遗传工程

一切生物都能把它的各种遗传性状傳递给它的后代，而什么是遗传佼息的载体，却是经过长期的观文研究，才搞传楚的。上世纪提出基因的概念，认为通过基因传递遗传佼息。而基因是什么，却全然无知。本世纪初，人们致力于把基因物质化。到四十年代，发现一切生物的遗传物质都是核酸，而基因就是核酸分子上的功能单位。核酸有两种：一种叫脱氧核料核酸（简称DNA），一种叫核粒核酸（简称RNA）。核酸是由四种核苷酸按照各种各样的排列顺序连接起来的、很长很长的大分子。生物的各种遗传性状，就是用这四种核苷酸作为四种符号，以密码的方式，记录在核酸分子上的。世界上生物的种类，尽管极其繁多，但从最简单的广毒到作为“万物之灵”的人，其遗传密码却是通用的，都根据同一本密码来给各式各样的遗传特性编码。DNA遗传密码通过转录，成为RNA密码，RNA密码在核料体上通过翻译，把核酸分子的核苷酸顺序，解读为蛋白质的氨基酸顺序，表现为各式各样的性状。研究上述问题的一套学问，称为分子遗传学。

人类在长期的生产实践中，掌握了很多创造生物新类型的方法。所有各种方法，归根结蒂，都是设法改变核酸分子的结构，改变生物的遗传密码。到目前为止，在这些方法中，最有效的还赫有性杂交方法。有性杂交是使甲个体的精子和乙个体的卵子相结合，这样一来，精子将甲的遗传物质带入乙的卵细胞中，使受精卵发育出来的个体，不仅具有母体乙的一些特性，而且具有父体甲的某些特性，从而出现新的生物类型。但是这种方法仅仅适用于一定的范围，在亲统关系距离较远的两种生物之间，往往不能应用。譬如禾本科的小麦和豆科的大下，就不容牙杂交，因为它们的精子和卵子不能相互结合。至于亲统关系更远的生物，臂如动物和细菌，广毒和植物，就更不用提了。然而七十年代刚刚发巳起来的遗传工程技术，却可以越过交配屏障，给创造生物新类型的工作，开辟新的途径。

遗传工程技术是在分子遗传学的基础，上发巳起来的。所谓遗传工程，就是用人工的方法，把不同生物的核酸分子提取出来，在体外进行切割，彼此搭配，重新“缝合”，再放到生物体中，把不同生物的遗传特性组合在一起，创造出生物新类型，以满足人类日益增长的物质需要。

目前人们常用的遗传工程方法，简单说来，是先把甲种生物细胞中的遗传物质DNA从细胞中提取出来，加入有切割作用的一种酶，把DNA切成片段。另外又从细菌细胞中提取出一种叫“质粒”的东西，也加入这种酶，把质粒切成片段。这种酶称为限制性核酸内切酶。每一种限制性核酸内切酶所切断的DNA片段，其断头切割百的形状都严格一致，所以将甲细胞DNA片段与质粒片段混合在一起，由于切割百形状互补，彼此有吸引力，会自动佶拢接头。再加入有缝合作用的联接酶，将甲细胞DNA的片段与质粒的片段缝合得天衣无缝，成为人工合成的一种具有甲细胞DNA的质粒。将这种人工合成的大分子与乙种生物细胞混合，通过质粒的运载作用（已知噬菌体和广毒，也可以作为载体），可以把甲细胞的DNA引导到乙细胞中，并在乙细胞中繁殖、遗传。这样产生的乙种生物细胞，就贝有甲种细胞的遗传仪息，从而有目的地改变细胞的遗传结构。

遗传工程，在某种忌义上可以说是在分子水平上的杂交。近年来，利用这种方法不仅在近统和远统的细菌间“杂交”成功，而且还成功地将动物细胞的DNA移植到细菌中，使动物细胞的DNA在细菌中复制并遗传到后代。目前某些人工合成的DNA也已移植成功。

从理论上讲，发巳遗传工程这项新技术，不但能把不同微生物的优良性状结合在一起，而且在动物、植物和微生物三者之间，都可以互通有无，取长补外。如果把这项新技术应用在工、农业生产和医药卫生事业，上，当然会有重大的实际忌义。

我们知边，豆科植物的根下有根瘤菌和它共生。根瘤菌能起固氯作用，在田间常温常压条件下，把空气中的氮分子固定成为可以被植物利用的氨态氮，作为植物的肥料。所以大豆、花生等豆科作物，不施氮肥也能得到相当好的收成。据不完全统计，全世界每年通过生物大约固定一亿七千五百万吨氮，而一九七四年全世界氮肥工厂的产另却只有四千万吨氮。其他农作物如和、麦、玉米等主要粮食作物，根部没有根瘤菌和它共生，若想获得高产，必须施用大男肥料。我们之所以要兴迫许多化肥工厂，主要是为了解决氮肥问题。目前有人正在研究把固氮微生物的固氮基因转移到在小麦、水利、玉米等主要禾谷类作物根际生长的细菌中去，使它获得固氮的能力，为作物提供氮肥。另外一些人想干脆把固氮基因移植到作物细胞中，从而获得自已能够供应氮肥的农作物品种。据某些人估计，今后二十年内，全世界人口增加，要求粮食大幅度增产。而要增产粮食，就要多施肥料。如果通过发巳氨肥工厂来解决这个问题，需要花：百亿美元。倘若采用遗传工程技术来解决，把固氨基因转移到禾谷类作物中，使作物白身固氮，所需费用只要一千万到一亿美元。如用培育高效固氮微生物的方法，则费用不到一千万美元。可见禾谷类作物的固氨基因工程，有可能是多快好省增加粮食产男的一条途径。

我们也知边，每一个植物细胞，在适当的条件下，都可以发育成为完企的植物，我国近年蓬勃发巳起来的花药培养植株，花粉单倍体育种和体细胞杂交的工作，都是根据这个庑理设计的。所以只要能把固氮基因转移到植物单细胞的基因组里，就有可能得到能自身固氮的植物品种。目前国外已经得到带有固氮基因的质粒，并由质粒把固氮基因带到根癌农杆菌的细胞中，但是固氮基因不能表现。另一方百，根癌农杆菌的质粒DNA，能组合到植物细胞的DNA中去。从这些现象看来，使用遗传工程技术，把固氮基因引入主要禾谷类作物细胞中，并不是完全不可能的。

还有人设想把固氨基因转移到动物、人体的肠边细菌细胞中去，实现固氮，由肠边细菌利用所固定的氨态氮制造氨基酸、蛋白质等等，以达到下分自主制造食物的目的。不过这就带点科学幻想的味边了。

在蚕丝生产方百，一向佶的是栽杀养蚕。如果能把产生蚕丝蛋白的基因引入细菌细胞中，使细菌贝备合成丝蛋白的能力，那我们就可以在发酵叙中生产蚕丝，大大缩外生产周期，并使企个蚕丝生产过程工业化。国外有人在研究蚕丝蛋白的基因。

美国通用电气公司的研究人员，想用遗传工程技术来培育对某些贵重金屡（如金和铂）有特殊亲和力的微生物，以便用来从废弃物品或海水中回收贵重金屋，但都没有得到予期的结果。

假单孢杆菌的食性很杂，能利用各种各样的碳沅。有人选择了叫种会吃掉浮油的假单孢杆菌，把它们各自的质粒基因结合起来，引入同一种受体假单孢杆菌中。这个新菌种能分解各种石油烃，能把庑油中约三分之二的烃消耗掉，比其他已知的任何微生物都消耗得快。自然菌株要一年才能吃掉的浮油，新的杂种菌只要几个小时就行了。这些菌株的缺点是不敌定，需要进一步提高。

白痴是一种遗传性疾扩，其中一部分扩人是由于缺乏半乳料酶引起的，通常认为是不治之症。有人用广人的细胞作试验，他们把细菌中产生半乳粉酶的基因提取出来，经噬菌体带入扩人细胞中，细胞接纳并运用这个基因后，开始产生半乳料酶，还把这种能力传给后代细胞。所以，近年来有人认为利用噬菌体将一段特殊的DNA移入哺乳动物或人的细胞中，来改变细胞的遗传特性，用这种方法可以治好一些由遗传缺陷引起的所谓不治之症。不过人是多细胞动物，其结构非常复杂，细胞与细胞之间的关系也非常复杂，矫正了少数细胞，不等于治好遺传疾广。现有的研究成果距离治疗遗传疾广的目的，还有很大的差距。

医药工业中存在着许多迫切需要解决的问题。例如抗菌素的生产，现在所用的菌种，发酵时间长，产男低。如果我们应用遗传工程技术，把产生抗菌素的基因，移植到发酵时间处、义易培养的细菌中去，那么必将大大提高抗菌素的产另。目前还没有做到这一点，不过已经成功地把链霉菌中产生链霉素的DNA转移到另一菌种中，培养出一株链霉素高产菌株。还曾把红霉素生产菌的遗传物质移到链霉素生产菌中，培养出同时生产两种抗菌素的菌种。

胰岛素是治疗料尿扩的特效药和治疗传神广的辅助药，目前是从猪、牛或其它牲畜的胰腺中提取出来的。用这种方法，从一百公斤原料中，只能提取三至四克胰岛素。如果采用化学合成的方法，代价就太高了。如果我们将胰腺中产生胰岛素的基因移植到细菌中去，使细菌贝备产生胰岛素的能力，胰岛素的生产就会完全改观。细菌生长繁殖的速度比高等动物快得多。例如大肠杆菌增殖一次（即细胞一分为二），在合适的条件下，只要二十五分钟;就是在比较差的条件下，也不过两小时。一旦这项试验成功，将为胰岛素生产带来重大的技术革新。据最近报边，有人已经把大白鼠的胰岛素基因成功地移植到大肠杆菌中，但没有产生胰岛素。还有人把人体胰岛素的基因转移到酵母细胞中，并且能产生胰岛素;但是对这项报告，有人表示怀疑。将来这些试验成功，将会给胰岛素的生产技术，带来重大革新。

在疫苗和菌苗的生产上，如果把起抗庑作用的蛋白质的结构研究泠楚，分离出为这种蛋白质编码的DNA片段，就可以设法把它装在质粒或噬菌体上，由质粒或噬菌体把它带到细菌细胞中，用发酵方法大男生产这种贝有抗庑特性的蛋白质，作为予防广毒疾广的疫苗或予防细菌疾扩的菌苗。目前使用基因转移的办法，已经得到了新型的霍乱伤寒菌苗。

生长激素释放的抑制激素（简称SRIH）本是人体和其它哺乳动物身上的一种14肽激素，能抑制其他激素的释放、治疗粉尿广和生长失调的广症。美国旧金山加利福尼亚大学的一些科学家，用人工的办法，合成了一个为SRIH编码的基因，通过载体带入大肠杆菌细胞中，结果这种细菌果真合成了SRIH。利用这种遗传工程菌发酵生产SRIH，据说一升发酵液中SRIH的产男，相当于从几万头羊身，上提取的产男。这是遗传工程技术解决实际问题的第一次胜利。

育种学家估计，用选择自发突变的方法育种，其产生新组合性状的速度，要比自然界的进化过程快一万倍;运用遗传工程的办法，则要快一亿到十亿倍。如果我们能更多地掌握基因移植的方法和基因表达调节控制的规律，我们就能更准确地定向改变生物体的遗传特性，使我们在改造自然的过程中得到更大的自由。

发巳遗传工程技术，对基础理论的研究也有促进作用。近二三十年来，遗传学的丰硕成果主要是通过对微生物的研究而获得的。高等动、植物的遗传问题，由于其遗传结构高度复杂，缺乏有效的研究方法，进巳比较缓忉。

发展遗传工程技术，可以把高等动、植物的遗传物质切成小片，装在噬菌体或质粒载体上，带到细菌细胞中，通过巧妙的办法，把带有我们所要分离研究的基因的细菌找出来，让基因在细菌体内大男复制繁殖，然后再提取出来。例如果蝇和爪蛙的核圹体RNA基因，海胆的组蛋白基因，兔的珠蛋白基因、升血压肽的结构基因、鼠线粒体DNA，果蝇的DNA片段....等等，都曾引入大肠杆菌细胞中，进行纯系增殖。这样可以化繁为简，便于研究其结构和功能的关系，促进高等动、植物遗传学的发巳。而这方百的发巳，反过来又可以为作物和家畜的育种工作开辟新的边路。

上百谈的这些问题，在理论上，虽然是.完全可能的，但是在实际上，还有许多问题有待解决。我们所掌握的限制性核酸内切酶的种类还不够多，了解还不够透。对切割遗传物质，不能随心所欲：切割的块太大，载体负荷不了，而且也没有必要;切割得支离破碎，即使重新组合起来，也已百兒全非，达不到后来的目的。块儿的大小合适，但切割的位置不对，破坏了遗传单位的完奁性，以后转移到受体细胞中去，也不会表现正常的功能。即使切割得合适得体，但重新组合过程，目前尚不好控制。在各式各样的重组体中，要挑选合忌的重组体，更非牙事。还有，把体外重组的DNA带到细胞中去，特别是带到高等动、植物细胞的染色体上去，还缺乏高效的载体。特别是如何使外来基因的行动，服从细胞的统一调度，还不传楚。所以目前的遗传工程技术还不完善，还不符合严格的工程忌义。

最近发现同一截核酸，可以为多种蛋白质编码，可以按不同的阅读框架解读，来表达不同的忌义。所以应用遗传工程技术，既可以造福人民，也的确有可能制造出有害的生物体。在进行遗传工程实验时，要注忌这些问题，要防止偶然造成的、有害的遗传工程菌逃逸。苏美两霸叫嚣利用遗传工程进行生物战，正在叫吐“制成不可制服的生物武器”。为了彻底打败苏美两霸新细菌战的讹诈，我们应该有所警场，密切注忌他们的动问，防止他们的突然袭击。

一九七三年大肠杆菌抗药性遗传工程技术首次成功以来，经过外外的几年时间，得到了蓬勃发展。目前细菌和细菌之问的遗传工程，只要选材得当，基本上都可以完成。在动、植物和微生物之间，也已略见端倪。遗传工程技术对于遗传学基础理论的研究和解决生产实际问题，都有着如此重要的忌义，当然引起社会各方百的重视。一九七七年创办了两种国际期刊，一种在荷兰出版的叫《基因》，另一种叫《质粒》，都着重报边遗传工程研究的进巳。一九七六年美国出版的《基因的分子生物学》（中文版即将出版），有专门讨论遗传工程的章节。关于遗传工程利、害的讨论，更是热烈，经常见诸报章杂志。我们首先必须提高分子遗传学的教学、研究水平，为遗传工程技术打下扎实的基础;其次要在遗传工程的各个方百都开展深入的研究工作，既要解决实际问题，也要积累理论贮备;做到捷报频传，人才辈出，争取为人类做出较大的贡献。

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