IT技术与生命科学握手

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所属分类:生物信息学
美国基因研究专家埃里克·兰德今年在波士顿举行的“生物信息世界”会议上指出:“现代信息技术正在促使生命科学揭开新的一页。计算机科学家与生命科学家合作至关重要,基因学的发展不仅依赖于生物信息技术的进步,也离不开信息技术。”兰德目前担任美国麻省理工学院伍德海德研究中心负责人,他认为在过去的20至30年中,生物学已从一种以实验室为基础的科学转向以信息为基础的科学。他相信,基因科学的成功将“大大依靠信息科学与生命科学的联姻”。

  在芯片上诞生的婴儿

  生命科学家相信,IT将为现代生命科学谱写新的一章。也许不要等太久,婴儿可能是在一小块由电脑控制的芯片上受孕并度过其最初发育的若干时日。这种由美国研究人员开发的芯片,能自动地执行与体外授精有关的一切步骤,从卵细胞受精到胚胎培育,直至适于植入体内。据英国《新科学家》杂志介绍,这个相当于人工生殖道的装置还可望对胚胎进行测试和筛选,通过这一例行诊断及早查明其基因中存在的缺陷。

  在常规的体外授精中,精液和卵细胞都要被倒进皮氏培养皿里,使受精卵在那里生长发育,直到具备植入体内的条件。由于胚胎在不同阶段需要不同的培养基,胚胎学家不得不在这期间用吸管将它们在各个培养皿间进行转移。

  根据这个操作特点,要求首先编制出精确完善的控制程序,再设计出一种模拟女性生殖道内“环境”的装置。这个由透明弹性体制成的装置,外观酷似一块极小的玻璃载片,上面交叉分布着微型管道。这些管道的直径约为0.2毫米,它们与由电脑程序控制的注射泵相连,后者的作用在于使胚胎四处活动和增减液体的流量。

  利用这个装置,研究人员进行了培育小鼠胚胎的试验。结果表明,传统的皮氏培养皿在48小时里毫无动静,但管道内的胚胎则有75%%达到足可植入体内的胚泡阶段,而且不曾发现任何有害的副作用。研究人员还用它成功地剥离了包裹在早期胚胎外的“卵膜”。在体外授精中,这个“辅助性孵化过程”有助于促使胚胎成熟,但胚胎往往因在酸性溶剂中放置时间过长而受到损伤。但在芯片微型管道中,只要用酸性溶剂对胚胎表面进行快速冲洗,就能使卵膜在不受损伤的情况下自行破裂。

  值得一提的是,这种特制的芯片,不仅允许同时培育多个胚胎,还可分别对各管道加以操纵和跟踪,更容易在植入前淘汰劣质胚胎。目前,胚胎学家已在显微镜下观察到这样的胚胎,还有不少诊所对其氧气和葡萄糖消耗量以及释放的二氧化碳含量进行了测试。有关人士声称,这项研究可能是为今后50至100年普及体外授精而迈出的第一步,它解除了女性在妊娠过程中感染各种病毒的威胁。

  集成电路植入技术

  不久的将来,人们将可以通过向人体植入集成电路来治愈各种疾病。去年12月,法国弗瑞尔大学的一位医生找到了一种利用芯片植入技术治疗帕金森综合征的方法,使患者在瞬间获得行动能力。这种新的治疗方法称为神经植入治疗法,通过由无线电或其他信号控制的计算机芯片可以影响或增强大脑运转的活力,进而改善患者的生理或运动能力。

  帕金森综合征是由一系列的生理因素引起的,人体内拥有一种叫做多巴胺的“神经传感器”,如果这种神经传感器的数量不足,大脑内两个特殊的微小区域就会过度疲劳,这种疲劳对身体功能将产生负面影响。帕金森综合征患者有以下症状:行动迟缓,身体僵硬,甚至不能正常行走。最终这些患者将完全麻痹,许多人因此死去。弗瑞尔大学的A·L·本彼得教授发现,可以利用抑制大脑内这两个区域的过度疲劳来减缓上述症状。但他的治疗方法却恰恰相反,他通过在患者大脑永久植入一个电极来过度刺激这两个区域以达到治疗的目的。这个电极和安置于患者胸部的一个小的电子控制单元之间由金属线相连。本彼得利用无线电信号来遥控这个单元,甚至可以随意开关它。

  电子人

  2002年5月10日,美国有8个人的体内被植入硅片,这是电脑芯片植入人体这项有争议技术的首次商业应用。

  制造商应用数字设备公司称,芯片将被用做身份识别设备,同时还可携带重要的医疗信息。该公司还说,它们正在研制一种更复杂的芯片,可以接收卫星全球定位坐标信号,并传送个人的方位。

  这种微型设备只有一粒米大小,将被植入接受者的背部,通过使用无线手持扫描器激活休眠状态的芯片,届时会传送含有一个识别号码的信号。通过在中央电脑中注册输入这个号码就能获得所需的信息。一些保护个人隐私团体强烈反对植入芯片,他们说这样会形成跟踪控制的局面。

  医学专家认为,在寻找失踪的早老性痴呆症患者等方面,芯片可能还不及每个人都能看懂的身份识别手镯等传统方法有效。

  第一批芯片试用者包括一名早老性痴呆症患者、几名应用数字设备公司的员工以及想要率先尝试电子人技术的一对夫妇和他们的儿子。

  应用数字设备公司计划每个芯片售价200美元,再加上每个月10美元的信息存储费,公司说目前还有4000到5000人在等待植入这种芯片。这种芯片已经引起了来自巴西和墨西哥的商业和政府方面相当大的兴趣。 (责任大汉昆仑王)

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