第11章 测序人类
如果你正向一座没有被征服的山峰攀登时,你看见另一队登山者们在一条平行小路径向上攀缘,你会说什么?在做科学研究时,你可以建议一起工作——合作看起来比竞争更具有创造力——但是在DNA这件事上,看起来绝无可能。
——莫里斯·威尔金斯(Maurice Wilkins),
《双螺旋的第三人》[1]
在我的研究所开始自己运营以后,我的前途不可估量。现在我离开了黑塞尔廷和HGS,各种公司排着队参与到与TIGR意味深长的讨论中。为了发展脑膜炎疫苗,喀戎博公司想让我的小组着手处理儿童脑膜炎主要起因脑膜炎双球菌的基因组。关于收费,我同意TIGR将共同承担风险和收益,如果疫苗起作用的话TIGR也分享技术使用费(令人满意的是,不是一个而是两个疫苗将继续进入试验)。康宁公司、贝克顿狄金森公司、安玛西亚公司和应用生物系统公司也加入进来。
航海比赛后我回到TIGR,发现应用生物系统公司的斯蒂夫·隆巴迪(Steve Lombardiof)已经打了好几次电话了。当我最终给他回电话时,史蒂夫还是一贯的非常自我中心,而且更加严重。基因组秋季会议即将在希尔顿海德召开,届时他和迈克·亨克皮勒想带上托尼·怀特(Tony White)一起来见我。怀特是伯金艾尔莫的新任领导,伯金艾尔莫现在是应用生物系统的母公司。我说,好啊,但是我并不热情:自从ABI被伯金艾尔莫购买以后,我就没有听到过什么关于怀特的好话。史蒂夫本人已经说过他和迈克就要辞职了。那时我发现自己越来越多地被安玛西亚的罗恩·朗所吸引,他想提供3000万美元开始一项开发新抗生素的联合项目。
直到9月,在凯悦举行的关于人类基因组测序的会议开始前,我都没有再考虑过史蒂夫的电话。凯悦豪华的舞厅被大圆桌点缀着,我们讨论了人类基因组的状况后(坦白地说,它是令人同情的,人类基因组的完成最早也还得十几年)。大会将提供晚餐。史蒂夫跑过来兴奋地告诉我怀特在海港中他的船上,一会儿他将要加入讨论。我第一个想法是这真是件烦人的事。
应用生物系统团队坐在一张单独的桌子旁,当我走近他们时,只有一个人我不认识:一个又矮又圆的人,穿着马球衬衣,很懒散,没有穿袜子,手上拿着一个高脚杯,坐在那儿像一只典型的肥猫。我猜他就是托尼·怀特,因为我看到除了迈克外每个人都对他们当中的这个大人物毕恭毕敬,这个大人物是古巴裔美国人,他说话懒洋洋地带着南方口音。我突然想转身离开,但是那时已被人看见了。那个拍马屁的人跳起来第一个把我介绍给托尼。我礼貌性地打了声招呼,然后开始着手会议上的重要工作,确保TIGR在人类基因组计划中将能扮演一个重要的角色。
我的腰围和糖尿病
在西方,作为日益肥胖的结果,成人糖尿病现在正处于流行阶段。尽管人们扩大的腰围和逐渐缩小的活动是主要因素,另一个原因则是遗传学。关于我自己要冒的风险,我的基因组有什么可说的吗?分析显示我确实要担心一些事情。两个基因——ENPP1和CAPN10——与糖尿病的易发性有关联,而结果显示我有前者的变体,叫作K121Q,它与2型糖尿病和心脏病的早期发作有关联。在CAPN10中,我缺少一个变体,该变体由单字母拼写错误识别——SNP——它与墨西哥裔美国人和芬兰人易得的2型糖尿病有关联。但是我们对于基因影响的理解还远不够清楚,仍待探查的是由这两个基因产生的显然的矛盾是怎样影响我的2型糖尿病的。基因不是全部原因,因为活动和肥胖在成人糖尿病的发展中发挥了巨大作用。到目前为止,我还没有患任何一种可能有严重并发症的疾病,如失明、阳痿和截肢。
而当时,国家卫生研究院已经宣称它要资助测试中心的人类基因组测序计划,我确定TIGR要申请资助。由于基因组界有些人打心里反感我,所以我任命马克·亚当斯为基金的主要申报人。当TIGR和马克走了好运,即成为测试中心的一员时,我很高兴,但是就像我现在所预期的一样,基金只是象征,不论有多热情的科学评论,也不管我们是否已经测试完成了一个活生物种的第一基因组。弗朗西斯·科林斯只是想资助他的那些可疑的常客——华盛顿大学、麻省理工和贝勒医学院——其余的只是政治、欺骗和装饰门面。
1997年12月,在贝塞斯达召开了由重要科学家们参与的关于这项计划的会议,科林斯在会上面临的挑战已经是显而易见了。华盛顿大学的梅纳德·奥尔森是一名基因组纯化论者,他估计正确地完成这项工作,每对碱基可能要花20美元,关于解读基因序列真正的费用的要求和反诉产生了许多讽刺言语。然后是恐惧的声浪,估计宣称测序能便宜地完成可能会导致国会削减资金。尽管我没有出席这次会议,但是我前一年在百慕大召开的第一次“国际策略会议”——我喜欢称之为“撒谎者俱乐部”——上我已经看见过了这些欺骗和谎言。他们之间如此激烈地争吵,以致其中一个与会者说它是“人类基因组计划的最低潮”。[2]
我曾追踪过马克的计划的发展,很明显,国家卫生研究院基因组研究院常规的途径缓慢、痛苦而且昂贵。它先为每个BAC克隆体创建文库,然后从中测序几千个克隆体时每个制图实验室都遇到相同的问题和惊人之事。为了闭合每一个序列的小缺口,大多数缺口由无意义的重复序列组成,这样需要重复建立1/3的基因组,所以费用增加了10倍。试点研究结束后,这项计划需要给几个中心更多的钱来进行人类基因组测序。马克和我很清楚我们的目的是大幅度地扩大规模,我们想竞争成为主要中心之一。但是每次与国家卫生研究院的基因组协会的官员,尤其是与简·彼得森和弗朗西斯·科林斯讨论我们的方式时,他们都对它反应冷淡。
我与托尼·怀特简单会面后的一个月左右,史蒂夫·隆巴迪又打来了电话。当他告诉我伯金艾尔莫正在打算提供3亿美元测序人类基因组时,他的语气不怀好意。我是怎么想的呢?假如我知道当前的技术状况,我只是用“你们这些家伙是疯了”的话打发了他。如果他们认真对待这个问题,我想,那为什么让卖机器和试剂的人和我联系?的确,那是迈克·亨克皮勒的工作,而不是销售主管的工作。
年底我又回到了在希尔顿海德的相同的宾馆,我和克林顿总统以及其他2000人一起参加新年复兴周末活动。在我们能进入新年除夕晚餐之前,克莱尔和我被拽出了安全线,并且有人问是否有人给我们打电话通知关于座位的安排。令我们惊奇和高兴的是,我们发现自己坐在克林顿一家旁边。我喜欢他们在旁边,发现他们对我们的工作很感兴趣。第一夫人就像一块海绵,渴望吸收我所说的关于基因组的故事。
那个周末,多数会议都是简短的谈话然后是讨论。一次这样的会议后,3亿美元的伯金艾尔莫计划再次浮出水面,这次是通过马克·罗杰斯,它是此项计划新任的业务发展行政副主管。他告诉我托尼·怀特正寻求一条把伯金艾尔莫改变成一个更具动力、更有远见的公司的途径。他们想用他们正在创制的一种新仪器来测序人类基因组,它可能使用我的方法吗?我提出更多的问题来回答他,因为他们的计划似乎模棱两可。但那时,他告诉我他们正在建立一个高级别的科学顾问委员会,并且同意付给我5万美元作为顾问报酬——这是一个不同寻常提议,因为ABI一向以节俭著称。如果他们是认真的,我告诉他应该送给我一封略述商议条款的信。
回到马里兰,我再次打起精神将一份申请送给国家卫生研究院,并且打电话给隆巴迪,让他看看需要多久我才能测试ABI的一个新机器,以便我能把它们包括在我的基金申请中。史蒂夫再次给了我3亿美元的方案。我感兴趣吗?我请他告诉我有关新技术的事,然后我将让他知道我的答复。几天后,迈克·亨克皮勒通知我看他的新机器,但仍只是一个电路试验板原型。顺便提一下,他补充说,他们对于谈到我用霰弹枪法测序人类基因组很认真,但是我不能和任何人讨论他们的提议,除了几个我最近的合作人,比如马克·亚当斯或者哈密尔顿·史密斯。
我决定立刻与马克飞去看他们有什么以及在做什么。那时,马克和我无法对付国家卫生研究院。马克想给他们想要的:基于BAC方法的序列图谱。因为我想给国家卫生研究院一些更好的东西,这个ABI新机器可能是给我们设的一个陷阱。我觉得我不必告诉马克关于3亿美元的计划,因为我不相信它是真的。但是我确实做了几个草草的简单的计算,算出了新设备将要为单独的中心传送什么,才能处理整个基因组信息。
马克和我于1998年2月到达福斯特城,那些日子我感到一阵思乡之情。回想起我乘坐我的6.5米长的普通船从红杉市沿海湾航行和在小狼尖附近测试我的水上飞艇。应用生物系统集团的一系列一两层的仓库型建筑物,刚好坐落在圣马特奥海湾大桥之前,在一段与旧金山海湾相连的沙路尽头。我们被引进一个会议室,里面摆放着便宜的桌子和塑料椅子,房间用灰色和紫色的ABI颜色装饰。白色书写板表明这个房间是用来自由讨论的,而不是用来销售演示的。迈克·亨克皮勒的高大形象出现在一队工程师和站在我们前面的软件师们之中,他开始略述这一挑战。
当时,ABI用它的棱镜377型测序仪几乎控制了DNA测序仪的市场。而所谓的“自动化”DNA测序仪远不是像机器人和自动化有那些耀眼的光芒。每台测序仪必须用3个人照管,从而任何一次重要的规模扩大将需要数千位技术员来操作机器。人们照管它们的时间必须分割成从每天12小时到12分钟。涉及的化学试剂也是昂贵的,将必须按比例缩减10~100倍才合算。如果数以千万计的DNA短序列被组合回基因组中,那么数据也必须是高质量的。简而言之,如果可能的话,我们必须克服的障碍看起来是巨大的。
一旦我们开始了参观,它们看起来更具实感。我们看见的不是一台原型机器,而是一些原型零件,每个零件都在一个独立的工作区域接受测试。首先是毛细管阵列,一套毛发一般的光纤,大约45厘米长,按照大小尺寸,把DNA分子分离开。这些光纤要取代测序凝胶,后者不仅既耗时又昂贵(必须有人先混合化学品,然后把液体凝胶体浇到被垫片隔开的大玻璃盘子之间),这是一个薄弱环节,因为凝胶体从来都不是均匀的,这就破坏了数据的质量。有人给我们展示了成功工作的毛细管阵列的样品结构分布。它是一个令人鼓舞的开端,因为它一下解决了许多问题。在隔壁房间,一个小组正在开发一个自动装货设备,以便让试验室技术员不需要手动把DNA样品装到每个凝胶体里。我们漫步到一个实验室,在那里新的试剂正被开发和检测。在另一栋大楼里,一个小组正在编写新的软件,可以管理机器,又可以加工处理数据。这些给我们留下了深刻印象。
把这一切拼在一起,你可能刚好得到一个真正的自动化DNA测序仪。把鳞次栉比的测序仪应用到人类基因组工作中,那么你就不需要数千名工人也能提高工作质量。当我们边走边看,边听边问问题时,我把这些都记在心里并且进行了一些计算。我认为在思维空间装配部件和分析复杂系统方面,我比大多数人做得更好些,我开始确信如果他们能兑现所有他们正在展示的——最好还有他们所暗示的——那么这就是我为了在人类基因组上放手一搏所期待的技术突破。
回到会议室,迈克问我有什么想法。我走到白板前,开始仔细审核可行性。我知道我想要的答案:一个能在两三年内,只花费联邦计划的10%的费用,就能测序整个人类基因组的团队。但是这个数字将支持我的直觉吗?当我结束时,我想它是可行的,但只是刚刚行。马克·亚当斯总是采取保守观点,他仍然认为这不可能。我总是认真听取马克的意见,因为我将依赖他的帮助在TIGR做事。当他怀疑我的关于机器是否真的会产生我所声称的大量序列时,我更仔细地检查了我的计算,并且发现了一个10倍的错误。一旦流程固定下来,这个错误的纠正将使我们的DNA测序降低10倍成本。马克立即说它是不容易的,但是它是可能的。正如亚里斯多德所说,一个不可能性相对于一个不足以使人相信的可能性而言,总是更容易取信于人一些。
我希望我可以说我的误算是故意的,这样我就能声称它是一个共同心理学和会议室操纵高招。但是,即使它只是一个简单的计算错误,它也使会议室里的科学家们为接纳一个革命性的想法做好了准备,这个想法就是一个小组在几年时间内就能处理整个人类基因组。如果我一开始就把真正的数字摆出来,大家就会有一个下意识的反应“没门!”事实是,它现在比最初的那个小10倍,这样就使得目标看起来似乎是可以达到的了。由于机器、软件、化学和酶的逐步改善,这个当时的疯狂的主意现在就是合乎情理的了(可能的了)。迈克提醒我,如果我认为它可行,他们就准备以共计3亿美元的资金来资助这项计划。
马克和我飞回马里兰,仔细考虑我们的选择。但真相是,我心里早已经决定了:我想大胆试一下。那是一个保守的说法。这项新技术正好提供给我想要的释放基因组的那种方式——又快又有闯劲的战斗。再也没有比这更好的方式加速人类医学和科学了,但是也有许多问题需要考虑。尽管提及要开办一家新公司,但我想在TIGR里实施这个计划。并不是每个人都确信它是可行的。为了取得支持,我与海姆商讨了一下,他没有给我任何让我放心的话。短暂的激动过后,我的科学直觉告诉我他认为这项计划不可行,然后他加了一句,“但是如果你要去尝试,那么我要和你一起。”我把这个想法告诉克莱尔,她很明确地告诉她认为我已经失去理智了。
接下来的几个星期里,我们与迈克以及ABI的其他人进行了更多的讨论,这个主意再次显得有点疯狂。用他们的钱和新机器测序人类基因组的想法,再次显得不成熟。我与黑塞尔廷和HGS的关系破裂后,我决定确定所有的细节,但是有一些事情还是那样难以琢磨让人感到泄气。有一个细节我记得很清楚。甚至在我离开福斯特城之前,我就已经告诉迈克,对于我的参与,有一个先决的不可谈判的条款:如果我要测序人类基因组,那么我就必须能够开放数据,能够发表一篇基于分析的主要论文。迈克说他不认为这是一个问题。
我被要求为伯金艾尔莫管理层做一次关于这项计划的陈述,他们正在亚利桑那州举办一场关于公司的未来的讨论。在我们第一次见面时,我对托尼·怀特没有什么印象,这次也没有改变我的感觉。我完成了关于基因组学的总结,和怎样让一个团队使用新的ABI测序器就可以处理人类基因组的陈述。托尼·怀特就气势汹汹地开始指挥提问环节了,“我将怎样通过测序基因组挣钱?”他未加思索地脱口而出。我没有过多考虑,告诉他,我的任务是完成测序发表数据。反应必然就像我和HGS的从前的不愉快的日子里HGS所做的那样:“如果你要用我的钱测序人类基因组,然后免费把它公开,那样你最好有一个要怎样挣钱的计划。”我认为这不会变得更糟了——直到托尼·怀特宣称他把TIGR看作是他的新企业取得商业成功的一个威胁。我一定看起来非常震惊,由于迈克·亨克皮勒的介入,怀特最终放弃了原主张。
尽管计划的基本想法并不疯狂,但是我离开了亚利桑那州,因为我怀疑我的心智是否健全竟然打算要和怀特等人掺和在一起。一个失望的人野蛮地挥动着球棒,希望击出一个本垒打,这样的人好像不是理想的合作者。即使我击出了本垒打,我完全有意这样做,他们能意识到吗?我内心的声音在尖叫,“快跑,离他们越远越好。”但是基因组的引诱如此强烈,以至于我不能不理睬这个机会。
几天后电话来了:会议一切顺利;伯金艾尔莫准备前进;托尼·怀特准备建立一个新公司。他们会资助我在TIGR实现我的计划吗?在那一点上,怀特非常坚定:“不。我正在做生意挣钱,而不是把它奉送给大家。”如果我想测序基因组,并且允许数据的免费访问,我最好提出一个商业模式把我的科学慷慨转变成财政常识——在他们一年一度的佛罗里达召开的董事会之前。为了帮助我做这件事,伯金艾尔莫指派彼得·巴瑞特(Peter Barrett)来TIGR拜访我,让他来研究解决我加入新公司的条款,以及最重要的业务计划,从而确保3亿美元投资的回报。彼得·巴瑞特是高级副总裁,曾经在公司做过20多年。
我开始与关系密切的朋友们和同事谈论是否我们能提出一个开放数据的策略,该策略可以让伯金艾尔莫和科学界都高兴。我的设想是,我的数据将基本上是这几年来唯一真正来自人类基因组的数据:政府引导的竞争正在艰难缓慢地前进。
1995年12月,埃里克·兰德曾预言说人类基因组测序将在2002~2003年间被完成,“或迟或早两年。”到1998年春天,只有3%的人类基因组测序完成[3],1996年为了支持又快又省的测序方法而成立的NHGRI的六个示范中心,没有一个达到了他们承诺的测试速度,包括TIGR也没有。因为这个方法具有不可扩展性。我们那时还处在15年来人类基因组计划的中途,各小组只是刚刚开始大规模的测序。一些计划的顾问们已经私下表示忧虑,科林斯并不是十分认真对待基因组,因为被指定用于今后10年中测序的资金不到他的基因组研究所的资金的一半。当时《科学》杂志上的一篇长文章以斯坦福基因组中心的副主任理查德·梅尔斯的一段引文结束,“我们许多人都在经历着这个磨难。”
在那种背景下,对于我来说,似乎我做的任何事都能帮助推动基因科学发展。我从理查德·D·克劳斯勒(Richard D.Klausner)和阿里斯提德斯·帕特诺斯那里得到了令人鼓舞的反馈,前者是国家癌症研究所主任,它是国家卫生研究院最大的研究所,后者是一名能源部高级官员,也是TIGR长期的支援者和资助者。两人都赞同我提出的每隔3个月将基因银行数据更新的主意。为了说服伯金艾尔莫的领导层和确认我的论据,当我被引荐给伯金艾尔莫公司的董事局领导们时,我寻求了戴维·考克斯(David Cox)的帮助,他是斯坦福大学基因组中心的领导,这个中心也是由科林斯资助的。
较之托尼·怀特,董事局是令人愉快的一群人。许多人私下告诉我如果他们花钱所完成的是比公众提前得到的人类基因组序列,那么他们就相信每股有几美分的风险是值得的。董事局赞成开办基因组公司,我将担任领导。我害怕接下来的冷静的财政盘问,我就走出来了,我感到这项计划比我长期以来所有的都好。这段温暖模糊的激情不会持续太久,因为当我私下与托尼·怀特见面时,他实际上说,他没有买进或者理解这个科学废物:他需要一个胜者,而且“很明显你就是一个赢家”。至少我们还有一个共同点:我们都不喜欢输。
几天的协商后,我们确定了一份条款清单:我将领导一个由伯金艾尔莫出资的新的独立公司,它生产的人类基因组序列将被发表,一旦测序完成,这些数据将不受专利权限制。新公司给我10%的股份。我将保留TIGR科学办公室主任的职位,很明显,如果我要暂时离开TIGR,我想用我一半的股份来使它的基金增值,以便有一天我能回去做我余生想做的研究。怀特不想让我私自拥有少量股份(它被当作一套有用的“黄金手铐”),但是由我本人决定我是否想放弃它(我放弃了)。
现在剩下的事就是把这个条款清单转变成一份最终的雇佣协议。我雇用了一个被强烈推荐的纽约律师代表我起草最后的协议,我们有怀特和伯金艾尔莫公司其他高级雇员的雇佣协议的复印本给我作参考。我将成为新公司的总裁,也是伯金艾尔莫的高级副总裁,后一个职位与迈克·亨克皮勒地位相当。最终我将收到5%的公司股份,TIGR有另外的5%。尽管我现在是伯金艾尔莫的三人最高层之一,但是协议以他们的标准来看也还是审慎的;我吃惊地发现有一架价值2500万美元的飞机供托尼·怀特私人使用,而通常这架飞机也就是为他和他妻子往返于康涅狄格和南卡罗莱纳州服务的,他们在南卡罗莱纳州有一套度假别墅。
怀特和他的律师回来时带着的协议有如此多的繁重条款,以至于很难明白他们的主旨是什么。我很熟悉马里兰雇佣合约的条款,而且我决定作为一个没有合同的“随意”雇员可能都会更好一些:虽然我在任何时候都可能由于任何原因被解雇,至少我还有有限的法律权利为我的结局斗争。那时,甚至我那位铁石心肠见多识广的纽约律师也变得愤怒了,说他们“是他所遇到的最可耻的一些王八蛋”。他提供给我一份简单的职业建议:“趁你还能抽身的时候赶快离开这些家伙们吧!”显而易见的是尽管在条款单中怀特同意成立一个独立的公司,但是他实际上想使它成为伯金艾尔莫的分公司。
我向克莱尔寻求意见,尽管我和她还没有怎么谈论过这些事。她很愤怒;我怎么能这么笨呢?在经历了与HGS的所有事情后,我怎么还想到做这样的事?对我来说,答案显而易见:基因组是生物学最好的奖品。我从来不善于找出是什么使她生气,但是我认为她会明白是什么驱使我这样去做。我提醒她我已经认识迈克·亨克皮勒15年了,并且我感到他是个正直的人,不会让托尼·怀特不履行承诺阻止我发表数据的。
她没有平息怒气,她说,她感到我在远离她,实际上我们开始了职业层面上的一个临时分居。但是我还有一个炸弹要扔给她:在我离开TIGR期间,她愿意接管代理总裁的职位3年吗?虽然她很勉强,而且很清楚被这个挑战吓坏了,但我感到她还是唯一一个在那职位上我能信任的人。
为了保证测序基因组有最好的成功机会,我想从TIGR带走一批我精选出来的人,包括海姆、马克·亚当斯、托尼·克拉维奇和格兰杰·萨顿(他明智地问我:“我能考虑一下吗?”)我恳请任何一个在微生物基因组工作中发挥作用的人,那时他们已经成为TIGR的顶梁柱,能够留下来确保TIGR的连续性。我也清楚地表明,总有一天我还会回到TIGR的,我正在建立基金来确保我们的未来。我聚集了所有员工,告诉了他们我的决定,我被当时的感情所击垮,几近崩溃。
我经常被指控在TIGR发展狂热追随者,如果那是指我曾经劝我的小组成员不要老盯着工资本,让他们相信自己的使命,让他们勇于承担一次科学圣战的话,那么我承认我的罪行。但是现在,当我正开始一场新的更大的圣战,独自测序人类基因组时,我没有带走所有的人。克莱尔不是唯一感到被抛弃的,我相信我理解其中包含的复杂感情。但是我仍然不能理解的是,被抛弃的感情是怎样转变成敌意的,敌意来自我一些最亲密的朋友们和同事们以及我曾雇用过、鼓励过和支持过的人们。
我突然关心的是,要找到做人类测序工作的地方,并且雇用一个小组,建立基础设施。没办法为我们所作的工作保密,因为伯金艾尔莫作为一个在纽约股票交易所公开上市的公司,它有义务向公众公开宣布任何有关他们企业的实际信息。3亿美元测序人类基因组的工作肯定也在这个范围。
以怎样的方式将我们艰巨的计划公之于众有相当多的争论。一些人想通过新闻播出,但是我更喜欢先和基因组界中关键人物联系,看我们是否能够在一项工作上达成真正的合作。在与伯金艾尔莫的董事会成员阿诺德·列文(Arnold J.Levine),以及阿里斯提德斯·帕特诺斯和理查德·克劳斯勒,另外还有洛克菲勒大学校长,耶鲁大学的卡罗琳·斯雷曼经过多方讨论后,我对此表示谨慎地乐观,认为这将是值得一试的。我也需要一个最高科学咨询委员会给计划提出建议。阿诺德·列文同意参与,曾经因为与他人共同发现了断裂基因而获得诺贝尔奖的理查德·罗伯茨(Richard Roberts)也同意参与,以及现代医学遗传学之父,约翰霍普金斯大学的维克多·马克库斯克,分子生物学的先驱诺顿·金德尔和卓越的宾夕法尼亚大学的生物伦理学家阿瑟(阿特)·卡普兰(Arthur Caplan)也都同意参与。我还认为与吉姆·沃森接触可能是有益的,可能导致与公共计划的协同合作。咨询委员会的一个成员想给他打电话,当他确实打了电话后,沃森明显显得很奇怪。我们的计划依赖于一项新的技术,沃森似乎对此并不知情。要不是两周前他在国会议员们面前作证说,目前没有见到什么新的东西出现,人类基因组不得不用现存的技术测序,他原本是会给我们做顾问的。我被告知,沃森最后还说到,“我愿意假装这个电话从没发生过,以便当你们宣告你们的成功时,我可以表现出和其他人一样的惊奇。”(当然,这确实是他所做的事,而且他还告诉萨尔斯顿他想知道为什么我没有自己打电话告诉他我的计划。[4])
他的反应真有些令人困惑,因为几周前当海姆·史密斯被邀参加与沃森相同的国会简介时,我们曾试图告诉沃森我们的工作。海姆甚至和我讨论过他是否应该出现:比起向人们妥协,即不能公开讨论他所知道的所有新ABI机器的事来说,不出现可能更安全些。但是我们还是决定海姆应该出席,以便他能有机会就将会发生的事给沃森一个暗示。当他们坐在桌子周围时,海姆提到一项可以利用的新技术可以改变测序前景。沃森抬头随意地问道:“你的意思是毛细管之类的东西?”然后沃森挥手否认:“每个人都知道它不起作用。”正如后来海姆指出的,“我对沃森最尊敬,但是有时候他只是不可救药地错了。”
海姆认为沃森知道他所提到的新技术是什么,但事实上沃森正好听说安玛西亚购买了一家公司制造的毛细管机器,结果该机器存在严重的问题。考虑到ABI在此领域的建树,沃森明显不认为它生产的新技术有更加坚实的前景。海姆被沃森的反应刺痛了,决定不做回应。即使在我们离宣布成立还有几周时,我后来从理查德·罗伯茨处得知,沃森很生气,因为海姆没有坚持讲清楚。
尽管美国证券交易委员会不赞成我们要做的,但是我仍感到,在我们上市之前,我们至少应该和哈罗德·瓦尔姆斯以及弗朗西斯·科林斯讨论一下我们的计划,哈罗德是国家卫生研究院的现任领导。先与瓦尔姆斯讨论最有意义,希望他是通情达理的,可以由此帮助说服科林斯。迈克·亨克皮勒陪我去了国家卫生研究院的一号楼,那里看起来就像是一栋规模宏大的南部大厦,包括庞大的圆形车道、柱子和气派的楼梯可以通到国家卫生研究院所长办公室。不像当年我爬上楼梯去见伯娜丁·希莉的时候,现在大楼似乎呈现出不同的感觉,一种冷漠的官僚感。
瓦尔姆斯热情地跟我们打了招呼。除了一辆自行车有点生气外,他的办公室很刻板,那辆自行车可能在他上班的路上骑。没有中间人或支持者在场,所以我们能够坦诚地讨论一下。我认为会面进行顺利,而且瓦尔姆斯似乎不仅能接受我们所做的,而且他还想提建设性的意见。我计划首先做一个测试实验,当我告诉他我正考虑果蝇时,他问道,另一种线虫类蠕虫怎样?那年的12月,秀丽隐杆线虫基因组的粗略草图已经被萨尔斯顿、沃特斯顿以及他们的同事们绘制完成了。瓦尔姆斯问,如果实验性奏效的话,然后呢?我回答,我认为我们能继续做人类基因组,而且为了提高效率,公共计划可以集中去做老鼠的基因组,通过对比基因组学从中获得巨大利益。(就遗传密码而言,人类的与大鼠的是相当的。)
瓦尔姆斯以冷淡、逻辑、科学的方式回应了这个想法,就像我们以同样的方式提出这样的建议一样,没有任何领域、政治或情感成分在里面。他明白把人类和老鼠放在一起将会使我们的努力更有价值——由于我们的基因和老鼠的大多数的基因相同,我们就可以在老鼠身上做实验来描绘出这个基因是起什么作用的。只有一个真正的问题,那就是我们最熟悉的数据的可用性。迈克和我解释说,我们将发表数据,创建一个高端的拥有巨大附加价值的像列克西斯南科西斯那样的一个数据库,列克西斯南科西斯是以合法的新闻作为基础,重新包装公共信息并以善意的方式呈现,而且配有快速搜索功能的一个数据库。我们喜欢把我们的冒险想象成与出售实验室反应物的商业活动一样,比如酶:虽然你可以自己制作并纯化它们,但是从一个专门研究它们的公司购买则方便而迅速。像新英格兰生物实验室这样的公司开始向科学界出售限制酶时,很少有人对此表示不满。(事实上,理查德·罗伯茨1992年搬进了英格兰生物实验室帮助制造限制酶,并做基础研究——对于我想做的,这是一个好的先例。)瓦尔姆斯说他认为这是一个合理的意见,同意保持开放态度。我们握了握手,说再见之前,我告诉他,在做出任何公开宣言之前,我们也会和科林斯讨论这个问题。
同一天,我们在杜勒斯机场去旧金山的通道上遇到了弗朗西斯·科林斯。我没有告诉他我带迈克·亨克皮勒一同前来了,不然在几个目标明确的电话的帮助下,他肯定能猜到我们为什么必须要见到他,和他讨论什么极端重要的问题。我想让他知道我们的计划,但是我不想让他有玩弄政治手段的机会,由于他的玩弄政治已经结束了一个与能源部的潜在的重要协作。
到那时为止,与能源部就测序进行合作的尝试——已经达成一项谅解协议——已经死亡并被掩埋了。能源部的基本原理很简单:被物理学家控制的大型计划最近正在驾驭科学,粒子加速器和反应堆等大型实验占据了资源的大部分。数十亿美元的基因组计划适合这个有着显赫成绩记录和巨大雄心壮志的部门。
但是,在1998年12月3日举办的会议上,瓦尔姆斯、英国威尔康基金会的摩根以及科林斯警告航空航天研究公司的代表马文·弗莱泽(Marvin Frazier),把它的资金借给文特尔领导的测序小组将破坏国家卫生研究院与能源部的合作,并且将能源部视为末等投资者[5]。正如摩根所指出的,能源部将被其他的公共计划的实验室所排斥,一个参与者陈述说,“它严重地冒犯了每一个人。如果这是一个希望带来和平的尝试,那么它就不是经过三思后的好尝试。它一出现就是无效的。”阿里[20]记得,备忘录是怎样“激烈地被粉碎”的。
那次经历当然没有为我与科林斯的相遇设定一个令人鼓舞的先例。迈克和我通过了安检,乘坐一部自动滑梯到达了终点,发现弗朗西斯正在美国第一流的候机室的一个商务间里等候着。当我们与哈罗德·瓦尔姆斯在正式环境下非正式见面时,对立就已经存在了。科林斯和他的高级职员在一起,包括副主任马克·古耶(Mark Guyer)。他惊奇地看见我已经带来了迈克·亨克皮勒,这使我建议的测序速度更加实际。科林斯以不赞成的口吻称他为“克雷格的神秘客人”。[6]
迈克和我尝试着用平静和建设性语调进行讨论,就像我们当初和哈罗德·瓦尔姆斯讨论一样,但是正如我既害怕又预料的一样,科林斯在用情绪抵制而不是用头脑理解。对他而言,建议一个私人支持的计划去测序人类,而政府计划集中在老鼠身上完全是一种侮辱。尽管这是最有效的推进科学向前发展的方式,但是科林斯一点也不想合作,即使是比我们相互竞争更能尽快给人类带来利益的合作。对我们来说,分享基因组计划的领导权是“过于早了”。科林斯主要关心的是从人类基因组得到荣誉,带着这样的印象,我离开了。对迈克而言,见面并不是太糟。后来,当他坐飞机去旧金山坐在科林斯旁边时,他同意出售给国家卫生研究院新机器,所以公共计划能与我竞争。
我们不进行新闻发布,我们决定把故事写好直接提供给一名记者,我们认为他能找个地方做点正义的事。《纽约时报》的尼古拉斯·韦德和《华盛顿邮报》的瑞克·韦斯(Rick Weiss)都写了许多关于基因组学的详细故事,他们对于所涉及的政治都很机敏,他们将会好好解释,我们的计划不是绕过国家卫生研究院而是与之合作的。最终我们提出了一个计划:我们将于1998年3月11日星期一的早上股市开盘前发布一则新闻,而尼古拉斯·韦德的文章将在前一天的《纽约时报》[7]杂志的前页出现——也就是我与瓦尔姆斯和科林斯见面后两天。文章写着:“在基因测序中的一位先驱和一家私人公司正联合力量,目的是在3年内译解人类的整个DNA基因组,或比联邦政府计划的更快更便宜。”
虽然韦德的文章对于公共基因组那些好斗的人来说是一次红牌警告,科林斯和瓦尔姆斯都告诉韦德,我们的计划如果成功,将可以使预期目标早日达到。很明显,瓦尔姆斯也似乎影响了科林斯,因为韦德报道说:“科林斯博士说他计划把他的项目和新公司主动结合起来。政府将通过关注大量解译人类DNA序列的计划来调节测序比如老鼠和其他动物的基因组……瓦尔姆斯和科林斯博士都表示,他们有信心说服国会接受这个工作中心的改变,并表明,测序老鼠和其他动物基因组已经成为人类基因组计划必要的一部分。”[8]当韦德描述我是怎样希望与国家卫生研究院密切合作,而不是“表面的姿态”时,似乎协作精神这次确实加强了。
记者的毛病当然是,他们喜欢添加暗示,曲解本意,韦德也没有例外。他在文中指出,我们的工作“在某种程度上,使得政府原计划2005年前花30亿美元测序基因组的计划显得太过累赘”,而且国会可能要问,如果新公司将要首先完成的话,为什么它还继续投资公共的基因计划呢。[9]尽管最后记者不吝褒词地大加称赞,但是这种文特尔不会在这次投资中失败的暗示一定会激怒我的强大敌人。
新闻稿见报的第二天,韦德充满活力地又回到这个主题上,他指出,我已经从政府手里“迅速拿到”人类基因组的历史性目标[10],并且认为我“接管人类基因组计划是不寻常的大胆冒险行为”。到现在,约翰·萨尔斯顿和麦克·摩根也已经开始惊慌了,他们担心新闻稿的见报将破坏他们自己的加速基因组测序的计划,[11](“我们将不再是世界上最大的基因组中心,”萨尔斯顿说,“这是令人不安的。”)
5月11日,星期一,我参加了国家卫生研究院的一个新闻发布会,与会者还有迈克·亨克皮勒、哈罗德·瓦尔姆斯、弗朗西斯·科林斯和阿里斯提德斯·帕特诺斯。萨尔斯顿评论说,这是“一连串奇异的联合舞台剧表演的第一集”,[12]这个评估是很精确的。那天,弗朗西斯采用了一个挑衅的新路线:未来12~18个月内,政府目前的路线将保持不变,到那时为止,形势将会比较清楚,这项计划是否应该做一些改变来容纳我。科林斯也改变了策略,对霰弹枪测序法提出了质疑:“几年前,政府也曾考虑过使用文特尔将使用的方法,但是后来完全把它拒绝了,这种方法还存在问题。”[13]他预言,我可能产生的任何人类基因组序列都好像是“自由散落的,比联邦计划所产生的序列漏洞更多更大。”
我的老对手比尔·黑塞尔廷在纽约时报上使用了一段引文,这段话是对沃森和科林斯微妙而隐蔽的攻击,简直是往公共计划的伤口上撒了把盐:“不论是在能源部还是在国家卫生研究院,组织和管理都存在严重的问题,在有关的高级科学家中间存在内部纠纷。”[14]其他媒体报道只是给联邦资助的测序计划增加了不适,黑塞尔廷再次披露说,文特尔给人类基因组计划投掷了一颗炸弹,“这不等于有人要突然要把你脚下的30亿美元的垫子抽走吗?你一定大为震惊”。[15]华盛顿邮报头版头条称我们为“以打败政府的基因图谱为目的的私人公司”。[16]
一年一度的分子生物学和基因组学会议将要在冷泉港的沃森的家庭赛马场举行。所有最近的媒体信息都对公共计划不利,尤其因为几天前《科学》杂志披露,没有任何一个由科林斯资助的基因组中心接近了它们的目标[17]。当他们都聚集在冷泉港时,有人描叙说这些大人物“表示出不同的震惊、气愤和失望”。[18]根据詹姆斯·史瑞夫(James Shreeve)在他的《基因组战争》[19]这本书里所描述的,兰德和其他人都被这些嘲弄气坏了,以至于他们劝说科林斯和我竞争,而不是合作。
虽然我担心合作会发生变故,但仍然很乐观我们将为合作找到一些中间立场。迈克和我已经安排好星期二早上见一次公共基因组中心的头头们,以及来自能源部和国家卫生研究院基因组计划的官员们,地点选在冷泉港校园会议室里。我们发现自己在一栋新大楼里,这栋楼是用制药公司和其他公司捐赠的钱盖的。普林顿会议室刚好在沃森私人办公室外面。这间办公室装饰着华丽的橡木制面板,还有大大的窗户,宽敞明亮,不像在ABI我们一起研究计划的那个旧而实用的房间。参与会议的40来人中,只有坐在U形桌子边的几个人——我们没有几个朋友——在我们出现时和我们打招呼。浏览一遍我们周围的脸庞,我们感到我们已走进一个葬礼队伍和行私刑的暴民之间。他们毫不掩饰他们的强烈郁闷。
我对这项科学研究做了一个总的概括,包括加速的时间尺度——2001年结束,比公共计划提前4年——和为什么我认为我们的方法可行。我解释说我们会在处理人类基因组之前用一个模型有机体做演习。我论述了在TIGR开发的计算能力,它可以把霰弹枪测序法所得序列再拼回到一起。我引用了一个方程式——兰德—沃特曼(Lander-Waterman)模型来支持我们的方法。这时,一个红头发的很眼熟的家伙发出了一声大叫,“但是,克雷格,你已经完全误用了兰德—沃特曼模型,我当然知道了,我就是兰德。”我描述了我们将怎样频繁地发表数据,假如我们是人类基因数据的原始来源,当它完成时,我们计划发表一篇有关整个基因组的论文。但是当我建议,他们应该集中研究老鼠来补充这个计划时,会场气氛变得对我十分不利,以至于我不确定是否有人继续在听。(与会者之一回忆说,“我真想他妈的扇他一嘴巴。”[20])
当迈克开始描述可以使一切成为可能的新式ABI机器的细节时,我有了一个想法。我邀请杰拉尔德·M·罗宾(Gerald M.Rubin)到走廊聊一会,他是伯克利的加利福尼亚大学果蝇基因组计划的领导,并且示意弗朗西斯·科林斯也加入我们的谈话。似乎没有人注意到我们溜出了房间。我以前不认识长满胡须天真可爱的格里[21],除了听说他是他那个领域里最聪明的科学家之一。我直入主题告诉他们,瓦尔姆斯认为,作为试点项目,我应该测序一种蠕虫来调试我的方法,但是我想做果蝇研究。格里愿意帮助我测序果蝇基因组吗?几年后,罗宾回忆说,“我不知道我是否该抽他一顿或是别的什么,但是我马上说,‘太好了,任何想帮助完成果蝇研究的人都是我的朋友,只要你将把所有的数据放进基因银行。’”[21]因为期待他的回答,所以我许诺基因组一被测序和分析,我们就发表它。格里的肯定答复令人喜悦,并且他解释说如果他拒绝我,让我改为测序蠕虫,那么辛苦研究果蝇遗传学的“飞行团队”将会一枪毙了他。他还说,他希望弗朗西斯不会切断他的资助,以便他能完成补充工作。这个请求是明智的,因为弗朗西斯那时看起来有点苍白。他温顺地说,这可能是切实可行的,但是他必须搞清楚格里想的是什么。格里和我热情地握手。我发动了我科学生涯中最好的合作项目之一——如果不是唯一的话。我们三个人走回房间,在迈克完成了他的陈述后,我们告知大家测试项目将是什么。沃特斯顿和兰德问了几个问题,但是大部分问题充满敌意。就像一个深涉其间的人回忆的“每个人都像无头鸡一样乱跑”。[22]“吉姆正在连呼犯规,弗朗西斯中风了。”还有人“低声咕哝格里正与魔鬼合作这样的话”。[23]
迈克和我一离开,沃森就加入了人群,沃森拒绝和我们待在相同的房间,他被那个老鼠提议激怒了。正如他所说的,“保守地说,这种提议方式非常无礼。”[24]沃森已经明显地把我比作希特勒(“克雷格想拥有人类基因组,就像希特勒想拥有世界”[25]),而且,那天早饭时,他叫出弗朗西斯,问他是要成为温斯顿·丘吉尔还是内维尔·张伯伦[26];后来在与格里·罗宾的谈话中,他说:“我知道果蝇要变成波兰了。”[27]我被安排在冷泉港会议上发表一篇主要演说,但是就算没听懂沃森所说的话的意思,这天受的刁难和恶意也已经足够了,所以我离开会场去了罗克维尔。
那天晚上,我的对手们开始出现内讧。较小的测序实验室的成员们被踢出随后的紧急会议,会议实际上由沃特斯顿和兰德一类经营基因组的人所主持。正是埃里克为公共计划出了大力,才使得他们和我们在同一时间得到序列草图,虽然它存在许多不足,被像梅纳德·奥尔森这样的纯化论者们所诅咒的。在科林斯看来,尽管他发现与我合作是非常不愉快的,但是他至少表面上好像认真地采取了我的提议,或者他顾虑国会将因为他拒绝一份公私合作关系而攻击他,因为这份合作可以节省纳税人数以亿计美元。
并不是每个在公共计划中的人都被激怒了。萨尔斯顿评论那天晚上,他怎样在座谈会部分参与者们脸上看到了微笑,这些人没有涉足大规模的测序,当他们看见基因组实验室的成员们面无表情地挤在角落里……他们对这些高额资助的人类序列小团队的尴尬处境多少有些幸灾乐祸。[28]
刚刚从会议回来之后不久,我就收到了来自戴维·考克斯的一个电话,他是斯坦福大学基因组中心的副主任。他说他将不能加入我的咨询委员会,他解释说,我刚离开后,弗朗西斯让戴维·考克斯陪他沿巴哥敦路散步,这条路穿过冷泉港校园的松树林和石头墙。这条路对于任何一个想私下谈话的科学家来说都是一个好的选择。
詹姆斯·史瑞夫在他的书中有趣地描述了他们之间发生了什么。
“没有把你纳入基因组计划中我很难过,”科林斯说。他的潜台词很清楚。如果考克斯接受文特尔的提议,那么他的实验室从国家卫生研究院得到的资助将会停止。“为什么必须只能选择其一?”考克斯问……科林斯摇了摇头,愁眉苦脸地笑了笑,好像对不可能的理想世界表示遗憾,但是将不会再有缓和的余地。“如果你加入克雷格的董事会,”科林斯耐心地清晰地把每个音节都拼出来,“那么这个计划中将不会有人再想与你合作了。你必须做出选择。”[29]
两年之内,柯林斯切断了对考克斯实验室的资助,戴维最终离开了斯坦福,组建了泊尔根(Perlgen),绘制人类基因组序列中的变异图谱。我打算与公共计划一起研究人类基因组的梦想延续了一周多。我又单兵独战了,而且急切地想开始研究工作。
到那时,经过几番讨论后,我们为自己设计了一个标志,一个会跳舞的小人,他的四肢形成了一个双螺旋体。并且我们有了一个名字:塞雷拉(Celera),选这个名字,是因为它来自拉丁文“迅捷”(与“加速”有相同的词源)到目前为止,这是一大堆包括拜奥传克(Biotrek)和史翠根(Sxigen)这样沉闷的选项在内的所有名单中最好的名字了(它确实比我们的对手们给我们的绰号好多了,对手们称这个公司是文特尔—亨克皮勒计划(Venter-Hunkapiller Proposal)——经常缩写为文特尔—皮勒(Venterpiller)或文提皮德(VentiPede)。
塞雷拉需要来自各个学科的人们做霰弹枪测序研究工作。这个工作开始于从人类细胞(血液或者精子)中提取DNA。把这种DNA转变成既易处理又易测序的片段——产生所谓的基因组测序文库——这是关键的一步。在整个基因组霰弹测序工作中,这个文库的形成,用声波或其他方法把DNA分裂成片段,然后把剪切力应用到大的DNA分子和染色体中。用简单的文库程序,可以把已成片段的DNA根据大小分开。然后我们采用已知大小的一片——比如2000对碱基(2000基或2kb)——把它插入一个“克隆载体”,它是一套细菌基因,允许DNA片段在大肠杆菌中成长。把所有的片段重复这一过程,所得到的基因组文库将拥有人类基因组所有的部分,表现在数百万个2kb片段中。倘若片段由数百万完整的基因组制成,由于染色体被任意破坏,许多片段包含了DNA重叠部分。然后,从这样一个完整的基因组文库中任意选择DNA复制品,测序它们就比较容易了,并且通过计算机匹配重叠部分,再次把一份整段基因组拼合在一起。像弹钢琴一样,基本的操作步骤很简单,但是只有伟大的表演者才能做好。我需要世界上最好的一批人以前所未有的规模来完成这项工作。
一个是海姆·史密斯,他有一双珍贵的手,能比任何我认识的人更好地处理和操作DNA分子。海姆从第一天就和我在一起,也想建构将改善测序效率的克隆载体。马克·亚当斯是我的梦之队的另一名成员。没有人比他更擅长把复杂技术应用到更快的工作中,我也能暗中相信他的判断力,让他雇用一些高级人才来与他一起工作。马克有诀窍找到最好的下手,也可以把最好的行家搞到手。我请马克承担建造塞雷拉的DNA测序中心。我们以前已经建造了三个,但是我们现在计划的规模要超越这个领域内大多数科学家们的想象。
我们需要更多的自动仪器提高DNA测序过程中的所有步骤,从TIGR测序中心我挖来了珍妮·高科因,1987年在国家卫生研究院时,她就一直跟我在一起工作,我们一起见证了第一台DNA测序仪的工作。我一直很钦佩她的技能和奉献精神,我知道我能完全信赖她。
我仍然有许多担忧。事实上,我还没有看见过一台新机器正式运行,那时它们甚至还不存在。但是甚至当不可避免的最初的麻烦出现时,我还认为我们将会受益于ABI的工程小组,可以向他们求助。更让我担心的是,怎样处理我们产生的一连串基因组数据。在处理过程中我们做的每一步计算和整个人类基因组的拼装都得到相同的结论:我们必须要建立一台功率最大的计算机——也许是地球上最大的一台。我组建了一个以安娜·戴斯莱特·梅斯(Anne Deslattes Mays)为中心的小组应对这次挑战,她是我在TIGR的软件工程师头目。在这个小组中,还有安东尼·克拉维奇,早年在国家卫生研究院时他就曾经和我一起工作过,他在引进新计算程序方面发挥了重要作用,他使得涓涓细流的数据变成小溪,然后汇成河流。
我们的需求很快引起了计算机工业的兴趣和注意。不久一些主流公司的销售服务就铺天盖地而来,他们有太阳、硅图、IBM、惠普和康柏,康柏已经收购了α芯片的制造者数字公司,这样他们就可以得到最强大的计算机芯片(这是安娜所喜欢的)。他们每个公司都努力使我们相信,他们的计算机是唯一能做这项工作的,因为他们都想提供装配人类基因组的那台计算机。当其他的计算机生产商因为缺乏硬件或是性能不佳而退出时,康柏和IBM开始在这个领域胜出。
但是我知道得越多,就越难做出决定。我们访问了在加利福尼亚的康柏公司(前身为数字公司实验室),在那里我们发现已经被合并搅得士气低落的小组所做的工作仍然令人印象深刻。我们拜访了IBM在纽约的研究实验室,那里他们正在为能源部升级世界上最大的计算机而创建ASCII计算机,它用来模拟原子核爆炸。我对IBM在做什么以及它的高层管理小组很感兴趣,尤其是尼古拉斯·多诺弗里奥(Nicholas M.Donofrio)。我们与IBM公司会面常常是10~20人的一大帮,不论是个别零件的紧急替换还是我们的整体需求,不论是个电脑还是IBM数据库,他们都提供了最好的服务,而不会将事情搅混。我必须与他们协商一笔价值50万~100万美元的电脑交易,并且需要一个系统可以工作得既好又快,而且可以运行还在编译中的复杂计算机代码。
为了弄清楚计算机制造商的要求和反诉,我决定用TIGR常规测序的汇编程序做一个实验。利用太阳公司的电脑,我们运行一种简单的(相对于人类的)基因组,比如流感嗜血杆菌,它需要几天完成编程。以此推断,编程30亿人类基因组碱基对将需要花几年时间。我们不同的请战者们能否拿出更有效的硬件呢?
只有康柏和IBM同意接受挑战。首次运行康柏的α芯片时,开始需要几天时间,后来需要19个小时,最后只需9个小时。IBM能够处理的最好纪录是36小时。我的程序员想用α芯片而检试结果毫无疑问支持他们的决定。IBM知道它做得不够好,问我要想拿到合同,他们需要做什么。我坦率地告诉他们,IBM将必须提供免费系统,包括使它运行的开发小组。当IBM正在慎重考虑我的答复时,我开始明白我的答复并不十分理想:如果系统是免费的,意味着我不能对它发挥任何影响,我就很难在它们表现很差时扣留付款。我意识到我必须为我真正想要的花一笔钱,为我在从来没有人做过的领域有最好的成功机会而花一笔钱。康柏的执行总裁飞来与我见面,承诺保证竭尽全力确保我们的工作取得成功。他想让他的计算机成为可以执行生物学和医学史上迄今为止最大功率的计算机。
几天后,我签署了康柏的合同,并打电话给首席执行官告诉他,我接受了他的建议。半小时后,我正打算给在IBM的尼克打电话告诉他我的决定,这时他反而给我来了电话。他刚见过IBM的首席执行官卢·格斯特纳(Lou Gerstner),他授权尼克免费提供整个系统。我回答说早半小时我可能对它感兴趣,但是我刚刚签署了与康柏的合同。尼克祝我好运,并说一旦康柏电脑不能用了,他们会等着再合作。但是我甚至不能让他的建议进入我的头脑,因为我不能允许失败:因为这项计划没有第二次机会。
我得知康柏创建我们设想的大规模系统的家伙是他们的顶尖高手马歇尔·彼得森(Marshall Peterson),他那时在瑞典为埃里克森(Erickson)工作。彼得森在越南曾经当过三任直升机飞行员,并且被击落过几次,因此得了一个绰号“疯狗”。我马上喜欢上了他,并且立刻提供给他一份工作,他接受了。超型计算机硬件现在已经工作了,但是我们只能用它运行我们以前的软件,效率上不去。格兰杰·萨顿已经创建了目前唯一完整的全基因组汇编程序,他知道它在理论上是可行的,但是TIGR汇编软件不能简单地被推断可以适应人类基因组。新征募一个小组来写一个新版本软件成为下一步重要工作。
我们必须从头开始,因此格兰杰结识了帮助编译下一代软件的人:尤金·梅尔斯,他是个有点类似理查德·基尔[22]的独特人物,吉恩[23]相信当开始阅读基因组时,片段大小是无关紧要的。1997年5月,梅尔斯和医学遗传学者詹姆斯·韦伯(James L.Weber)一起发表了一篇文章,描述了整个人类基因组是怎样应用全基因组霰弹枪测序法进行拼接,这种方法引起了公共人类基因组计划的通常批评。鉴于此更多是由于他的杰出编程能力,我钦佩吉恩,以前曾经尝试过把他从亚利桑那州大学吸引过来,但没有成功。这一次,我可以依赖我们正打算做的工作的声望作为诱饵;格兰杰也告诉我,塞雷拉宣布成立后吉恩曾打电话给他询问是否有机会和我们一起“玩玩”。这是一个令人激动的机会,不久我就与吉恩开始了关于组装人类基因组实际需要些什么的讨论。我告诉他我已经阅读过他的关于全基因组霰弹枪测序法拼接的论文,并且留下了深刻印象,但是我又提到,如果他想让我们用他的方法,他就必须成为我们小组的一员。当我同意,如果他在一周之内出来开始工作,我就付给他相当于他在大学里的薪水时,事情似乎解决了。坦白说,我觉得我给他的薪水太低,这个问题留到第二天再说吧,结果他也清楚地感到薪水确实低了,所以最终我们把薪水增至3倍。翌日,他再次打电话来:朋友们和同事们都谈到有关职工优先认股权的问题;具体事宜是什么,他能从中得到一些吗?是的,我回答,尽管我还没有决定数额是多少。
当他最终来到的时候,吉恩很快开始意识到工程的绝对规模。大体上,为了确保整个30亿字母长度的人类基因组的完全覆盖,这些软件将必须能够处理3000万个片段。这将是拼图游戏的祖宗,我们不久组合了一支最好的小组来开发必需的程序。这个小组不仅是由两个最好的数学家和计算机科学家吉恩·梅尔斯和格兰杰·萨顿领导,而且我有安娜·戴斯莱特·梅斯来把他们的数学转变成软件。现在我们所需要的就是测序基因组的设备了。
我们已经开始行动了,我们打算在TIGR院里的一个空间保存200台我们预定的新的测序机,并且得到伯金艾尔莫的许可,把新大楼1800平方米的地面改装以应付重要需求。随着时间推移,出现了建筑延迟,我们都深信TIGR的场地将不能胜任这个任务了,我们开始寻找另外的处所。甚至那时,我还不知道一年之内,我们会占满两栋大楼,每一栋都比以前计划的TIGR的空间大5倍。新地址离TIGR只1.6千米之遥,我们首先租赁了一层,保留了第二层的选择权。罗伯特·汤普森(Robert Thomson)从伯金艾尔莫来给了我大楼的终生使用权,并且为公司改装了这些建筑。他态度热诚,在一次难忘的员工全体会议上大胆宣言:“总有一天,我要告诉我的孙子们我是这里的一部分。”
我们工作启动时已经占用了整个大楼的现有空间,但是很快情况就变得明显了:我们再一次低估了我们的需求,我们将至少需要第二栋大楼的一部分作为我们的计算机中心。我喜欢计划的建设阶段,这将变成最大的一项计划。有许多值得纪念的里程碑。当我们联系当地的电力公司宾州电力时,他们的现有资源显然不够,他们需要投入一台新的变压器和架设新线路以供应足够的电力给我们的计算机和测序机器。
我们在大楼的第四层开始了创建工作,在那里细菌将被培植来产生人类DNA复制品,而且将安装好几百台PCR(DNA扩增)机器和产生DNA的自动机械,这些DNA是为测序机器准备的。一个稍小的测序实验室也在第四层建立,所以一旦主要的实验室在三层已准备就绪我们就可以开始运作。为了比测序先行一步,我们把两个未完成的实验室放在了地下室。一旦自动机械和测序仪到达我们的装卸码头,它们就被打包装进这些又小又黑的房间了。
到1998年8月,一切开始成形了。我们在地下室开了一家自助餐厅。我们在临时实验室里测试新的自动机械。我们有许多会议室,由于我没有时间航海,我用水域给每一个会议室命名。马克·亚当斯做了一项伟大的工作,并组建了一支小组研究新草案和创办标准操作程序(SOP),复杂而详细的文件能帮助确定整个实验室的质量控制和一致性——这是那些明显令人厌烦的关键问题之一。公共基因组的人们假定测序任何基因组的努力对于一个单独实验室来说太庞大了。就像前面提到的,酵母菌基因组只不过是流感嗜血杆菌大小的3倍,却需要1000名苦行僧在全世界的实验室里劳苦工作几乎10年。这个方法的问题在于,虽然有几个中心的工作质量很高,但许多其他的中心只有平均质量或甚至更糟。第一个发表的酵母菌染色体序列必须要重做,加强管理让每个不同的实验室努力以自己的方式读出密码,成功的程度不同导致获得的数据不一致。在这个系统中,最重要的是序列的数量而不是质量。
这个领域里伟大的先驱已经让我们看到,它不必非得以这种方式去测序。1977年福雷德里克·桑格和他的同事们测出了第一个病毒噬菌体φ—174的基因组序列,当时被评价是既精确又有价值。桑格用限制酶把病毒基因组切分成小片段,这些小片段被分配到不同的实验室人员手中,他们每个人负责多次测序他们的那一部分,以确保质量。当我们25年后再次测序这一病毒基因组,我们在5000个碱基对的DNA密码中,只发现三处不同。
亨利·福特明白了分工工作中的效率差异,许多汽车同时在一个工厂被各个独立的小组建造,所以最终的结果依赖于每个小组的质量;因此,他的流水线作业,就是十几个不同小组同力协作建造一辆汽车,专门化和标准化决定了整个质量。在塞雷拉,我们必须接受流水线思想,在整个过程中,逐渐创造大量工序改变并获得进步,最终大幅削减测序的时间和费用。流感嗜血杆菌计划已经缩短了测序微生物基因组的时间,从10年缩短至4个月。那时,从2.5万个DNA单独片段中重塑其序列显得是一项很重要的工作,要求整个TIGR工程24小时工作。而现在是人类基因组,我们将面对至少2600万个序列,相当于100个流感嗜血杆菌基因组计划。
与基因组测序有关的三门主要花费是人力、反应物和设备。每台30多万美元的3700测序仪的费用可以按数百万个测序过程分期偿还,从而,每个序列阅读耗资10~15美分,整个读完一个片段耗资1~2美元。减少人员配置的办法是在更多的DNA处理步骤上采用自动方法,马克·亚当斯仔细重新检查了可利用的自动机械。一种用来吸取少量但精确度要求高的吸液管依赖于一次性使用的塑料尖端,为防止污染下一个样本,每一次操作,塑料尖端都要被换掉。这个系统使用在小规模测序上,但是在塞雷拉,我们所面临的是仅一次性塑料尖端每天就要消耗1.4万美元,真是难以置信——两年间接近于1000万美元。然而,我们发现一家不引人注意的公司开发了一种机械吸液管,有自洁式金属尖端。我们检查每个步骤的每个细节,以这种审慎理财方式,我们推进速度并且节约成本。
另外一个例子包括被海姆·史密斯小组采用的一项改革,前20年,分子生物学家们曾依赖于“蓝白选择”,这是一种简单的染色测试,用一种白颜色指出一个细菌群体是否包含一个人类DNA复制品。因为我们需要至少2600万个复制品,所以,如果我们用传统方法,就必须要以两倍的费用克隆5000多万个复制品。海姆自信能建造一个新的克隆载体,它将有100%的效率,并且可以马上启动。
我们正在做一项伟大的工作,但是,因为我们仍然缺乏DNA测序器,就像亨利·福特试图完善他的流水线而没有任何工具一样。基于ABI的承诺,第一台机器的发货也许得几个月后,我曾设置了一个大胆的进度表,包括在不到一年时间里——截至1999年6月份,测序整个果蝇基因组。现在我的宏伟计划还没有机会开始就即将崩溃了。每天,我都要检查迈克·亨克皮勒的小组有关每个形状、大小和每个层面的问题。他们无法做到这么快传输所有部件,无法使机器的产量上升,无法既保证机器操作的可靠性又保证供货连贯性,无法在机器快速启动时控制自动机械手,这些只是他们愿意告诉我们的一些问题;这些问题我们自己还会发现数百种之多。
在这个困难的启动阶段,最终与众不同的是,我引领了前沿。我的小组信任我,而且我也信任他们。在这个特别的环境里,我们发现我们自己已经把我的能干的人转变成了非凡的人。
文特尔一家,一个典型的美国家庭,1948年去加利福尼亚的大洋海滩游玩。(妈妈伊丽莎白;我,2岁;爸爸约翰;哥哥加里)
我,3岁,在加利福尼亚州密尔布的海湾之外的庄园家中,离旧金山飞机场不远
我,5岁,在幼儿园班里的照片(前排从左第二个)
7岁的我正快乐地享受生活
八年级的成绩单,显示了前一年我拒绝参加拼写测试(一些家长在看他们的孩子类似的成绩单时,也许可能找到一些希望)
米尔中学游泳队,1963年(我,前排左数第四个)
1964年,米尔高中毕业照。多亏得到了D而不是F,我才能毕业
坚强版的我,1967年,准备去越南前,在弗吉尼亚的沼泽地里的反叛乱学校
越南岘港的中国海滩;我和一条有毒的海蛇,当我冲浪游泳时,它撞到我的腿上
用注射针头钉到板子上的海蛇皮,已经在一个燃料库外晒干了。这个纪念物现在挂在我办公室的墙上
在越南岘港一个半圆拱形活动医院有可以绕圆形架子旋转的床的特护病房里,我度过了在那里的前6个月。这张照片显示了我们所治疗的患者的多样性,从枪伤和烧伤的孩子到朝鲜人再到战俘
1968年,在岘港外的一所孤儿院治疗患者。皮肤感染是常见的
1968年11月,在瑞士日内瓦结婚当天。从岘港去澳大利亚悉尼休假途中,我遇到了新西兰的芭芭拉·瑞伊
我作为一名加利福尼亚大学圣迭戈分校大专院校转校学生之后不久,在圣迭戈造船厂,定造我的6.8米长的帆船和平号
从使命湾到太平洋,独自驾驶PAIX航行
1976年,从加利福尼亚圣迭戈分校毕业获得了博士学位后,我和我的良师益友——内森·卡普兰以及芭芭拉合影
在纽约的布法罗,和儿子克里斯多夫·艾姆利斯·瑞伊·文特尔一起享受下午时光,他出生在1977年暴风雪结束时
一个寒假在塔霍湖附近的落叶湖畔,我和克里斯多夫、芭芭拉,以及圣玛蒂尔学院的良师益友布鲁斯·卡麦隆和他的妻子帕特·卡麦隆
我早期的布法罗医学院实验小组,我们集中研究肾上腺素受体隔离
1980年,在布法罗医学院的一栋老房子里,作为单身父亲的我庆祝克里斯多夫3岁生日
驾驶6.5米长的霍比猫航行至加拿大海滩,这对我的工作是一次重要的逃离
我的第二次婚礼,1981年10月在马塞诸塞州的森特威尔与我以前的研究生克莱尔·M·弗雷泽结婚
1982年6月10日我父亲在睡眠中死于突发心脏病之前不久,打完一天高尔夫以后
我在国家卫生研究所的前基因组学实验室小组成员,从受体生物化学转为分子生物学后
我的天狼星号卡普多瑞帆船,总长11.5米,从安娜波利斯到百慕大航行途中,在百慕大经历了一次大飓风之后
在国家卫生研究所我的实验室里,《华盛顿邮报》报道说吉姆·沃森已经在参议院听证会宣布猴子都可以用我的EST方法发现基因之后,为了试图激励我的小组成员的士气,克莱尔勇敢地穿上猴子的外衣嘲笑沃森
1997年5月,从纽约去英国的法尔茅斯的海洋竞赛刚开始时,在弗莱斯为我设计的28米长的单桅帆船魔法师号的船舵上(劳力士摄)
1997年在英国法尔茅斯接受纽约游艇俱乐部会长鲍勃·基姆斯颁发的跨大西洋竞赛当代分工奖。上一次这个奖项颁发给一个美国人是在1905年,是一条纵帆船大西洋号的船长
2001年2月17日,果蝇基因组测序小组领导成员(我、杰拉尔德[格里]·罗宾、吉恩·梅尔斯、苏珊·E·塞尔尼克和马克·亚当斯)在美国科学促进会会议上,接受2000纽柯布克利夫兰奖颁奖。《科学》也强调果蝇基因组测序为2000年中“年度突破”
与阿里·帕特诺斯和弗朗西斯·科林斯在白宫会面,宣布人类基因组测序之前,我第一次看见《时代》杂志的封面(马提·卡茨(Marty Katz)摄)
2000年6月26日人类基因组在白宫东厅发布会
我的陈述结束后,得到总统克林顿的祝贺
与阿里·帕特诺斯、弗朗西斯·科林斯和白宫科学顾问尼尔·莱恩一起回答白宫记者们问题(马提·卡茨摄)
塞雷拉基因组小组的高层,白宫宣言结束后在华盛顿希尔顿大酒店的绿厅:马克·亚当斯、诺贝尔奖获得者海姆·史密斯、吉恩·梅尔斯和我(马提·卡茨摄)
吉恩·梅尔斯、马克·亚当斯和我在华盛顿希尔顿酒店召开的记者招待会上,等候拥挤的人们的提问(马提·卡茨摄)
华盛顿希尔顿大酒店举行的人类基因组记者招待会上,对于几百名科学家来说,这要不同寻常地高度集中注意力(马提·卡茨摄)
《科学》特写了我的小组对人类基因组的描述。看见这个封面我情绪仍然很激动。[《科学》卷291,5507号,(2001年2月16日)得到美国科学促进会允许重印]
在旧金山与兄弟姐妹一起庆祝我们的妈妈80岁生日:基斯、苏珊、加里
33米的魔法师2号在加拉帕戈斯群岛上的《怒海争锋》场景
驾驶魔法师2号探险途中,在哥斯达黎加的可可斯岛屿附近平静的海面上
我和未婚妻希瑟·科瓦斯基