制素。商业生物技术的时代就此开启。很快，胰岛素和生长激素也被生产出来。

随后，大量生物技术公司涌现出来。1978年，哈佛大学教授Walter Gilbert和麻省理工学院的Phillip Sharp在日内瓦创建了Biogen公司。现在，他们都已是诺贝尔奖得主。1971年，Cetus公司作为“生物工程企业”在加州爱莫利维尔市成立，在决定转向大力发展生物技术，研发之后不到十年，Cetus就研发出了放大DNA片段的聚合酶链式反应（PCR）。1980年，安进（Amgen）公司在加州千橡市成立时只有不到50位员工。现在，安进在全球范围内拥有超过一万名雇员。

科学与判断力

Gilbert现在是一位生物技术初创专家，他表示，在生物技术行业中幸存下来的人们都做出了精明敏锐的预测。据他所说，起初，生物技术行业关注的是抗体和用细菌生产人类蛋白。随后，该行业的关注点转向了癌症免疫治疗和小分子药物。在上世纪90年代，先后出现先是一大波神经生物公司，后来又有大量和基因组公司相继组建潮。“这个行业的成功者都是猜对了（发展方向）的人，”Gilbert说。

西雅图系统生物学研究所的创始人Leroy Hood说：“（成功）在一定程度上取决于优秀的生物学研究，但也需要明智的判断，选出能取得成果的问题来开展研究。

新技术使得生物技术的发展愈发蓬勃。1981年，Hood在加州福斯特城创建了Applied Biosystems公司，他的公司研发了自动化蛋白质合成仪、蛋白质测序仪、DNA合成仪和DNA测序仪。Hood将前三项技术称为“复杂版的修水管问题”，因为这些技术只需要设计出一系列阀门来混合数量正确的试剂。最后一项技术则更为复杂，需要生物学、化学、工程学和计算机科学的结合。

不同学科研究者的联系也愈发紧密。许多生物学家加入了化学家的行列，在大型制药公司工作，技术方面的需要也使得生物技术领域开始对拥有生物学以外的专长的研究者开放。

这些强大的技术改变了生物学家从事科学研究的方式。曾经专属于化学和物理学的“大科学”也进入了生物学界。现在，研究者在基因搜索时不需要从建立假设开始了：由于拥有了整个全基因组的数据，他们可以通过快速搜索数据库找出基因，然后再以假设驱动的方式利用这些数据，开展进一步的研究。

行业周期

虽然大科学和基因组数据的发展引发了一场革命，但过分依赖于人类基因组的公司却已经开始衰退。马里兰州罗克维尔市的塞雷拉公司（Celera）曾发布过人类基因组工作草图，现在，塞雷拉正在为转型成为制药公司而裁员。加州奥克兰市的DoubleTwist公司于2002年破产，这家公司曾寄希望于梦想销售“更优越”的人类基因组注释序列。

根据Glibert的说法，生物技术行业的股票在2002年表现不佳，但行业本身并不萎靡。因此，成立3-5年的小公司很难再以几年前的夸张水平筹集到资金。Gilbert说，有潜力的初创公司仍然能得到融资——只是数额更小一些。

因此，生物技术风投公司Burrill & Company的首席执行官Steve Burrill认为，尽管一些老牌生物技术公司的减员可能被初创企业抵消了，生物技术行业的岗位相比前一年仍然更少了。他说，对药物基因组学和生物信息学专业人才的需求持续增长，以上述领域为特色的公司也在增长之中——远超行业整体的水平。Burrill认为生物技术行业具有周期性，据他预测，股票价值和工作岗位在一到两年内就会反弹回来。

Genentech公司的研发副总监裁Richard Scheller表示，公司并没有感到衰退的压力，因为公司在市场上也有多种产品。Genentech最近新招募了十位员工，并且正在南旧金山修建新的研究设施。但即便如此，该公司招聘的人数仍然没有达到三年前的水平。

Burrill宣称，制药行业的结构转型对生物技术领域是有益的。在公司合并中被放弃的员工、产品和临床前期概念也能被其它公司接手。随着制药公司规模愈发扩大、更加以市场为导向，生物技术公司仍然是创新的重要引擎。

与此同时，新技术继续影响着行业的方方面面。举例来说，纳米技术和药物基因组学领域都是潜在的工作岗位增长点。Gilbert认为“生活方式药物”（比如伟哥等）是未来的潮流，新泽西州的Memory制药公司正试图开发提升记忆力和注意力的药物。这样的前景似乎已与四十多几十年前在夏威夷的那家熟食店诞生的想法迥然不同。