home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 011794 / 01179921.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1994-05-26  |  20.9 KB  |  389 lines

  1. <text id=94TT0058>
  2. <title>
  3. Jan. 17, 1994: The Genetic Revolution
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1994                  
  7. Jan. 17, 1994  Genetics:The Future Is Now            
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SCIENCE, Page 46
  13. The Genetic Revolution
  14. </hdr>
  15. <body>
  16. <p>New technology enables us to improve on nature. How far should
  17. we go?
  18. </p>
  19. <p>By Philip Elmer-Dewitt--Reported by David Bjerklie, Andrea Dorfman and Christine Gorman/New
  20. York and J. Madeleine Nash/Chicago
  21. </p>
  22. <p>     Dissolved in a test tube, the essence of life is a clear liquid.
  23. To the naked eye it looks just like water. But when it is stirred,
  24. the "water" turns out to be as sticky as molasses, clinging
  25. to a glass rod and forming long, hair-thin threads. "You get
  26. the feeling this is really different stuff," says Dr. Francis
  27. Collins in his molecular-biology laboratory at the National
  28. Institutes of Health. Collins heads a mammoth effort to catalog
  29. the library of biological data locked in those threads, a challenge
  30. he compares, not inaccurately, with splitting the atom or going
  31. to the moon.
  32. </p>
  33. <p>     In his laboratory at the University of Southern California,
  34. Dr. W. French Anderson looks at the same clear liquid and sees
  35. not a library but a pharmacy. Anderson's goal, his obsession,
  36. is to find the wonder drugs hidden in that test tube. Someday,
  37. he says, doctors will simply diagnose their patients' illnesses,
  38. give them the proper snippets of molecular thread and send them
  39. home cured.
  40. </p>
  41. <p>     This thread of life, of course, is deoxyribonucleic acid, the
  42. spiral-staircase-shape molecule found in the nucleus of cells.
  43. Scientists have known since 1952 that DNA is the basic stuff
  44. of heredity. They've known its chemical structure since 1953.
  45. They know that human DNA acts like a biological computer program
  46. some 3 billion bits long that spells out the instructions for
  47. making proteins, the basic building blocks of life.
  48. </p>
  49. <p>     But everything the genetic engineers have accomplished during
  50. the past half-century is just a preamble to the work that Collins
  51. and Anderson and legions of colleagues are doing now. Collins
  52. leads the Human Genome Project, a 15-year effort to draw the
  53. first detailed map of every nook and cranny and gene in human
  54. DNA. Anderson, who pioneered the first successful human-gene-therapy
  55. operations, is leading the campaign to put information about
  56. DNA to use as quickly as possible in the treatment and prevention
  57. of human diseases.
  58. </p>
  59. <p>     What they and other researchers are plotting is nothing less
  60. than a biomedical revolution. Like Silicon Valley pirates reverse-engineering
  61. a computer chip to steal a competitor's secrets, genetic engineers
  62. are decoding life's molecular secrets and trying to use that
  63. knowledge to reverse the natural course of disease. DNA in their
  64. hands has become both a blueprint and a drug, a pharmacological
  65. substance of extraordinary potency that can treat not just symptoms
  66. or the diseases that cause them but also the imperfections in
  67. DNA that make people susceptible to a disease.
  68. </p>
  69. <p>     And that's just the beginning. The ability to manipulate genes--in animals and plants, as well as humans--could eventually
  70. change everything: what we eat, what we wear, how we live, how
  71. we die and how we see ourselves in relation to our fate.
  72. </p>
  73. <p>     It will not be an easy transition. Even as the first benefits
  74. of the genetic revolution begin to trickle in, people have started
  75. to wonder what those benefits will cost. A TIME/CNN poll found
  76. respondents profoundly ambivalent about genetic research and
  77. deeply divided over its applications. Asked whether they would
  78. take a genetic test that could tell them what diseases they
  79. were likely to suffer later in life, nearly as many people said
  80. they would prefer to remain ignorant (49%) as said they would
  81. like to know (50%). Most people strongly oppose human genetic
  82. engineering for any purpose except to cure disease or grow more
  83. food. A substantial majority (58%) think altering human genes
  84. is against the will of God.
  85. </p>
  86. <p>     The respondents also put their finger on what may prove to be
  87. the most worrisome development of the genetic age: the likelihood
  88. that the secrets hidden in people's genes will someday be used
  89. against them. A drop of blood or a lock of hair contains all
  90. the genetic information a potential employer or insurer would
  91. need to determine whether someone is at risk of contracting
  92. a long list of debilitating diseases. Of those polled, 90% said
  93. they thought it should be against the law for insurance companies
  94. to use genetic tests to decide whom to insure. Yet such practices
  95. are, in fact, quite legal. Jeremy Rifkin, a longtime opponent
  96. of some forms of genetic engineering, is now marshaling his
  97. resources to fight what he perceives to be the most serious
  98. new threat to civil liberties. "Genetic privacy will be the
  99. major constitutional issue of the next generation," says Rifkin.
  100. </p>
  101. <p>     No matter what path the genetic revolution takes, the first
  102. step is to find the genes: the discrete segments of DNA that
  103. are the basic units of heredity. For scientists racing to map
  104. the human genome (as the complete set of genes is called), the
  105. past year has been extraordinarily productive. With automated
  106. cloning equipment and rough computerized maps to steer them
  107. through the vast stretches of DNA, scientists are finding human
  108. genes at the rate of more than one a day. In the past 12 months
  109. they have located the genes for Huntington's disease, Lou Gehrig's
  110. disease, the so-called bubble-boy disease, the disease featured
  111. in the film Lorenzo's Oil, a major form of ataxia, and a common
  112. kind of colon cancer, among others. Scientists expect to zero
  113. in on the first breast-cancer gene any week now.
  114. </p>
  115. <p>     Locating a gene from scratch, says Collins, is like "trying
  116. to find a burned-out light bulb in a house located somewhere
  117. between the East and West coasts without knowing the state,
  118. much less the town or street the house is on." Even the most
  119. comprehensive DNA chart available--the human-genome map completed
  120. late last year by Daniel Cohen and colleagues at the Center
  121. for the Study of Human Polymorphism in Paris--is terribly
  122. sketchy and riddled with errors.
  123. </p>
  124. <p>     That's why the Human Genome Project is so important. The goal,
  125. says Collins, director of the National Center for Human Genome
  126. Research, is to find by the year 2005 not just the location
  127. of 100,000 or so genes, but the exact sequence of their constituent
  128. chemical parts. If the human genome is an encyclopedia divided
  129. into 23 "chapters" (chromosome pairs), each gene "sentence"
  130. is composed of three-letter "words," which are in turn spelled
  131. by four molecular "letters" called nucleotides--adenine (A),
  132. cytosine (C), guanine (G) and thymine (T). By scanning a data
  133. base containing the complete sequence of letters, researchers
  134. could quickly end up at a particular gene's front door.
  135. </p>
  136. <p>     But even with the best of tools, the progress is uneven. DNA,
  137. it turns out, is full of surprises. As scientists unravel the
  138. secrets of the genome, they are discovering that what they learned
  139. from Gregor Mendel is woefully incomplete. The textbook model
  140. of inheritance that Mendel found in his garden peas--in which
  141. a trait like the color of a flower is determined by a single
  142. gene--is almost never seen in human DNA. Even a seemingly
  143. straightforward characteristic in humans, eye color, for instance,
  144. can involve the interaction of several genes. And a complex
  145. gene, like the one that causes cystic fibrosis, can go wrong
  146. in any number of places. Scientists have already counted 350
  147. different sites where the cystic fibrosis gene mutates, and
  148. more are being uncovered almost every week.
  149. </p>
  150. <p>     No gene was harder to pin down than the one implicated in Huntington's
  151. disease--which was finally located after a decade-long search
  152. last year. Not only did it turn out to be tucked into a particularly
  153. hard-to-reach spot on the tip of chromosome 4, but it was what
  154. scientists call a "stuttering gene." Hidden in its DNA is a
  155. sequence of nucleotides that spells out the same genetic word--in this case, CAG--again and again. The normal version
  156. of this gene contains anywhere from 11 to perhaps 34 copies
  157. of this three-letter stutter. The defective Huntington's gene,
  158. researchers discovered, has from 37 to about 100. Scientists
  159. still don't know how the stutter causes the disease, but the
  160. severity of the symptoms and their onset seem to be roughly
  161. linked to the number of repeats. In people with 80 to 100 repeats,
  162. for example, the disease comes swiftly--often in childhood.
  163. </p>
  164. <p>     Once a broken gene is found, what next? Fix it, of course. But
  165. how? There are no tweezers small enough to pry out and replace
  166. bad nucleotides one letter at a time, and there probably never
  167. will be. So gene engineers have come up with a variety of indirect
  168. strategies for getting the same result.
  169. </p>
  170. <p>     The most direct approach is to find a healthy copy of the missing
  171. gene and transplant it into the affected cells. That's the strategy
  172. Anderson, teaming up with Drs. Michael Blaese and Kenneth Culver
  173. at the National Institutes of Health, used in a landmark experiment
  174. three years ago. The disease the team targeted was severe combined
  175. immunodeficiency (SCID), often called the bubble-boy disease
  176. because its most famous victim was encased in a plastic bubble
  177. during his short life to protect him from infection. One form
  178. of SCID called ADA deficiency is caused by a defect that blocks
  179. production of adenosine deaminase, a key enzyme; without it,
  180. important immune-system blood cells are immobilized.
  181. </p>
  182. <p>     A few years ago, doctors began to treat patients with a form
  183. of bovine ADA; as a result they could survive outside a bubble,
  184. but some of them still tended to be sickly. A better treatment
  185. was needed, and Anderson thought he had the answer. In the world's
  186. first approved gene-therapy trial, his team extracted white
  187. blood cells from two young Ohio girls with the disease, inserted
  188. normal ADA genes into the cells, and reinjected them. The hope
  189. was that the blood cells would begin churning out enough natural
  190. ADA to boost the immune system measurably. They did. Last May
  191. the patients, now 7 and 12, appeared at a press conference,
  192. thriving as never before, to assume their honorary posts as
  193. "research ambassadors" for the March of Dimes.
  194. </p>
  195. <p>     Impressive as the experiment was, scientists knew that the girls
  196. had been treated but not cured. The altered blood cells died
  197. out after several months, and the patients had to return to
  198. the hospital periodically to repeat the procedure. To achieve
  199. a full cure, gene therapists would have to get to the source
  200. of the problem: the long-lasting stem cells that reside in bone
  201. marrow and produce all the white blood cells that circulate
  202. in the bloodstream.
  203. </p>
  204. <p>     And that's precisely what Blaese did--only a week before the
  205. triumphant press conference last May. Going back to one of the
  206. original Ohio girls, he inserted healthy ADA genes into stem
  207. cells he had coaxed out of her bone marrow. He then inserted
  208. the altered cells into the bloodstream, hoping they would find
  209. their way back to the marrow. The same experiment has since
  210. been repeated several times on infants, whose stem cells are
  211. even more abundant and easier to reach. The children seem to
  212. be thriving, but no results have been published.
  213. </p>
  214. <p>     The ADA experiments created a rush to try similar techniques
  215. on other diseases, including cystic fibrosis, cancer and AIDS.
  216. More than 40 trials are under way around the world, making gene
  217. therapy the hottest new area of medical research.
  218. </p>
  219. <p>     The hardest part of all these efforts is getting the right genes
  220. into the cells that need them. Generally, the genes must be
  221. carried by some sort of delivery vehicle, which scientists call
  222. a vector. For its vector, Anderson's team used an infectious
  223. agent known as a retrovirus--a specialized virus containing
  224. RNA (a single-strand cousin of DNA) that has a knack for finding
  225. its way to a cell's genome and making itself at home. Retroviruses
  226. can be dangerous (HIV is the most notorious), but scientists
  227. have ways of altering them so that they don't cause disease.
  228. Still, the small risk that retroviruses used in gene therapy
  229. could do serious harm to patients makes them less than ideal.
  230. </p>
  231. <p>     Many other vectors are now being tested. Dr. Ronald Crystal
  232. of New York Hospital-Cornell Medical Center was jogging one
  233. day when he had the inspired notion of delivering genes to the
  234. lungs of cystic fibrosis patients using the adenovirus that
  235. causes the common cold. "This is a virus that has taken millions
  236. of years to evolve to do what it does--get into the lung,"
  237. says Crystal, who plans to begin a new set of trials with the
  238. virus in the next month or so. One of his challenges is to render
  239. the adenovirus harmless and keep it from spreading out of control.
  240. "We want to cure cystic fibrosis," he says. "We don't want to
  241. infect the whole town."
  242. </p>
  243. <p>     But vectors may not have to be viruses. Some researchers are
  244. working on ways to inject DNA directly into human cells. To
  245. treat patients with malignant melanoma, a deadly skin cancer,
  246. a team led by Dr. Gary Nabel at the University of Michigan encased
  247. a tumor-fighting gene in liposomes, harmless little bubbles
  248. of fat. The genes found their way into the proper cells, and
  249. in at least one case the tumors shrank.
  250. </p>
  251. <p>     While many scientists are practicing genetic engineering on
  252. human cells, others are working with animals and plants--usually
  253. for the ultimate benefit of humans. A considerable amount of
  254. AIDS research uses mice with immune systems containing transplanted
  255. human genes. Scientists in England and at Washington University
  256. have produced a line of transgenic pigs whose cells produce
  257. human proteins that can suppress the immune response. Hearts,
  258. livers and other organs from these animals could, in theory,
  259. be transplanted into human patients without being attacked and
  260. destroyed.
  261. </p>
  262. <p>     Whole herds of dairy cows are now being injected with a genetically
  263. engineered growth hormone (BST) so that they will produce more
  264. milk than ordinary cattle. Companies such as Monsanto and Calgene
  265. are set to market bioengineered plant products, including tomatoes
  266. that ripen without rotting. And researchers are talking about
  267. drought-tolerant grass that would need almost no mowing.
  268. </p>
  269. <p>     For all the fevered work being done, however, science is still
  270. far away from the Brave New World vision of engineering a perfect
  271. human--or even a perfect tomato. Much more research is needed
  272. before gene therapy becomes commonplace, and many diseases will
  273. take decades to conquer, if they can be conquered at all.
  274. </p>
  275. <p>     In the short run, the most practical way to use the new technology
  276. will be in genetic screening. Doctors will be able to detect
  277. all sorts of flaws in DNA long before they can be fixed. In
  278. some cases the knowledge may lead to treatments that delay the
  279. onset of the disease or soften its effects. Someone with a genetic
  280. predisposition to heart disease, for example, could follow a
  281. low-fat diet. And if scientists determine that a vital protein
  282. is missing because the gene that was supposed to make it is
  283. defective, they might be able to give the patient an artificial
  284. version of the protein. But in other instances, almost nothing
  285. can be done to stop the ravages brought on by genetic mutations.
  286. </p>
  287. <p>     Therein lies the dilemma currently posed by the genetic revolution.
  288. Do people want to know about genetic defects that can't be corrected
  289. yet? Vicki Balogh of Trenton, Michigan, is facing such a moment
  290. of truth right now, as she awaits the results of a test that
  291. will tell her whether she carries the gene for ataxia. The degenerative
  292. disease killed her mother at 52 and has already started to destroy
  293. the nerve fibers in the brain and spinal cord of three of Vicki's
  294. brothers. "I'm 35, and that's young enough to make a career
  295. change," says Balogh, a manager at Ameritech. "I've always wanted
  296. to be a teacher, but if I have ataxia, well..."
  297. </p>
  298. <p>     The danger for many people in whom a genetic disease has been
  299. diagnosed is that if they leave their job (and their insurance),
  300. they may never get another. A report by the National Academy
  301. of Sciences last year found that Americans are already losing
  302. their jobs and health insurance based on information uncovered
  303. in genetic screens. In one case, a California health maintenance
  304. organization discovered that the fetus a client was carrying
  305. had the gene for cystic fibrosis. The HMO told her it would
  306. pay for an abortion, but that if she chose to have the child,
  307. it would not pay for any treatments. The woman had the child,
  308. and the threat of a lawsuit forced the HMO to back down.
  309. </p>
  310. <p>     When the issues are genetic screening and abortion, ethical
  311. values often clash with practicality and parental rights. With
  312. health costs going out of control, there will be increasing
  313. pressure on parents not to bring to term a child that will be
  314. a drain on the medical system. Those who doubt that a eugenics
  315. movement reminiscent of the Nazi era could get started in this
  316. day and age have only to look at the example of China, which
  317. last month announced a program of abortions, forced sterilization
  318. and marriage bans to "avoid new births of inferior quality and
  319. heighten the standards" of the country.
  320. </p>
  321. <p>     "You're going to see craziness you won't believe," says George
  322. Annas, a Boston University professor of health law. He thinks
  323. it is only a matter of time before someone sweeps up Bill Clinton's
  324. hair trimmings at a barbershop, runs a genome scan on the DNA
  325. in the hair cells and publishes the list of diseases to which
  326. the President is heir. Under current law, there is nothing Clinton
  327. or anyone else could do to stop it. Annas is worried that samples
  328. from routine blood tests on ordinary citizens could be screened
  329. and that the genetic information might eventually find its way
  330. into vast DNA data banks, a prospect James Watson, the co-discoverer
  331. of the molecule's structure, has called "repulsive." To prevent
  332. misuse of this information, Annas has proposed a series of guidelines
  333. that would, among other things, prevent genetic data collected
  334. for one purpose from being used for another. But given how ineffective
  335. U.S. computer-privacy laws have proved so far, he is not optimistic.
  336. </p>
  337. <p>     There is already talk of a genetic backlash, a revolt against
  338. the notion that we are our genes, or, as one critic put it,
  339. that our Genes R Us. John Maddox, editor of the journal Nature,
  340. warns that the greatest pitfall of the genome project may be
  341. what he calls the "inescapable triumphalism" that accompanies
  342. a rush of discoveries, leaving the impression that geneticists
  343. know a lot more than they do. Studies claiming to have found
  344. genes for alcoholism, for instance, have not held up under scrutiny,
  345. but many people still assume such complex behaviors may be predetermined
  346. by heredity.
  347. </p>
  348. <p>     Even if there were a gene for, say, criminal activity, what
  349. would society do about it? Gregory Carey, a behavior geneticist
  350. at the University of Colorado, points out that "we already have
  351. a true genetic marker, detectable before birth, that predicts
  352. violence." The individuals with this genotype, he says, are
  353. nine times as likely to get arrested and convicted for a violent
  354. act as people without the genes. He asks, "Do you know the high-risk
  355. marker I'm talking about? That's right: being male."
  356. </p>
  357. <p>     Columnist William Safire, commenting on the Senator Packwood
  358. follies, observed that our diaries reveal our youthful selves
  359. to our aging selves, and that we should not be surprised if
  360. what we see sometimes makes us wince. Annas suggests that the
  361. genetic revolution has reversed that proposition. Our genes,
  362. he says, could serve as "future diaries" that will reveal our
  363. aging selves to our youthful selves.
  364. </p>
  365. <p>     Someday, says Harvard molecular biologist Walter Gilbert, that
  366. diary--the entire genetic record--will fit on a single CD-ROM.
  367. "We look upon ourselves as having an infinite potential," he
  368. writes in The Code of Codes. "To recognize that we are determined,
  369. in a certain sense, by a finite collection of information that
  370. is knowable will change our view of ourselves. It is the closing
  371. of an intellectual frontier, with which we will have to come
  372. to terms."
  373. </p>
  374. <p>     That process has already begun--most poignantly for those
  375. who have been screened for a disease gene and tested positive.
  376. For some there is hope in the work of scientists like Collins
  377. and Anderson, who have discovered that the DNA molecule is not
  378. only highly subtle and complex, but correctable as well. The
  379. rest may take comfort in the fact that life, even after the
  380. genetic revolution, is still a poker game. Our genes are simply
  381. the cards we are dealt. What matters most is how we play the
  382. hand.
  383. </p>
  384.  
  385. </body>
  386. </article>
  387. </text>
  388.  
  389.