探索生命之源

探索生命之源

生命的起源，这是个神秘莫测的问题，同时也是人们最关心的问题。这是类似于“先有蛋还是先有鸡”的命题：地球上最早最古老的生物高分子究竟是什么？是蛋白质还是核酸？核酸的合成需要酶的催化，而蛋白质的合成又需要核酸作为遗传模版。它们之中谁是导致生命诞生的“第一元素”？美国生物化学家萨姆纳于1926年首次提纯出一种名叫“豚酶”的酶，而证明酶是一种蛋白质。他因此荣获了1946年诺贝尔化学奖。萨姆纳的发现使生物学家们认为：是酶在起到细胞分裂的催化功能，因此在生命最初诞生的那一刻是先有蛋白质，后有核酸。在20世纪80年代以前，人们已知道核酸是遗传信息的载体，但一般认为它们并不具有生物催化作用，只有蛋白质才具有生物催化作用，是它导致了生命的诞生。细胞内核酸作为遗传信息分子、蛋白质作为催化分子分工的观点得到普遍认同，并被作为“生物化学的基本定论”，写入有关的教科书，统治了生物学界半个多世纪。

细胞板

新陈代谢概念图解

1978年—1981年，美国化学家奥尔特曼和美国化学家T．切赫分别在实验中发现：核糖核酸具有生物催化作用，具有酶一样的活性。这一发现意味着：地球上最早最古老的生物高分子有可能是不仅具有携带遗传信息功能、也具有生物催化功能的核糖核酸分子。这一发现使科学家们对生命起源于蛋白质的定论重新审视。由于这一发现，奥尔特曼与切赫于1989年获诺贝尔化学奖。

20世纪的50年代初，南太平洋岛国新几内亚西部原始森林中的土著民族佛鲁人中流行一种怪病——“库鲁病”。患者初期抑制不住地震颤、四肢阵挛性抽搐、精神错乱，并不时发出痛苦、可怕的笑声，最终导致瘫痪而死亡。这种病原因不明，有的部落近半数的人死于这种病。

美国医学家和病毒学家盖达塞克冒着被传染的危险，历时10年深入土著人部落生活调查库鲁病。盖达塞克发现，佛鲁人有一种野蛮的习俗：当家中有人死去时，女眷和儿童生食死者的大脑，而库鲁病患者恰恰以妇女和青少年居多。于是，盖达塞克劝说当地人改除这种陋习。数年后，库鲁病的发病率大为降低。

盖达塞克对库鲁病病死者的大脑进行培养和分析，但始终未能找出致病的细菌或病毒。后来受其他科学家的启发，他认定这是一种人类尚未认识的、比病毒还小的病原微生物，盖达塞克将它命名为“慢病毒”。后来，他和其他科学家又发现了另外几种能导致神经系统疾病的慢病毒，并荣获1976年诺贝尔生理学或医学奖。

20世纪80年代，美国神经生理学家普鲁西纳发现了一种比病毒还小、内部不存在核酸的微生物致病因子。由于这种致病因子具有蛋白质的性质，所以普鲁西纳将其命名为“朊毒体”。

1985年，世界上发现首例疯牛病。1992年，欧洲疯牛病流行。同时，人们又发现羊的亚急性传染性海绵样脑病、人的新克雅氏症都具有与疯牛病类似的症状，并且都有脑组织坏死，这三种病的罪魁祸首就是普鲁西纳所发现的“朊毒体”。后来普鲁西纳和其他科学家经进一步证明：库鲁病和老年痴呆症等神经系统疾病，也都是由与朊毒体类似的病原微生物所引起的，慢病毒与朊毒体可能是同一类生物体。普鲁西纳因此荣获了1997年诺贝尔生理学或医学奖。

双胞胎的产生

朊毒体的发现无疑向“一切生物都存在核酸、遗传必须经过核酸”的生物学“圣经”发起了挑战，即蛋白质也可能具有遗传功能，并为生命起源的研究开辟了新思路。但这一点目前还有待进一步的研究和验证。

DNA是螺旋状的，生命科学的探索之路也是螺旋的，而且是永无止境的。DNA的双螺旋结构体现着一种科学之美，它与和谐的大自然之美交相辉映。科学家们为我们展示了科学之美、探索之美，而且通过科学技术的进步为人类创造了日益美好的生活。人体自身和大千世界还有数不清的未解之谜，正等待着人们进行探索。让我们体验美、探索美，续写和创造永无止境的螺旋之美。

基因操作示意图

基因工程药物

生物工程技术的诞生与应用不仅改变了我们的生活而且还让我们为你的生活多姿多彩。1977年，美国加利福尼大学的遗传学家博耶等人，用基因重组技术，在大肠杆菌中制造出5毫克的人生长激素抑制因子。如果用传统的办法从羊脑中提取5毫克生长激素抑制因子，那就要有50万个羊脑。这是基因工程应用的一大胜利。

糖尿病是患者胰腺不能正常分泌胰岛素，引起血糖过高而至，其死亡率仅次于癌症和心脏病。全世界的糖尿病患者已达数千万人。20世纪初，医生们就采用胰岛素治疗糖尿病。但胰岛素以往主要靠从牛、猪等大牲畜的胰脏中提取，一头牛的胰脏或一头猪的胰脏只能产生30毫升的胰岛素，而一个病人每天则需要4毫升的胰岛素，胰岛素产量远远不能满足需要。

1978年，美国化学家吉尔伯特领导的研究小组，利用重组DNA技术成功地使大肠杆菌生产出胰岛素。

为基因重组技术商业化而建立的第一家公司是南旧金山的一家名叫杰纳泰克的公司。该公司是由博耶和企业家斯旺森创办的，该公司能够大量生产人体胰岛素。1982年，用基因技术生产的胰岛素产品获得批准并投入使用。

干扰素是两位美国科学家在1957研究病毒的干扰现象时发现的一种抗病毒的特效药，能战胜病毒引起的感染，如水痘、肝炎和狂犬病等。干扰素本是我们身体内部少数几种能抵御病毒的天然防御物质之一，是在病毒入侵细胞以后从仍然健康的细胞中自然产生的。但人体内产生的干扰素数量非常小，所以当时生产的干扰素数量很少而十分昂贵。

基因表达过程示意图

1980年，由美国生物化学家博耶和科恩创建的基因工程公司，通过各种不同基因组合得到几种生产干扰素的细菌。1981年，又用酵母菌生产干扰素获得成功。过去，用白细胞生产干扰素，每个细胞最多只能产生100～1000个干扰素分子；而用基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产，在1～2天内，每个菌体能产生20万个干扰素分子。现在，美国已经采用基因工程来大规模工业化生产干扰素。

中国在1982年已用基因工程方法组建了生产干扰素的大肠杆菌新菌种，它产生的干扰素跟天然干扰素一样具有抗病毒活性。同年，复旦大学遗传研究所获得人干扰素基因克隆的酵母菌株。1983年建立了人甲种干扰素基因工程无性繁殖系，并用于生产。

基因鉴定技术

DNA鉴定技术是英国遗传学家杰弗里斯在1984年发明的。DNA鉴定技术除了可鉴定个人身份外，在鉴定亲属关系上也很有效。人体细胞有总数约为30亿个碱基对的DNA，每个人的DNA都不完全相同，人与人之间不同的碱基对数目达几百万之多，因此通过分子生物学方法显示的DNA图谱也因人而异，由此可以识别不同的人。所谓“DNA指纹”，就是把DNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同的人。由于DNA是遗传物质，因此通过对DNA鉴定还可以判断两个人之间的亲缘关系。由于人体各部位的细胞都有相同的DNA，因此可以通过检查血迹、毛发、唾液等判明身份。

2000年，我国河南省郑州市首次颁发DNA身份证。这张特殊的身份证表面印有持有者的姓名、年龄、性别、出生年月、血型、身份证号、照片等，但它的奥秘和价值所在是下方的一长排条文形码。个人的遗传基因秘密就藏在这些条码中，显示持有者存在的惟一性。拥有者将真正与世界上其他60亿人口区分开来。DNA身份证在人体器官移植、输血、耐药基因的认定和干细胞移植方面都有非常大的作用。用DNA鉴定身份的技术在阿根廷内战期间也起到了重要作用。战争让许多孩子失去了父母。战争结束后，政府希望把这些孩子们交付给他们的亲戚，使他们回到亲人的怀抱。可是怎样使他们没见过面的亲戚相信孩子是自己的亲属呢？科学家采用DNA鉴定技术，将孩子血液中的DNA与可能是他们亲戚的DNA相比较，结果至少帮助50多个孩子找到了亲人。现在这种技术，已经广泛被各国采用了。

多莉和它的养父

近一个世纪以来，指纹技术给侦破工作带来很大方便。但罪犯越来越狡猾，许多作案现场没有留下指纹。现在有了DNA指纹鉴定技术，只要罪犯在案发现场留下任何与身体有关的东西，例如血迹和毛发，警方就可以根据这些蛛丝马迹将其擒获，准确率非常高。DNA鉴定技术在破获强奸和暴力犯罪时特别有效，因为在此类案件中，罪犯很容易留下包含DNA信息的罪证。

根据DNA指纹破案虽然准确率高，但也有出错的可能，因为两个人的DNA指纹在测试的区域内有完全吻合的可能。因此在2000年英国将DNA指纹测试扩展到10个区域，使偶然吻合的危险几率降到十亿分之一。即使这样，出错的可能性仍未排除。

基因疗法

基因疗法，即是通过基因水平的操作来治疗疾病的方法。基因是“生命的设计图”，当基因因为突变、缺失、转移或是不正常的扩增而“出错”时，细胞制造出来的蛋白质数量或是形态就会出现问题，人体也就生病了。所以要治疗这种疾病最根本的方法，就是找出基因发生“错误”的地方和原因，把它矫正回来，疾病自然就会痊愈了。

目前的基因疗法是先从患者身上取出一些细胞，然后利用对人体无害的逆转录病毒当载体，把正常的基因嫁接到病毒上，再用这些病毒去感染取出的人体细胞，让它们把正常基因插进细胞的染色体中，使人体细胞就可以“获得”正常的基因，以取代原有的异常基因；接着把这些修复好的细胞培养、繁殖到一定的数量后，送回患者体内，这些细胞就会发挥“医生”的功能，把疾病治好了。

美国医学家安德森等人对腺甘脱氨酶缺乏症的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。

1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。1991年1月，另一名患同样病的女孩也接受了同样的治疗。两患儿经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。

继安德森之后，法国巴黎奈克儿童医院的费舍尔博与卡波博士也对两例先天性免疫功能不全的患儿成功地行了基因治疗。

尽管目前只有极少数的基因疗法开始在临床试用，多数还处于研究阶段，但它的潜力极大、发展前景广阔。

延长寿命

长生不老，一个人类追寻了几千年的梦想，直到现在学家们还在不懈的努力。从公元3500年前开始，人类就始寻找长生不老药。老化的原因有多种因素，如蛋白质伤、DNA损伤、细胞膜损伤、细胞内积累废弃物、端粒短等。

导致衰老的各种原因

提升寿命上限的目标可以通过多种方法实现，除了治疗疾病、均衡营养、减少环境污染、适量运动等方法外，发掘控制衰老或长寿的基因成为最受科学家、也是最有潜力的途径之一。

线虫是体长1厘米左右的小生物，约由1000个细胞构成，栖息在土中，最长寿命不到22天，很适合用来做寿命实验。控制线虫寿命的基因有许多，破坏其中“时钟1基因”可使线虫的寿命延长1．5倍。科学家们发现，人类也有与时钟1基因大致相同的基因。研究人员除了找到时钟1基因，还找到了“年龄1基因”、“daf－2”等受损会延长寿命的基因。人类的DNA中原来就有负责化解活性氧毒性的基因，我们也可以采取活化该基因的办法，以防止老化。

科学家的研究已经发现，热量限制可以延长包括哺乳动物在内的许多物种动物的生命周期。其原因，一种解释是它减少了氧自由基对细胞造成的损伤。利用酶聚合反应，通过抗氧化剂来控制氧化压力。研究发现，由于限制热量摄入而延长生命的现象与一种叫作SIR2基因有关。

科学家还发现，一种成为“我还活着”的基因一旦发生改变，就会使果蝇寿命延长一倍。人体内也存在这种基因，它是通过改变新陈代谢来发挥作用的。有一种早衰症，病症是过早脱发、白内障、血管钙化、冠心病、糖尿病、以及癌症等，病人的平均寿命是47岁，而这种疾病就是一种基因导致的。

DNA缠绕成的染色体末端，有称做端粒的区域。控制着细胞的分裂次数，端粒随着细胞分裂每次变短，短到某个程度，细胞将不再分裂。人的一生中，细胞大约能分裂50～60次。因此端粒是控制生理寿命的生物钟，而端粒长短就成为表示细胞“年龄”的指标。如果加入一种“端粒酶”阻止它缩短，就可使细胞保持年轻，人就像吃了“唐僧肉”一样实现长生不老的梦想。