互动科普

机会常常是最好的发明家。Isis制药公司从未打算成为生物武器检测装置的制造者。这家位于美国加州的公司以发明抗过敏疗法而著称。他们用类似DNA分子的微小片断——结合有信使RNA的分子(信使RNA是一个基因的拷贝)来阻止一种编码蛋白质的合成，并为这项研究成立了一个称作“Ibis疗法”的部门，以开发不同于DNA的化学物质(DNA会干扰RNA。)

在研究过程中，Ibis发现，一种筛选病原体的方法可能导致一种生物武器的万能检测器的问世，这种检测器甚至可能检测那些携带人工制造的极厉害病原株的生物武器。万能生物检测器的研发始于上世纪90年代中期，当时Ibis开始寻求能结合RNA并阻止其活性的小分子量化学物质——这一机理为许多抗生素所采用。美国国防部高级研究计划署(DARPA)资助了一部分研究项目，因为他们对寻求对付生物战中的微生物的新药感兴趣。传统的高通筛选法——采用大批量试验来检测候选药物与各种酶的相互作用的方法——对这种结合RNA才有疗效的药物不起作用。于是Ibis开始探索用质谱测定法来确定什么时候小分子结合了RNA的可能性。

除了质谱测定法之外，这家公司还改进了一种称为“电雾离子法”的技术，以从水溶液中提取RNA和它所结合的候选药物株，然后将这些分子悬置于真空中称重。随着这种方法的有效性得到证实，Ibis的总裁David J．Ecker逐渐认识到，如果只提取RNA，而不提取它所结合的分子，就将提供一种非凡传感系统的制造方法。

当来自于一个细胞的RNA被质谱仪称重以后(每个细胞含有多种类型的RNA分子)，这些精确到几个电子质量的极精确的测量结果，就可以与存有已知病原体的RNA重量信息的数据库相比照。数据库列表里的每一个重量对应着某个特定RNA的确切核苷数。只要数据库里有其核苷的组成信息，TIGER(遗传风险评估的三角鉴定)系统就可以确定任何细菌、病毒、真菌或者原生动物的种类。在RNA被称重之前，还有一个极重要的步骤：聚合酶链式反应必须复制所有细胞组织里的DNA或者RNA长链(对于病毒，要求复制所有种系的)。

2001年美国炭疽袭击的6个月前，Ibis和合作者SAIC(一个签约研究室)得到了美国国防部高级研究计划署(DARPA)1000万美元的两年期研究经费，从事对于TIGER系统的可行性研究。这个项目的目标是开发一种可以检测出感染人类的1500种左右微生物的系统。这种方法与其他生物检测器的设计方法有本质的区别。大多数其他的系统都是采用某种抗体或者DNA片断作为探测器，植入到病原体的蛋白质或者核酸中，因而这些试验在检测全部病原体的一个小子集时具有局限性，而且抗体探测器(例如炭疽的抗体探测器)只严格适用于特定的目标细菌株。

有了TIGER系统，如果数据库里没有某种病原体的信息，如新进化或人工新制造的菌种，软件可以发现它与其他微生物基因的相似之处。“软件将会告诉你：‘我从未见过这种东西，但它与耶尔森氏菌很相似’”，Ecker如是说。但是，这种检测器检测不出微生物的遗传置换体，例如注入到其他无害微生物体内的毒素的基因。

虽然生物探测器并不是Ibis商业计划的一部分，但是它的35个雇员中有近一半目前在TIGER系统开发部门。公司还在继续进行相关基因的排序研究以及获取全世界的基因排序成果的信息，以便得到所需RNA的特征来充实数据库。研究人员仍然面临的最大挑战之一，怎样从一个复杂的样品(如一粒灰尘)中将RNA片断与数以千计的其他材料区分开来。Ecker说：“那需要进行非常复杂的信号处理。”Ibis遇到的这个困难是雷达工程师经常要处理的。事实上，这也是与SAIC合作的幕后原因。Ibis的分子生物学家在和SAIC的雷达工程师合作时，感到了“文化碰撞”的Ecker强调：“我们花了大半年时间来学会怎样互相沟通。”

据Ecker说，要查出2001年10月发送给南达科他州议员Tom Daschle的信件中的炭疽病毒是很简单的，因为信封里没有其他的生物物质。而要检查出混在其他有机分子中的微量炭疽就困难多了。研究者还在继续努力提高信号处理的能力。TIGER系统从复杂样品里识别病原体信息的程度，将决定这种技术的有效性。Ecker说：“问题是我们还要过多久才能把它推出来。”

2002年4月，诺贝尔奖得主、Ibis的科学顾问Lederberg在洛克菲勒大学主持了一个研讨会，探讨政府部门采纳TIGER作为特别用途的方式。Ecker预言，如果试验成功，探测器将会出现在每所医院、诊所和监视点，将情况汇报给中央监视站。这类系统应用的广泛性部分取决于社会对生物战的恐惧程度，因为毕竟每台质谱检测仪要花20万美元。从事生物检测的药物开发公司Surface Logix的生物学家Casagrande指出：“虽然TIGER是一个极其有力的工具，但也是一个庞大、笨重而又昂贵的机器。它不能实时给出结果。”

然而，Ecker对这项技术很乐观，认为该系统的应用不仅限于生物武器领域——不仅可用于监测病原体，而且可用于监测任何类型的致病微生物。Ecker相信，该系统将使各实验室省去很多鉴定某种特定微生物存在与否的耗时程序——不论它是麻疹、炭疽还是新出现的传染病的病菌。他说：“如果我的预言实现，目前传染微生物学的很多东西将被取而代之。细菌培养过程将一去不返。”从此，一个生物武器检测器将成为监测各种疾病的哨卡。