按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
膊〉闹虏』颍翟谑翘负稳菀住！�
人类光是遗传性疾病就不下4000种，每种遗传性疾病都是受一个或数个致病基因控制的。基因治疗是治疗遗传性疾病最有效的手段，甚至是唯一的根治手段。然而，这4000多种遗传性疾病中，已找到致病基因的还不到3％。
一旦人类基因组计划实现，这4000多种遗传性疾病的致病基因就将暴露在光天化日之下，进行基因治疗就有了保证。
再拿人们视作洪水猛兽一般的癌症来说吧。至今已在人的DNA里发现了近百种癌基因，这些癌基因长时期处于静息状态，一旦有某种条件使它活化，它就会使细胞无节制地分裂，人就会生癌。实施人类基因组计划后，所有的癌基因都将一一亮相，给治疗带来许多线索——或者是进行基因手术，或者是控制它的活化条件，等等。这就等于为人类攻克癌症堡垒提供了一份精确的军用地图。
更有趣的是，人类基因组计划实现后，每个人在胎儿阶段就能作出基因组分析，建立起个人的基因档案。这份档案里不仅记载着致病基因，还记载着体质、性格、语言、智力等多方面的遗传特点。人们可以根据这份档案来预防疾病，确定最适宜于自己的生活方式、饮食规律以及事业上的发展方向，大大提高生命的质量。这部“基因辞典”将是人类全面细致地认识自身的“金钥匙”。它的问世，将使人类在人体科学中大大地前进一步。可以毫不夸张地说，它将使人体科学研究出现一次新的飞跃，它将极大地促进人体生理学、病理学、遗传学以至人类考古学及与此相关联的各种边缘学科的迅速发展。
基因工程的应用
基因工程的产生使整个生物技术跨入了一个崭新的发展时代，传统的生物技术与基因工程的结合形成了真正有生命力的现代生物技术。
运用传统的生物技术方式要用10万只羊的下丘脑才能获得1毫克生长激素抑制素，所耗资金相当于通过人造卫星从月亮上搬1公斤石头回地球；现在通过基因工程，将人工合成的人生长激素抑制素基因重组一个高效表达载体在大肠杆菌中表达，只需要10升这种重组的大肠杆菌培养液经计算机严格控制条件就可以获得。这就是现代发酵工程的威力。
1989年，美国将获得抗体的重链基因和轻链基因构建成重组DNA，转入烟草细胞，利用植物细胞组织培养技术培养出转基因烟草，结果在烟草叶片上产生了点叶蛋白总量的1。3％的抗体。按照这种水平计算，美国只需要用其目前种烟草土地面积的1％来种这种转基因烟草，每年就可以生产出270公斤的抗体，足够27万病人用1年。这是基因工程与细胞工程结合后产生巨大社会效益和经济效益的一个明证。
现在的遗传育种基因工程技术把一些有用的优良或特殊性状的基因转入到农作物中，缩短育种时间达几万倍。目前已经培育出了抗病毒、抗除草剂、抗虫、高蛋白的各种农作物品种，也培养出了携带人的生长激素基因的猪种和鱼种，它们都比普通猪和鱼要长得快，长得大。
现代酶工程在基因工程技术的帮助下已对各种酶进行大量改造。例如将水解霉素的青霉素酰化酶基因重组到一个质粒上然后构建一个新的菌株，结果使新构建的菌株的酶活力提高50倍，等等。诸如此类的例子不胜枚举。
我国的基因工程研究及应用虽起步较晚，但已获得了较大的发展，取得了一定的成果，据不完全统计，已经研制成功和正在研制的基因工程产品就有几十种，有些已经投产并开始使用，如基因工程α—干扰素，基因工程乙型肝炎疫苗等等。总之，基因工程给传统生物技术带来了彻底的革新，而且应用范围仍然在不断加深扩展，前景十分广阔。
生物工程新星——蛋白质工程
现代的酶工程将奶酪也列为生产对象。然而，困难出现了。生产奶酪时用来杀菌的T4溶菌酶，在工作环境温度67℃下，3小时后活力仅剩下0。2％，这样就无法维持正常生产。
这个问题留给蛋白质工程来解决。
高新技术的日新月异实在令人赞叹不已。生物工程至今还常常被人用“方兴未艾”这个词来形容，却已经有了崭新的一代。基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程这四大支柱已经被归入“上一代”、“老一代”了。
又如，人们寄托了很大希望的抗肿瘤、抗病毒药物干扰素，遇热也极易变性，在…70℃的低温条件下也只能保存很短的时间。问题之二是产品的副作用。例如，用小鼠细胞培养、生产的单克隆抗体，进入人体后一方面表现出强大的药理作用，一方面却会引起免疫反应，因为它毕竟是异体蛋白。此外，生物工程的许多产品还存在着活性低、提纯困难等问题，这些问题正是蛋白质工程的攻关对象。
要改造一种蛋白质，大致要经过这么几个阶段：1。通过计算机图像分析，找出蛋白质整体结构中足以引起某个性能发生改变的关键部位，或者说在氨基酸长链中找到那个关键的氨基酸。然后确定这个氨基酸需要如何加工修饰，或者干脆用哪一个氨基酸来代换。
2。找到生物细胞中指导合成这种蛋白质的DNA片段，并找出与那个关键氨基酸相对应的碱基，经过分析后用另一个碱基来取代它。这个繁琐的过程也少不了计算机的帮助。
3。将改造过的DNA片段移植到细菌、酵母菌或其他微生物体内，经过培养，筛选出能“分泌”出理想的新蛋白质的菌株，再运用发酵工程大量生产这种新蛋白质。
以上说的仅仅是蛋白质工程一种比较有代表性的生产过程，对这个过程的描述也是极其粗略的。然而，它大概已经能表明，蛋白质工程集中了生物工程的精粹，而且还是计算机技术和现代生物技术杂交生成的宠儿。
拿计算机图像显示来说，它显示的不光是氨基酸排列顺序，不光是氨基酸长链如何缠绕、盘旋的立体结构，还要显示出每个氨基酸的受力情况——在哪些相邻分子的引力下处于平衡状态。更进一步地，它还要显示如果某个氨基酸发生改变，这一平衡状态将会如何变化，对整个蛋白质的功能将会有什么样的影响。如果没有现代计算机技术，这一切都是难以想象的。
蛋白质工程问世还不久，取得的成果已经令人刮目相看：那种T4溶菌酶，蛋白质工程施以回春妙手，将它的3位异亮氨酸换成半胱氨酸，再跟97位半胱氨酸联接起来。这样，它在67℃下反应3小时后，活性丝毫未减。
在…70℃的低温下难以保存的干扰素，经蛋白质工程的点化，两个半胱氨酸被换成丝氨酸，一下子变得可以保存半年之久了。
一种生产中很有用的酪氨酸转移核糖核酸酶，只是在一个位点上用脯氨酸取代了苏氨酸，催化能力一下子提高了25倍。
对于用小鼠细胞培养生产的单克隆抗体，专家们已经提出了“开刀方案”，打算把它整修得更接近于人的抗体，以减轻副作用。
蛋白质工程不仅要对那些生物工程的产品进行再加工，还要对一些纯天然的蛋白质进行模拟和改造。
例如，那绵软、飘逸的蚕丝，那蓬松、暖和的羊毛，那纤细、坚韧的蛛丝，它们本质上都是蛋白质。对它们进行模拟和改造，再实现大量生产，将会获得性能比蚕丝、羊毛、蛛丝更优异的材料，改善我们的生活条件。
浏览一下对蛋白质工程的众多评价是很有意思的。
有人称它是第二代生物工程，有人称它是第二代基因工程。
有人说它“曙光初露”，有人说“前途无量”。
80年代，有人将“21世纪是生物学的世纪”这句话改成“21世纪是生物工程的世纪”；90年代，又有人提出，“21世纪是蛋白质工程的世纪”。
人们的关注和瞩目才会引出众多的评价。众多评价至少传递出一条信息：蛋白质工程充满魅力，充满希望。在近几年内，蛋白质工程可能会取得更多的突破，又将会招来许多新的评价，我们期待着。
设计新的生物物种可能吗
利用基因工程和蛋白质工程技术，人类不仅已经可以在分子水平上以微生物、植物、动物本身等不同种属之间的基因进行随意的剪切拼接，而且来源不同的微生物、植物、动物和人类之间的基因也可以任意地重组传递，甚至还可以按照自己的意愿设计合成新的蛋白质。
从技术上讲，设计出新的生物物种是完全可能的。根据物种的不同概念，甚至有的人认为目前的基因工程和蛋白质工程技术所取得的成果，实际上已经接近于设计出新的生物物种。例如基因工程技术培养出的能生产的人胰岛素和抗体的转基因植物，这类物种在自然界是不存在的。
目前，全世界通过基因工程和蛋白质工程技术生产的产品中，有几十种已经经过检验而进入市场了，并同其他生物技术产品一道，形成了一个年产价值几十亿美元的庞大产业。
其实，基因工程和蛋白质工程能够产生这么大的经济效益和社会效益，除了它们自身技术的发展完善以外，另外还有一个领域的发展在起着决定性的推波助澜的作用，那就是基因调控研究。
我们知道，不是所有的DNA都能编码蛋白质的，事实上大部分的DNA是不编码蛋白质。那么这些DNA有什么用处呢？在这些DNA中，除了有些目前我们仍不知道其功能的以外，其他的都具有调控作用。生命活动之所以那么丰富多彩，就是因为生物体是一个庞大而复杂的开放系统，在这个系统中，什么时候进行哪个生理生化反应，在哪个组织中进行，以及酶的表达量是多少等等，一切生命过程都像是受到一台巨大的电子计算机的严格控制似的，按照生物体本身特有的节律运行。这可以从我们的日常看到的许多现象中找到例证，如用手一碰含羞草，它的叶片就收缩；又如植物总是在生长发育到一定时期才开花。其实这些都是调控作用。前者属于诱导调控，手一碰就是一个外界刺激，这个刺激被某些具有调控作用的DNA接受，由它们启动表达某些基因表达，产生特异的蛋白质对这个刺激作出反应；后者属于发育调控，某些具有调控作用的DNA能够“感受”生物体发育到了哪个阶段，并相应地启动某些基因表达，产生不同的蛋白质导致产生不同的生理反应。简单地说，所有的基因随时都被调控DNA控制着，表示时间、表达量、表达组织都受到调控。
因此，基因工程和蛋白质工程的研究要更深入，借助基因调控研究将是非常重要的一环，例如我们可以通过某些调控DNA来控制某个杀虫的基因只在根中或是只在叶中表达，用以杀死土壤虫害或是叶片虫害等等。
随着科学技术的发展，基因调控研究的不断深入，基因工程和蛋白质工程的操作领域将不断拓宽，人类可以设计创造出各种全新的生命现象来为自身的发展服务。
但是，任何事物有其积极的一面，也就会有其消极的一面，基因工程、蛋白质工程等现代生物技术都还有其令人忧虑的地方。对于应用于人的现代生物技术，我们不可避免地要遇到随之而来的道德、伦理、法律上的问题。
例如，应用高技术生育出来的试管婴儿要让人们从心理上彻底接受，还有一定困难。
又如，人可以制造出一种快速生长的转基因鱼，但这种鱼是否会对人体有害，或是对其他鱼有害，等等，这些都是值得思考的问题。
对于应用于植物的现代生物技术，环境问题是首当其冲的。例如把我们制造的抗除草剂的转基因植物拿到大田中去实验，这个抗除草剂的基因可能会因传粉而传给杂草，杂草的后代就将有抵抗除草剂的能力而疯长，给农业生产带来损失，凡此种种。
目前世界上许多国家对于基因工程等涉及DNA重组的技术，都有非常严格的法律限制，从哲学的角度看，创造出的对人类暂时有利的新物种并不一定对于地球大自然有利，而破坏了大自然的生态平衡，最终人类仍然要受到惩罚。
从人类的繁荣发展的历史来看，科学技术的发展总是同人类的物质文明和精神文明和发展联系在一起的。我们相信，科学技术将同社会准绳——法律以及人类所特有的本性——良知一起，引导我们这个世界走向更加繁荣的明天。
低温生物技术
昆虫的生命以两三年为限。荷兰的一种昆虫却不然，由于它经常处于冬眠之中，竟能活上60年。
一只冬眠的猫蜷伏在古埃及法老的陵墓里，“守灵”守了4000年之久。
直到本世纪80年代，考古工作者发掘陵墓的声响使它惊醒过来。
阿尔卑斯山的雪崩把一位瑞士青年冰封了25年。1987年他被人发现，经过解冻，又奇迹般地活了过来。
在低温下，生物的新陈代谢降到了最低限度，处于“假死”状态。一旦环境温度上升，生物就会复苏，恢复活力。在此同时，生物的寿命却可能延长了许多。许多动物的冬眠就是很好的例子。
从60年代起，一门崭新的生物技术——低温生物技术逐渐形成，逐渐发展。低温生物技术的要旨就是冷冻生命，就是通过迅速降温使生物达到超低温，进入冬眠状态，从而得到长期保存。
低温生物技术的重大意义是显而易见的。冷冻生命就是延长生命，对许多生物来说意味着延长人们使用它们的年限，对人类本身来说就是延长寿命。后者自然更令人感兴趣。患了不治之症的病人如果对当代的医疗手段已经绝望，可以要求冷冻起来，到三五十年后再复苏。那时也许不治之症已经成了药到病除的小事一桩。飞向另一行星的宇航员要忍受长达数年的枯燥无味的旅途生涯，如果能冷冻起来进入冬眠状态，到一觉醒来就可以精力充沛地登上另一星球。这样，不仅他避开了旅途寂寞，“捡”回了几年寿命，还可以使航天器里面省去许多食品、饮料，轻装上阵。
低温生物技术要解决许多难题，其中冷冻速度是很关键的。冷冻速度过快，生物细胞内的水分会结冰，把细胞涨破；冷冻速度过慢，细胞会脱水而使盐分增加，蛋白质分解。各种细胞的成分和含水量都不一样，所以，对于由各种器官组织、各种细胞组合成的生物机体，要确定一个最适宜的冷冻速度是非常困难的事。类似的难题还有掌握复温的速度、避免细胞器的低温损伤等等。
由于低温生物技术凝集着人类巨大的兴趣和期望，所以近20年来发展很快。根据生理医学专家预测，到2050年，人类有可能第一次对冰冻保存的人体施行解冻复苏手术。在21世纪内，人类通过用冬眠技术断断续续地放慢机体的生理作用，会使人生命的跨度放大20倍。
光生物技术
你见过海上灯光捕鱼吗？那可是很壮观、很动人的。几十艘船围成一圈，水面上悬着灯，水下也吊着灯，方圆数百米内灯光闪烁。引得附近水域的鱼儿急急赶来，在灯光下或翩翩起舞，或追逐嬉闹，却不知人们正悄悄地在外围下网。。灯光捕鱼利用的是鱼类的趋光性，它可算是一项简单朴素的光生物技术。光生物技术就是用光来调节生物的生长、发育和行为的技术。我们知道，光是地球上一切生物的能量来源，是一切生物最重要的环境因素之一。生物的进化和适应离不开光，生物的结构、功能、发育、行为均受到光的强烈影响。光生物技术的研究中心是：确定光照的最适宜的波长、强度、偏振性和持续时间等，达到用光调节生物生长、发育和行为的最佳效果。
我国吉林省的一些科技工作者长期深入研究用光照提高栽培人参的品质和产量，设计了许多新技术，如接近光饱和点的连续光照，使用拱形调光棚，配以红、蓝光透过能力较强的浅黄色薄膜，等等。这些光生物技术已取得了喜人的成果。吉林省有一个县的65万平方米作物面积达到了每平方米产栽培人参1。12千克的世界最高水平，而且人参的各种皂甙含量的总体水平赶上了先进国家韩国和日本。
光照对动物的生长发育也有明显的调节作用。有人在猪圈中分别配置了白光、蓝光和红光，每天照射12小时，光照强度为10～20勒克斯。和不照光的猪圈相比，白光使猪每天多增加体重26克，蓝光为13克，而红光则达到了43克。有人又拿牛作了试验，发现同样的肉用牛，每天接受16小时光照的比每天接受9～12小时光照的要多长肉10％；而奶牛每天接受16小时光照比自然光照条件下要增加10％产奶量。类似的光照试验还曾以山羊的配种和产羔、母马的发情和排卵、家禽的产蛋率和产肉率为课题，都取得了令人满意的结果。目前在一些先进国家，光照管理已被列为动物饲养�