基因工程將引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命
基因編輯
基因工程是波蘭遺傳學(xué)家斯吉巴爾斯基率先提出的。
基因工程又稱(chēng)基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù),是以分子遺傳學(xué)為理論基礎,以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現代方法為手段,將不同來(lái)源的基因按預先設計的藍圖,在體外構建雜種DNA分子,然后導入活細胞,以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。
基因工程技術(shù)為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段。
所謂基因工程是在分子水平上對基因進(jìn)行操作的復雜技術(shù)。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來(lái),在離體條件下用適當的工具酶進(jìn)行切割后,把它與作為載體的DNA分子連接起來(lái),然后與載體一起導入某一更易生長(cháng)、繁殖的受體細胞中,以讓外源物質(zhì)在其中安家落戶(hù),進(jìn)行正常的復制、轉錄、翻譯表達,從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。它克服了遠緣雜交的不親和障礙。
1973年,美國斯坦福大學(xué)的科恩教授從大腸桿菌中取出兩種不同的質(zhì)粒。它們各自具有一個(gè)抗藥基因,分別對抗不同的藥物??贫鲗⑦@兩種不同的抗藥基因取下來(lái),將它們拼接在同一個(gè)質(zhì)粒中,于是產(chǎn)生了新的雜合質(zhì)粒。
當這種雜合質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌內部后,這些大腸桿菌就能抵抗兩種藥物,而且這種大腸桿菌的后代都具有雙重抗藥性。這表明雜合質(zhì)粒在大腸桿菌細胞分裂時(shí)也能自我復制,它標志著(zhù)基因工程的首次成功。
斯坦利 ? 科恩(1922—2020)
1974年,科恩將金黃色葡萄球菌的質(zhì)粒和大腸桿菌的質(zhì)粒組裝成雜合質(zhì)粒,送入大腸桿菌體內,使這種大腸桿菌獲得了對青霉素的抗藥性。后來(lái), 他又把非洲爪蟾的DNA與大腸桿菌的質(zhì)粒進(jìn)行拼接,并獲得成功,產(chǎn)生了非洲爪蟾的核糖體核糖核酸。這表明基因工程可以完全不受生物種類(lèi)的限制, 創(chuàng )造新的生物。
隨著(zhù)DNA的內部結構和遺傳機制的秘密一點(diǎn)一點(diǎn)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(xué)家不再僅僅滿(mǎn)足于探索、提示生物遺傳的秘密,而是開(kāi)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(gè)遺傳密碼片段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(lèi)的愿望,設計出新的遺傳物質(zhì)并創(chuàng )造出新的生物類(lèi)型,這與過(guò)去培育生物繁殖后代的傳統做法完全不同。
在隨后的時(shí)間里,基因工程還沒(méi)有用于人體,但已在從細菌到家畜的幾乎所有非人生命物體上做了實(shí)驗,并取得了成功?;蚬こ碳夹g(shù)使得許多植物具有了抗病蟲(chóng)害和抗除草劑的能力;在美國,大約有一半的大豆和四分之一的玉米都是轉基因的。
科學(xué)研究證明,一些困擾人類(lèi)健康的主要疾病,例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關(guān)。
事實(shí)上,所有用于治療糖尿病的胰島素都來(lái)自一種細菌,其DNA中被插入人類(lèi)可產(chǎn)生胰島素的基因,細菌便可自行復制胰島素。
人類(lèi)基因組蘊含有人類(lèi)生、老、病、死的絕大多數遺傳信息,破譯它將為疾病的診斷、新藥物的研制和新療法的探索帶來(lái)一場(chǎng)革命。
可以預見(jiàn),在今后的四分之一世紀里,科學(xué)家們就可能揭示人類(lèi)大約5000種基因遺傳病的致病基因,從而為癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病找到基因療法。
依據已經(jīng)破譯的基因序列和功能,找出這些基因并針對相應的病變區位進(jìn)行藥物篩選,甚至基于已有的基因知識來(lái)設計新藥,就能有的放矢地修補或替換這些病變的基因,從而根治頑癥。
基因藥物將成為21世紀醫藥中的耀眼明星?;蜓芯坎粌H能夠為篩選和研制新藥提供基礎數據,也為利用基因進(jìn)行檢測、預防和治療疾病提供了可能。
信息技術(shù)的發(fā)展改變了人類(lèi)的生活方式,而基因工程的突破將幫助人類(lèi)延年益壽。
一些國家人口的平均壽命已突破80歲,中國也突破了70歲。有科學(xué)家預言,隨著(zhù)癌癥、心腦血管疾病等頑癥的有效攻克,在2020至2030年間,可能出現人口平均壽命突破100歲的國家。到2050年,人類(lèi)的平均壽命將達到90至95歲。