基因工程将引发一场技术革命
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基因工程是波兰遗传学家斯吉巴尔斯基率先提出的。
基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源物质在其中安家落户,进行正常的复制、转录、翻译表达,从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。
1973年,美国斯坦福大学的科恩教授从大肠杆菌中取出两种不同的质粒。它们各自具有一个抗药基因,分别对抗不同的药物。科恩将这两种不同的抗药基因取下来,将它们拼接在同一个质粒中,于是产生了新的杂合质粒。
当这种杂合质粒进入大肠杆菌内部后,这些大肠杆菌就能抵抗两种药物,而且这种大肠杆菌的后代都具有双重抗药性。这表明杂合质粒在大肠杆菌细胞分裂时也能自我复制,它标志着基因工程的首次成功。
斯坦利 • 科恩(1922—2020)
1974年,科恩将金黄色葡萄球菌的质粒和大肠杆菌的质粒组装成杂合质粒,送入大肠杆菌体内,使这种大肠杆菌获得了对青霉素的抗药性。后来, 他又把非洲爪蟾的DNA与大肠杆菌的质粒进行拼接,并获得成功,产生了非洲爪蟾的核糖体核糖核酸。这表明基因工程可以完全不受生物种类的限制, 创造新的生物。
随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前,特别是当人们了解到遗传密码是由 RNA转录表达的以后,生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密,而是开始跃跃欲试,设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。如果将一种生物的 DNA中的某个遗传密码片段连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,就可以按照人类的愿望,设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型,这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。
在随后的时间里,基因工程还没有用于人体,但已在从细菌到家畜的几乎所有非人生命物体上做了实验,并取得了成功。基因工程技术使得许多植物具有了抗病虫害和抗除草剂的能力;在美国,大约有一半的大豆和四分之一的玉米都是转基因的。
科学研究证明,一些困扰人类健康的主要疾病,例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。
事实上,所有用于治疗糖尿病的胰岛素都来自一种细菌,其DNA中被插入人类可产生胰岛素的基因,细菌便可自行复制胰岛素。
人类基因组蕴含有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息,破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命。
可以预见,在今后的四分之一世纪里,科学家们就可能揭示人类大约5000种基因遗传病的致病基因,从而为癌症、糖尿病、心脏病、血友病等致命疾病找到基因疗法。
依据已经破译的基因序列和功能,找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选,甚至基于已有的基因知识来设计新药,就能有的放矢地修补或替换这些病变的基因,从而根治顽症。
基因药物将成为21世纪医药中的耀眼明星。基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据,也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。
信息技术的发展改变了人类的生活方式,而基因工程的突破将帮助人类延年益寿。
一些国家人口的平均寿命已突破80岁,中国也突破了70岁。有科学家预言,随着癌症、心脑血管疾病等顽症的有效攻克,在2020至2030年间,可能出现人口平均寿命突破100岁的国家。到2050年,人类的平均寿命将达到90至95岁。