以基因科技解讀生命之書

曹虎

每個人的生命歷程是一本書，其中的奧秘“基因”牽引著我們的分分秒秒——快樂、舒暢、悲傷和痛苦。何謂基因工程？基因工程是一種創新的生物技術，是將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內，使此基因能在受體細胞內復制、轉錄、翻譯表達的操作。基因工程技術自出現至今已有40多年，它同細胞培養、酶工程、蛋白質工程和微生物工程共同組成了生物工程。蓋一座大樓，要經過設計、工程計算、備料、施工、驗收、交付等程序，基因技術的操作與之相類似。基因工程自問世以來，已在醫學、農業、環保等方面有不俗的表現，開始是褒聲一片，但近十幾年反對之聲卻不絕于耳。不管怎樣，作為一種解決人類生存與發展難題的新技術，基因工程技術的進步與發展勢不可擋。

定格在1972年

基因工程是在分子生物學和分子遺傳學綜合發展的基礎上，于20世紀70年代誕生的一門嶄新的生物技術科學。1972年，美國國立癌癥研究所的科學家，首開基因治癌實驗，取得初步的成功，1972年因此成為遺傳工程（基因工程）的元年。迄今為止，基因工程已在從細菌到家畜的所有非人類生物體上做了實驗，并取得了成功。事實上，所有用于治療糖尿病的胰島素都來自一種細菌，其DNA中植入了人類可產生胰島素的基因，細菌便可自行復制，大量產生胰島素。基因工程技術使得許多植物具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力，在美國，大約有1/2的大豆和1/4的玉米都是轉基因的。

隨著DNA的內部結構和遺傳機制的秘密呈現在人們眼前，特別是當人們了解到遺傳密碼是由 RNA轉錄表達的以后，生物學家開始躍躍欲試，設想在分子的水平上去干預生物的遺傳特性。如果將一種生物的 DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的愿望，設計出新的遺傳物質并創造出新的生物類型，這與過去培育生物繁殖后代的傳統做法完全不同。這種做法就像技術科學的工程設計那樣，按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創造出新的生物。這個過程首先要選擇目標基因的運載工具，如質粒、病毒等，然后用同一種限制酶分別切割運載體和目標基因，使它產生相同的黏性末端，再加入適量的DNA連接酶，在生物體外將目標基因的DNA與運載體的DNA結合起來，形成重組DNA（或重組質粒）。將重組的DNA雜合分子，借用細菌或病毒侵染細胞的途徑，轉移到選定的生物體細胞中，使重組的DNA在受體細胞中復制、轉錄、翻譯而得以表達。這種用工程學方法改造生物的過程，省時省工，勝過所有傳統的方法。

基因工程的基礎研究從1866年奧地利遺傳學家孟德爾，根據豌豆雜交實驗發現生物的遺傳基因規律，提出遺傳因子概念就已開始。30多年后，英國生物學家貝特森，通過植物雜交實驗，重現了孟德爾定律，引起了科學界的普遍關注。1909年，丹麥植物學家和遺傳學家約翰遜首次提出用“基因”表達孟德爾的遺傳因子概念。 1944年，有 3位美國科學家分離出細菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發現DNA是攜帶生命遺傳物質的分子。1945年，眾多科學家參與基因研究，知道了基因是通過指揮蛋白質的合成控制生物性狀的，從而確立了“一個基因一個酶”的假說。

1953年，美國生化學家沃森和英國物理學家克里克用X衍射的方法，在電鏡下發現了DNA的雙螺旋結構，這是基因工程發展史上具有里程碑意義的事件，因為它奠定了基因工程的基礎。到1969年， 科學家成功分離出第一個基因，此后基因工程走上了快車道。

1980年，美國科學家把大鼠的生長激素基因組成質粒，注射到小鼠的受精卵里，再把受精卵移植到借腹懷胎的雌鼠體內，生下來的小鼠平均生長速度要比普通小鼠快50%。1983年，科學家首次培育出世界上第一個轉基因植物——轉基因煙草。1996年，第一只克隆羊多莉誕生。1998年12月，一種小線蟲完整基因組序列的測定工作宣告完成，這是科學家第一次繪制出多細胞動物的基因組圖譜。

1999年9月，中國獲準加入人類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之后第6個國際人類基因組計劃參與國，也是參與這一計劃的唯一的發展中國家。2006年6月26日，科學家公布人類基因組工作草圖，標志著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要一步。

編寫基因百科全書

自1953年沃森和克里克闡明DNA雙螺旋分子結構以來，科學家為弄清遺傳的秘密進行了不懈的努力，但由于物理和化學技術的滯后，基因研究在20世紀90年代之前進展不大。隨著檢測技術的進步和信息技術的應用，各種基因擴增與分析儀紛紛問世，人類探測基因秘密的速度大大加快。1993年，由美國國家能源部、科學院和國立衛生研究院發起，組織了破譯人類30億個堿基對的工程——人類基因組計劃。以美國國家人類基因組研究所所長柯斯林和塞萊拉基因組公司董事長溫特為首，聯合了美、英、德、日、法、中6個國家的1000多名科學家，經過7年的努力，耗資數億美元，終于在2000年完成了人類基因組草圖的繪制。2001年2月，又完成了基因組圖譜的修訂，公布了新版本，說明人類的基因總數在3.2萬個左右，現在已經鑒定出2.2萬個，雖然比名為擬南芥的植物的2.5萬個基因多不了多少，但人類基因組仍是生物界最大的基因組。

弄清人類的遺傳秘密，一直是科學家的理想。通過國際合作完成的人類基因組圖，第一次向人們公布了23對染色體上的基因數目、正確位置和基因的結構，人類從此有了一本生命的說明書。人類的性狀和一切生理及心理活動都有它的基因基礎。為什么歌唱家的歌聲那么動聽，而有的人卻五音不全？為什么你35歲就開始謝頂，而同齡的朋友卻滿頭秀發？為什么他會在45歲時得癌癥，而不是在50歲？均能從“基因百科全書”上找到答案。有了基因圖譜，當個體患某種遺傳性疾病時，醫生就可以用儀器對著圖譜“按圖索驥”，很快找到病根，對癥治療；用個體的基因圖譜與標準版本對照，可以預測健康狀況，及早做好預防工作，提高生活質量；制藥公司也可以根據一個特殊基因，開發研制出價值億萬的新藥。

發展無窮期

目前基因工程技術仍處于研究發展階段，培育出來的生物仍是我們熟悉的生物，基因治療也局限于少數病例。21世紀是基因工程技術蓬勃發展的時代，基因工程的興起是生物學發展的必然結果，盡管基因工程的隱憂及爭論不斷，但它給人類帶來的好處是顯而易見的。隨著生物技術的不斷發展，基因工程的安全性將會得到保證，培育多功能營養的轉基因動植物品種，治愈人類基因病等夢想終有一天會實現。