生物技术的核心——基因工程
基因工程简介
基因工程即重组DNA技术,是指对不同生物的遗传基因,根据人们的意愿,进行基因的切割、拼接和重新组合,再转入生物体内,产生出人们所期望的产物,或创造出具有新的遗传特征的生物类型。世界上第一批重组DNA分子诞生于1972年,次年几种不同来源的DNA分子装入载体后被转入到大肠杆菌中表达,标志着基因工程正式登上历史舞台。

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基因工程彻底改变了传统生物科技的被动状态,使得人们可以克服物种间的遗传障碍,定向培养或创造出自然界所没有的新的生命形态,以满足人类社会的需要。
定向控制生物遗传的技术,也就是基因重新组合的技术,用改变遗传方向的方法,获得新的遗传个体,从而改变物种或创造新物种。转基因生物就是将外源基因转入动物或植物,使其表达出原来没有的某种性状,得到的新型生物称为转基因动物或转基因植物。
迄今为止,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1/4的玉米都是转基因的。世界科学家已在54种植物试验转基因成功,如水稻、玉米、马铃薯、棉花、大豆、油菜、番茄、黄瓜。中国科学家率先培育出世界上首例转基因杂交稻,可以有效地解决稻田中荒草以及杂交稻混杂问题。

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中国科学家已成功地通过外源基因移植,将牛、羊的生长激素基因导入鲤鱼的受精卵中,获得第一代转基因鱼。利用细胞融合技术,中国科学家已培育出普通烟草与黄花烟草、普通烟草与粉蓝烟草……为远缘杂交育种开辟了新途径。
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。

转基因鱼
人类基因组研究是一项生命科学的基础性研究。有科学家把基因组图谱看成是指路图,或化学中的元素周期表;也有科学家把基因组图谱比作字典,但不论是从哪个角度去阐释,破解人类自身基因密码,以促进人类健康、预防疾病、延长寿命,其应用前景都是极其美好的。
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。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,也能为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。比如,有同样生活习惯和生活环境的人,由于具有不同基因序列,对同一种病的易感性就大不一样。明显的例子有,同为吸烟人群,有人就易患肺癌,有人则不然。医生会根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导,使其养成科学合理的生活习惯,最大可能地预防疾病。
基因工程大事记
1860至1870年奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念,并总结出孟德尔遗传定律。
1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词,用以表达孟德尔的遗传因子概念。
1944年3位美国科学家分离出细菌的DNA(脱氧核糖核酸),并发现DNA是携带生命遗传物质的分子。
1953年美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型。
1969年科学家成功分离出第一个基因。
1980年科学家首次培育出世界第一个转基因动物——转基因小鼠。
1983年科学家首次培育出世界第一个转基因植物——转基因烟草。
1988年K.Mullis发明了PCR技术。
1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。
1998年一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉遗传公司,与国际人类基因组计划展开竞争。
1998年12月一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成,这是科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。
1999年9月中国获准加入人类基因组计划,负责测定人类基因组全部序列的1%。中国是继美、英、日、德、法之后第六个国际人类基因组计划参与国,也是参与这一计划的唯一发展中国家。
1999年12月1日国际人类基因组计划联合研究小组宣布,完整破译出人体第22对染色体的遗传密码,这是人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定。
2000年4月6日美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整遗传密码,但遭到不少科学家的质疑。
2000年4月底中国科学家按照国际人类基因组计划的部署,完成了1%人类基因组的工作框架图。
2000年5月8日德、日等国科学家宣布,已基本完成了人体第21对染色体的测序工作。
2000年6月26日科学家公布人类基因组工作草图,标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。
2000年12月14日美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱,这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。
2001年2月12日中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。科学家首次公布人类基因组草图“基因信息”。
新世纪到来时,基因时代的全球版图
英国:早在20世纪80年代中期,英国就有了第一家生物科技企业,是欧洲国家中发展最早的。如今它已拥有560家生物技术公司,欧洲70家上市的生物技术公司中,英国占了一半。
德国:德国政府认识到,生物科技将是保持德国未来经济竞争力的关键,于是在1993年通过立法,简化生物技术企业的审批手续,并且拨款1.5亿马克,成立了3个生物技术研究中心。此外,政府还计划在未来5年中斥资12亿马克,用于人类基因组计划的研究。1999年德国研究人员申请的生物技术专利已经占到了欧洲的14%。
法国:法国政府在过去10年中用于生物技术的资金已经增加了10倍,其中最典型的项目就是1998年在巴黎附近成立的号称“基因谷”的科技园区,这里聚集着法国最有潜力的新兴生物技术公司。另外20个法国城市也准备仿照“基因谷”建立自己的生物科技园区。
西班牙:马尔制药公司是该国生物科技企业的代表,该公司专门从海洋生物中寻找抗癌物质。其中最具开发价值的是ET-743。这是一种从加勒比海和地中海的海底喷出物中提取的红色抗癌药物,用于治疗骨癌、皮肤癌、卵巢癌、乳腺癌等多种常见癌症。
印度:印度政府资助全国50多家研究中心来收集人类基因组数据。由于独特的“种姓制度”和一些偏僻部落的内部通婚习俗,印度人口的基因库是全世界保存得最完整的,这对于科学家寻找遗传疾病的病理和治疗方法来说是个非常宝贵的资料库。但印度的私营生物技术企业还处于起步阶段。
日本:日本政府已经计划将2001年用于生物技术研究的经费增加23%。一家私营企业还成立了“龙基因中心”,它将是亚洲最大的基因组研究机构。
新加坡:新加坡宣布了一项耗资6000万美元的基因技术研究项目,研究疾病如何对亚洲人和白种人产生不同影响。该计划重点分析基因差异以及什么样的治疗方法对亚洲人管用,以最终获得用于确定和治疗疾病的新知识;并设立高技术公司来制造这一研究所衍生出的药物和医疗产品。
中国:参与了人类基因组计划,测定了1%的序列,这为21世纪的中国生物产业带来了光明。这“1%项目”使中国走进生物产业的国际先进行列,也使中国理所当然地分享人类基因组计划的全部成果、资源与技术。
神奇基因工程分析术解谜破案多用途
破解生物的遗传密码,在很多领域都有深远的应用价值。利用生物的DNA及基因信息,不仅可以打击犯罪、维护社会正义,而且还可以梳理不同生物间的关系。基因信息还可充当“过去时代的信使”,帮助古人类学家寻根问祖,探索人类的源头。
亲子鉴定
1999年3月12日,在北京打工的曾凡彬被人骗出屋后,几名犯罪分子持刀闯入曾家抢走其子曾超。后经公安人员侦察,终将被卖到外地的曾超解救回京,孩子被解救回来后,体貌特征已经发生了很大变化。打拐办民警带曾超到北京市公安局法医中心DNA实验室抽取血术进行DNA检测,在全国丢失儿童父母DNA数据库中上网比对,确认了曾超与曾凡彬夫妇DNA特征完全吻合,曾超终于回到父母身边。
皇室之谜
法国国王路易十六的儿子路易·夏尔究竟是在1795年死于巴黎一座监狱,还是逃过了法国大革命的追捕一直是一个谜,有人怀疑路易·夏尔的坟墓里躺的只是个替死鬼。1999年12月,科学家对墓地中不能确定的少年君主进行鉴定,并将其DNA结构与健在和已故的皇室成员的DNA样品进行了对比,结果证明死者就是路易·夏尔,并分析出死因是结核病。
真假公主
十月革命后,苏联官方宣布沙皇一家于1918年7月19日被枪决。但一些历史学家怀疑沙皇幼女安娜丝塔西娅公主可能逃过一死。从此,不断有人声称自己就是安娜丝塔西娅公主,特别是其中一位移居美国的妇女甚至取得了沙皇亲属的信任。科学家最终又求助于DNA分析法,他们找到了沙皇本人理发留下的头发提取了DNA,同时找到那名妇女留下的组织片段,对比后发现这名妇女是个“冒牌货”。
调查走私
2000年5月,德国警察在一家工厂发现560万支走私香烟,但除了发现现场还有一些空酒瓶和烟蒂之外,没有任何走私者线索。但是不久后,警察在这家工厂附近抓获了3名形迹可疑的人,这3人不承认是走私者。但警方对犯罪现场酒瓶和烟蒂上唾液DNA检测表明,那些东西就是这3人留下的,这3人不得不承认了自己的罪行。
鉴别文物
新西兰艺术品商人托尼·马丁为证明其获得的法国19世纪印象派画家高更的一些作品是真品四处奔走,其中一个发现使马丁兴奋不已。他发现这些作品中有一副油画上粘着4根毛发,这些毛发很可能就是高更本人的,由此马丁决定将这些毛发与高更的曾孙女玛利亚的头发进行DNA测试,以验证他的观点,结果测试证明了他的猜想。
探索起源
中国医学科学院医学生物学所所长、课题主持人褚嘉佑等人利用微卫星探针系统研究了遍及中国的28个群体以及五大洲民族群体间的遗传关系后发现:现代亚洲人基因遗传物质的原始成分与非洲人类相同。基因分析表明:非洲人进入中国大陆后,可能是由于长江天堑阻断,只有少数人到了北方,因此北方人之间的差异较南方人小得多。对此持不同看法的科学家认为:基因检测推断人类起源只是看问题的一个角度,它只能提供间接的证据,仍然属于推测。