打开生命的黑匣子

2打开生命的黑匣子

现代生物技术是运用生命科学的原理与现代生物学、化学和工程学以及微电子学等尖端技术相结合，利用生命系统生产人类所需的物质的一门高新技术。现今，人们运用现代生物技术（克隆技术、基因工程等）已经能够对生物进行人工设计、定向改造，同时对一些以生物技术为手段的传统工业（包括医药、食品、轻工、化工等）赋予新的生命力。

引导近代生物技术向现代生物技术过渡的关键技术是基因重组技术，亦称基因工程。通过基因工程生产出的产品是非自然的。通过基因工程这把钥匙有望打开生命的黑匣子。

基因工程又叫重组DNA技术，就是将DNA在体外或体内进行重新组合，然后把重组后的DNA分子转移进我们操作的生命体。其方法是通过类似工程设计的方式，将一种生物的遗传物质从细胞里分离出来，用一种特殊的酶进行剪裁，再寻找一个合适的载体（质粒或病毒），将其导入另一种生物细胞中，使之改变该生物的遗传结构和遗传性，创造出人类需要的新的生物类型。

有了基因工程的概念进而就需要了解什么是基因了。我们知道孩子总是和父母相像，俗话说“种瓜得瓜，种豆得豆”，这就是遗传物质起作用的结果，基因就是遗传物质核酸的片段，是遗传物质的基本单位。人类有10万个基因，有30亿个碱基对构成遗传密码。核酸分两种：一种是脱氧核糖核酸（DNA），另一种是核糖核酸（RNA）。绝大多数DNA是双链的，呈双螺旋构型，绝大多数RNA是单链的，呈单螺旋构型。DNA由4种核苷酸（A、C、G、T）组成，这4种核苷酸的不同排列顺序就构成了一个又一个遗传密码，DNA就像储存生命之歌的磁带，它奏响千变万化的生命乐章，造就了生物体的多样性。打个形象的比方，房间是一个细胞，房间里的书橱是细胞核，书橱里的图纸是染色体中的DNA，图纸上的字句是基因，那么一个个字母就是遗传密码了。

知道了基因是遗传物质DNA的片段，那么基因又是怎样被剪开、拼接的呢？科学家在微生物中发现了一种特殊的酶，称DNA限制性内切酶，这种酶像一把特殊的剪刀，可以在特定的识别位点上将DNA切开，又用类似针线的DNA连接酶将被剪开的DNA片段连起来。科学家运用这些“剪刀”和“针线”，将所需要的基因分离出来，使之与特定的载体相连，然后放进特定的载体——细菌或细胞中，使之表达、产生人们需要的产品或创造新的生物类型。它在药物生产、转基因动物和改良植物新品种方面已经作出贡献。

（1）对药物生产的促进

目前药物尤其是抗生素一类药物都是由微生物发酵生产的，如青霉素、链霉素等就是由青霉素菌、链霉素菌发酵、提纯而来。为了提高抗生素的产量，就要改造生产抗生素的菌种。由于有了基因重组技术，就可以对菌种“施手术”改造。经过改造的菌种，我们称之为工程菌。工程菌是现代发酵工业、制药业的生力军。

胰岛素生产胰岛素是一种蛋白质，它专门控制人体内血糖含量。糖尿病就是体内胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗，引起血糖升高，尿中出现葡萄糖。治疗1个糖尿病病人，1天需要的胰岛素相当于40头牛或50头猪的胰脏提取量。运用基因工程技术生产10克胰岛素仅需要200升工程菌的菌液，但若用传统方法生产，需动物的胰脏450余千克。21世纪，胰岛素的产业化生产将大大加快进程。

干扰素生产干扰素是一种抗病毒的特效药，对于预防癌症、治疗癌症和战胜由病毒引起的感染有特殊作用。用传统的办法生产干扰素产量低、成本高。通过基因重组技术得到几种能生产干扰素的菌种，尔后又将这些菌种重组到酵母菌里，让酵母菌生产干扰素，每个酵母菌菌体能合成20万个干扰素分子。而在用白细胞生产干扰素的传统方法中，每个白细胞最多只能合成100～ 1000个干扰素分子。

生长激素生产人体生长激素是脑下垂体产生的一种蛋白质。人在幼年时期如果生长激素分泌过少，则生长发育延缓，身体异常矮小，称侏儒症。生产生长激素的传统方法是从尸体上切下的脑垂体中提取，其产量之微、价格之昂贵是显见的。而采用基因工程菌在发酵罐中生产生长激素，就很方便了。

乙肝疫苗生产乙型肝炎疫苗是预防乙型肝炎的特殊药。传统方法生产乙肝疫苗是以乙肝病人的血液为原料，从中提取疫苗。现在通过工程菌生产乙肝疫苗，既安全又可大规模生产，1984年8月，我国的乙肝疫苗工程菌已构建成功。可以说，人类在21世纪里战胜乙肝的日子为期不远了。

（2）转基因动物

用基因重组技术对动物遗传性进行干预而培育出的动物叫转基因动物。比如，1982年，美国索尔克研究所把白鼠的生长激素基因转移到家鼠的受精卵中，结果得到了相当于普通家鼠2倍大小的“超级鼠”。由于这一实验的成功，人们期盼它在畜牧业中取得辉煌的成功，培育出“超级猪”、“超级羊”等以开创畜牧业的新时代。

提供器官移植全世界每年大约有40万人需要进行器官移植，可哪来那么多器官呢？科学家想到了培养转基因猪，他们将人类的DNA移植到猪的受精卵细胞中，使猪的后代带有人类的基因，这样的猪所提供的器官，移植给人时就不会被人体免疫系统排斥，比较容易在人体内“安家落户”。这项成果不久就能应用于临床了。

动物药厂用转基因动物可以合成某些能治病的蛋白质，这就等于将生产药品的工厂迁居到动物体内。现在已有很多的转基因蛋白可以随动物的乳汁分泌出来，比如人体血红蛋白、人体C蛋白、乳酸铁蛋白等。

解析疑难病病因转基因动物的另一个重要用途是用来解析疑难病病因。日本东海大学饲养了几只转基因猪，并于1995年1月底建成能实施“染色体解析”研究的科研设施。

（3）培育农作物新品种

被誉为第二次绿色革命的农业基因工程，给我们带来了粮食产量翻1番以满足人口增长需要的希望。经科学家的努力，将固氮基因转移至水稻、小麦中已经显露出曙光。将调渗基因转移到固氮菌中，便可能创造出既固氮又抗盐、抗旱的根瘤菌。在抗病虫害方面，科学家已经把苏云金杆菌控制毒蛋白合成的基因转移到烟草体内，使烟草叶子能合成毒蛋白，那些危害烟草叶子的害虫，吃了叶子便会死亡，从而使烟草免受虫害。用转移基因的办法培育新品种已成为一种崭新的育种法。在沙漠中种庄稼不再是梦想。多少年来，人们梦想能按照自己的意愿创造出新的生物或改良物种，使吃的、穿的、用的更科学、更适用、更方便。现在，这一愿望因为基因工程的问世，正在变为现实。你能说基因工程不奇妙吗！

（4）人体基因组计划

为了早日打开生命的黑匣子，一个庞大的人体基因组计划正在实施中。这项耗资30亿美元、费时15年、由全世界几十个国家数千名科学家倾其所能从事的事业，其难度可与阿波罗登月计划相比拟。这项计划完成，生命的黑匣子便被打开，人类对自身的认识便有了一个飞跃，诸如生命的奥秘，人是怎么进化来的？人与人之间的不同，根源是否在基因？可以说，根治遗传病可根据人体基因图准确定位治疗，而不必再忧虑有什么不治之症了。