遺傳工程
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根據(jù)遺傳學(xué)原理，按照人們預(yù)先設(shè)計(jì)的生物藍(lán)圖，對(duì)生物的遺傳物質(zhì)進(jìn)行有計(jì)劃的操作，以達(dá)到定向改造生物的遺傳組成，使其獲得新的遺傳性狀，這個(gè)工程稱為遺傳工程。
“遺傳工程”有廣義和狹義之分。廣義的“遺傳工程”包括細(xì)胞水平上的遺傳操作（細(xì)胞工程）和分子水平上的遺傳操作（基因工程）；狹義的“遺傳工程”就是基因工程（genetic engineering）——參見重組DNA技術(shù)（recombinant DNA technology），1980年Hobom B.采用合成生物學(xué)（synthetic biology）的概念，2000年Kool E.重新定義合成生物學(xué)為基于系統(tǒng)生物學(xué)的遺傳工程，由于人工DNA的合成、全基因乃至基因組的合成，21世紀(jì)遺傳工程已經(jīng)進(jìn)入了人工設(shè)計(jì)與合成生物系統(tǒng)的基因結(jié)構(gòu)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、乃至基因組的時(shí)代。
一種遺傳學(xué)技術(shù)，借助生物化學(xué)的手段，將一種生物細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)取出來,在體外進(jìn)行切割和重新組合，然后引入另一種生物的活細(xì)胞內(nèi)，以改變另一種生物的遺傳性狀或創(chuàng)造新的生物品種，也叫基因工程。
俗話說：“莊稼一枝花，全靠肥當(dāng)家。”在肥料中，氮肥又是最重要的一種。
各種莊稼在生長(zhǎng)過程中都需要大量的氮肥。可偏偏大豆、花生等豆科作物卻可以少施氮肥，甚至不施氮肥，也會(huì)長(zhǎng)得很好。這是為什么呢？原來每棵豆科作物自己都有許多“小化肥廠”。這些“小化肥廠”就是生長(zhǎng)在它們根部的大批根瘤菌。根瘤菌有個(gè)特殊的本領(lǐng)——固氮。它們能夠把空氣中的氮?dú)馐占饋?，制造成氨，不斷地供給豆科作物使用。
除了豆科作物，其他農(nóng)作物像小麥、水稻、玉米、高粱等，都沒有這樣的“小化肥廠”，要想獲得高產(chǎn)，就要施大量的氮肥。
有沒有一種辦法，讓這些禾本科的作物自己制造氮肥，自給自足？在出現(xiàn)了“遺傳工程”這門新科學(xué)以后，這種幻想才有了實(shí)現(xiàn)的可能。
什么是遺傳工程
“遺傳”，說的是生物方面的事兒；“工程”，說的是建筑方面的事兒。
“遺傳”和“工程”怎么連在一起呢？難道人們可以像設(shè)計(jì)新的建筑物那樣，來設(shè)計(jì)新的生物嗎？
不錯(cuò)，正是這樣。遺傳工程這門新科學(xué)，要干的就是這件事。
大家都知道，各種生物都跟它們的上一代基本相同，也能生出和它們基本相同的下一代來。這種現(xiàn)象叫做遺傳。但是，下一代跟上一代又不可能完全相同，總會(huì)發(fā)生一些極細(xì)微的差異。這種現(xiàn)象叫做變異。那么，遺傳和變異是由什么決定的呢？經(jīng)過科學(xué)分析，現(xiàn)在已經(jīng)斷定，這種物質(zhì)就是核酸。核酸主要集中在每個(gè)細(xì)胞核里。生物的下一代接受了上一代的核酸，這些核酸對(duì)它們的生長(zhǎng)和發(fā)育起著決定性的作用。所以只要深入研究核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)，就可以揭開遺傳和變異的奧秘。
核酸是一種非常復(fù)雜的化合物，它有兩種：一種是脫氧核糖核酸，通常用DNA代表；另一種是核糖核酸，通常用RNA代表。
我們就以脫氧核糖核酸來說吧，它是一種高分子長(zhǎng)鏈多聚物，一個(gè)分子是由幾十個(gè)到幾十億個(gè)以上的核苷酸組成的。核苷酸又可以分成四種類型。這四種類型的核苷酸的排列次序不同，就決定了各種生物的遺傳性。核苷酸好比電報(bào)字碼，電報(bào)字碼雖然不多，編排順序卻可以千變?nèi)f化，每一組不同的字碼編排代表一個(gè)中文意思。同樣的道理，核苷酸雖然只有四種類型，成千上萬(wàn)個(gè)核苷酸編排順序的不同，就成了不同的遺傳基因。正因?yàn)楹塑账岬木幣彭樞蝾愃齐妶?bào)密碼，人們就把它稱作“遺傳密碼”。生物就靠脫氧核糖核酸分子長(zhǎng)鏈上的各種不同的“遺傳密碼”，保證遺傳性狀一代一代傳遞下去。如果“遺傳密碼”出了一點(diǎn)錯(cuò)誤或遺漏，必然會(huì)影響下一代的生長(zhǎng)發(fā)育而發(fā)生變異。
既然遺傳基因就在脫氧核糖核酸分子長(zhǎng)鏈上，那么，人們?nèi)绻R(shí)別了這些密碼，能不能通過增添或除去一些基因，有目的地改造生物呢？
遺傳工程就是根據(jù)這種設(shè)想產(chǎn)生的。它用類似工程設(shè)計(jì)的辦法，先對(duì)生物進(jìn)行設(shè)計(jì)，把一種生物體內(nèi)的脫氧核糖核酸分子分離出來，經(jīng)過人工“剪切”，重新組合，再安到另一種生物的細(xì)胞里，使這種生物具有某些新的結(jié)構(gòu)和功能。
給細(xì)菌做手術(shù)
把這種設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，當(dāng)然不是一件容易的事情?，F(xiàn)在許多國(guó)家的科學(xué)家都在研究這項(xiàng)技術(shù)，并且已經(jīng)摸出了一些門道。
舉個(gè)例子來說，我們想使某種細(xì)菌能像蠶一樣合成絲蛋白，產(chǎn)生出蠶絲來，就可以把蠶的脫氧核糖核酸的分子分離出來，“剪切”下來制造絲蛋白的“基因”。再?gòu)募?xì)菌的細(xì)胞里提取出一種叫“質(zhì)粒”的脫氧核糖核酸分子，把它和“剪切”下來的基因接在一起，再送回到細(xì)菌的細(xì)胞里去。
這個(gè)辦法說起來簡(jiǎn)單，可是要做到這一點(diǎn)起碼要有兩種酶。因?yàn)槊撗鹾颂呛怂岬姆肿臃浅Ｐ。?a href="/w/%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C" title="電子顯微鏡">電子顯微鏡才看得見，要把它鏈卜的制造絲蛋白的“基因”“剪切”下來，當(dāng)然不能用普通的剪刀，而要用一種“限制性核酸內(nèi)切酶”。這是一種蛋白質(zhì)，它有個(gè)特殊的本領(lǐng)，能識(shí)別脫氧核糖核酸分子上特定的位點(diǎn)，把它分成長(zhǎng)短不一的片斷。有時(shí)候恰到好處，剪下來的是整個(gè)基因，有時(shí)候也會(huì)把基因剪壞。那也不要緊，因?yàn)榈侥壳盀橹梗呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了上百種限制性核酸內(nèi)切酶，等于有了上百種各種各樣的剪刀，總能挑選到一種合適的不會(huì)把基因剪壞的“剪刀”。細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的一種叫做“質(zhì)粒”的脫氧核糖核酸分子，也要用同樣的“剪刀”來剪，這樣才能使兩個(gè)“切口”正好互相吻合。為了使它們連接得更加牢靠，還要用另一種酶，叫做連接酶，把接縫抹掉。
經(jīng)過了這樣一套手術(shù)，細(xì)菌將會(huì)像蠶那樣合成絲蛋白，有了生產(chǎn)絲的本領(lǐng)。
到現(xiàn)在為止，這個(gè)辦法還處在試驗(yàn)階段，沒有實(shí)際應(yīng)用。但是我們相信，沿著這條道路走下去，將來總有一天，可以把動(dòng)植物的遺傳基因移植到細(xì)菌里去，或是把細(xì)菌的遺傳基因搬到動(dòng)植物細(xì)胞中來。這樣，人們就有可能創(chuàng)造出許多新品種的生物。到了那個(gè)時(shí)候，遺傳工程這套新技術(shù)，就會(huì)廣泛地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和國(guó)防上去，使這些領(lǐng)域發(fā)生驚人的變化。
人工創(chuàng)造生物新品種
人家知道，培育優(yōu)良品種是提高糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的重要途徑。目前最有效的育種方法是有性雜交。但是，這種方法只能在同種生物之間或者親緣關(guān)系很近的生物之間才能進(jìn)行，親緣關(guān)系遠(yuǎn)的生物，如禾本科作物小麥和豆科作物大豆就不能雜交，因?yàn)樗鼈兊?a href="/w/%E7%94%9F%E6%AE%96%E7%BB%86%E8%83%9E" title="生殖細(xì)胞">生殖細(xì)胞不能結(jié)合。
“遺傳工程”不受這個(gè)限制。目前科學(xué)家們想把豆科作物的根瘤菌里能固氮的基因取出來，移植到生活在小麥、水稻、玉米這些莊稼根旁邊的細(xì)菌里去，使這些細(xì)菌也有固氮的本領(lǐng)。這種本領(lǐng)能一代一代傳下去，不斷地供給植物氮肥。
科學(xué)家們還準(zhǔn)備采取另外一種辦法，干脆不用細(xì)菌幫忙，直接把根瘤菌的固氮基因移植到小麥、水稻、玉米這些莊稼的細(xì)胞里去，使它們自己就能固氮。如果這個(gè)辦法成功了，就等于給每棵莊稼辦了一個(gè)“小化肥廠”?，F(xiàn)在我國(guó)農(nóng)村每個(gè)生產(chǎn)隊(duì)每年都要買化肥，將來這一大筆錢就可以省下來了。
讓細(xì)菌給我們制藥
遺傳工程在工業(yè)生產(chǎn)上，也將產(chǎn)生很大的影響。我們也來舉一個(gè)例子：
治療糖尿病的特效藥胰島素，目前是從豬、牛等牲畜的胰腺中提取出來的。一噸胰腺只能生產(chǎn)半兩多一點(diǎn)的胰島素，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上糖尿病病人的需要。如果我們把胰腺細(xì)胞里產(chǎn)生胰島素的基因移植到大腸桿菌里去，就能使大腸桿菌產(chǎn)生胰島素。大腸桿菌的繁殖比高等生物快得多，在合適的條件下，繁殖一代只要25分鐘，最多也超不過兩小時(shí)。這項(xiàng)試驗(yàn)一旦成功，胰島素的產(chǎn)量就可以大大增加，成本也可以大大降低。
治療遺傳疾病
遺傳工程還能幫助人治療遺傳性疾病。
有的人成了天生的白癡，同由于他們身體的細(xì)胞里缺少了一種“半乳糖酶”。醫(yī)生為了治這種病，就可以把細(xì)菌產(chǎn)生半乳糖酶的“基因”提取出來，移植到病人身體的細(xì)胞里去，使病人自己能產(chǎn)生半乳糖酶，這就有可能把白癡治好。這種應(yīng)用遺傳工程的醫(yī)治辦法叫做基因治療。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類的遺傳疾病有一兩千種之多，目前大多是不治之癥。隨著遺傳工程的發(fā)展，將來有可能成為可治之癥。這是多么令人高興的事情?。?/p>
遺傳工程是一門新興的科學(xué)，這幾年發(fā)展很快，許多國(guó)家都在研究。但是國(guó)外也有些人反對(duì)搞遺傳工程。他們害怕產(chǎn)生出容易引起癌癥的病毒或細(xì)菌，使癌癥廣泛流行；害怕產(chǎn)生出耐抗菌素的新菌種，給治病造成困難；還害怕擾亂和破壞了正常細(xì)胞的功能，造成奇怪的疾病……在美國(guó)，這個(gè)問題曾引起了科學(xué)界激烈的爭(zhēng)論，還規(guī)定了一些安全措施。
對(duì)遺傳工程的種種顧慮，都是根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)推測(cè)出來的，是不是真的那么危險(xiǎn)，還要通過實(shí)驗(yàn)來確定。我們開展這項(xiàng)研究工作，當(dāng)然要認(rèn)真對(duì)待，采取必要的安全措施，但是害怕是完全不必要的。
一門新科學(xué)給人類帶來的是禍還是福，其實(shí)并不決定于這門科學(xué)本身，就像原子能那樣，既可以用來造福于人類，也可以用來做殺人武器。我們研究遺傳工程，應(yīng)該努力發(fā)展它對(duì)人民有利的方面，限制和消滅它對(duì)人民有害的方面，更要警惕和反對(duì)利用遺傳工程進(jìn)行生物戰(zhàn)爭(zhēng)。我們相信遺傳工程一定能成為人類改造自然、征服自然的有力工具。
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