书城科普读物百科知识-科学百科-生物工程(科普新课堂)
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第3章

澳大利亚科学家、医生和健康协会认为目前对转基因食品的测试尚不足以保证它们的“长远安全性”,因而建议人们对这种食品要谨慎从事。调查显示,65%的人表示他们不愿转基因食品出现在他们的餐桌上,93%的人支持强制性地为这种食品贴上标签。

目前,世界主要发达国家和部分发展中国家都制定了本国对转基因生物(包括植物)的管理法规,负责对其安全性进行评价和监控。

在中国,转基因作物、食品研究方兴未艾,转基因食品在公众的形象基本是正面的,目前尚无相关法规予以规范。

但欧洲的前车之鉴,现在出现的社会问题的严重性,显然应使中国人开始考虑要不要彻底步人后尘。

转基因除了让人类在健康与环境领域打出问号外,还涉及一系列道德伦理问题,就是今天的人类是否应该为追求进步而放弃一些准则。例如英国一家生物技术公司的高级研究员在接受电视访问时,声称他们公司已经掌握足够技术,可在30个月内推出利用基因改造过的牛产出的人奶。他们的最终目标是从牛奶中完全剔去动物蛋白质,改而含有人类蛋白质,令这种奶看似跟人奶完全一样。据称这种奶含有较多营养,适合早产婴儿及老人饮用。该公司人员还说其美国分公司已拥有20头这种基因牛。该公司的这番言论引起全国轰动,该公司随即改口声明,称生产基因人奶只是作医药用途,为了让一些早产或无法哺食人奶的婴儿吸取足够营养,绝对无意取代人奶或奶粉。

该公司的话还引来多个提倡人奶及反对转基因食品的团体的猛烈抨击。一个团体指出,最适合婴儿的奶只有母乳,母乳所含的抗体及其他成份绝非其他物品可以取代。

应该说,此研究如果成功,将使成千上万不能哺乳的母亲解除后顾之忧;何乐而不为?很显然,牛产人奶这个事实让人不舒服,它打破了一些既定的道德准则。

美国一家医院据说在对不育妇女进行治疗时,“无意”

中创造出世界上第一批转基因婴儿,婴儿综合了多位优秀父母的基因。当媒体穷追时,医院予以否认。这又触动了人类的一根敏感神经。优生,是人类多个世纪以来的追求,一旦实现,又无法消受,因为那样的话,世界将变得更好,还是更加不公平?

针对转基因的争论十分激烈,欧洲国家必将对产品标识等领域进行更严格的管理,掀起新一轮向公众解释的热潮。

但“大主意”仍得消费者自己拿,消费者有100%的知情权与终审权。

识别致病基因

有关机构的官员宣布,为加速识别致病基因,研究人员将启动一项耗资1亿美元的工程,以查明人体基因结构中那些含有常见变体的基因块。

这个项目估计将耗时三年,参与者包括五个国家的九支基因研究队伍。该项目将对取自尼日利亚人、日本人、中国人以及祖先在北欧和西欧的美国人的血样进行基因模式分析。研究的目标是确定人体基因组(或遗传结构)中的30亿个片断是如何组织成不同序列(单倍体型块)的。

美国全国人类基因组研究所所长弗朗西斯·柯林斯博士说,一旦画出这些单倍体型的图谱,我们就能找到“精确高效的捷径”,以识别与糖尿病、心脏病和癌症等疾病有关的遗传基因序列。

柯林斯在宣布这一计划的记者招待会上说:“这项工作将对未来医药产生深远影响。”他把这个项目称作国际单倍体型图谱计划。

参与本计划的将包括国家实验室和私人实验室,其中许多研究人员曾在2001年帮助完成人类基因组排序。

人类基因组大约包括30亿对脱氧核糖核酸(以下简称DNA)。构成每对DNA的化学物质通常用字母A、T、C和C表示。每个人身上的字母顺序几乎都是一样的,但据估算有1000万个“拼写”差别,包括某个DNA字母被另一个DNA字母代替这样单一的变化。这称作核苷酸多态性(以下简称SNP)。据认为,某些SNP与疾病有关。

最近的研究已经表明,SNP被组织成不同的DNA“地段”,称作单倍体型块,含有大约1万个或1万个以上的碱基对。许多人都拥有同样的单倍体型块,而且在各种人身上几乎都能发现某些常见的变体。因此,我们也许不用检查所有1万个碱基对而只找到一个SNP就能识别单倍体型块。事实上,单倍体型图谱计划的目的就是找到确定许多人共有的特定DNA序列的DNA“界标”。此后的研究将从这些序列内部找出致病基因。

修正基因组

根据发表在《科学》杂志上的一项研究报告,美国研究人员成功地修改了一种小蠕虫的基因组成同时避免通常会引起丧失生殖能力的副作用,从而使它的寿命延长一倍。

这一技术在于修正控制激素活性的基因,这种基因是包括人类在内的许多物种都有的。

据旧金山加利福尼亚大学从事这一研究的研究人员说,这一研究可能是在延长人类寿命方面的一个突破。

在一条只有毫米级长的蠕虫身上进行试验的这一技术,在蠕虫生长的不同阶段钝化基因组以便研究它们对寿命的影响。

研究人员研究了Daf一2和Daf一16基因。在以前的研究中,他们已经证明,部分钝化Daf一2基因有可能使蠕虫的寿命延长一倍。该基因控制着一种胰岛素受体和一种激素生产启动了的密码。

其他的研究表明了这种激素生产因子对老鼠和果蝇寿命的影响,这种影响可能对人类同样重要。

Daf一2基因还影响生殖能力,但新的研究表明,该基因在生命的不同阶段发挥不同的作用以控制生殖或寿命。

移植致癌基因

研究人员新近发明了一项技术,通过将人类致癌基因注入动植物体内来加速进化。

这种称为超强突变的技术能在几个月内制造出大自然需要上千年才能演化出的突变物种。

然而,这项旨在增加新动物和农作物物种数量的技术令许多科学家和环境保护主义者大为震惊。其中一些认为这会导致含人类致癌基因的有机体流人环境中。另一些则担心加速进化可能有一定的危险。

发明这项技术的美国形态技术公司(Morphotek)说,该技术对制药和农业公司还是相当有价值的,它有可能研制出高利润物种,如抗旱植物或高产奶牛。

这项技术可将参与DNA修复的一个基因分离出来。某些人遗传了一种有缺陷的PMS2一134基因,结果很容易患结肠癌。

将这种基因注入动植物或微生物体内会使它们的DNA不稳定,从而制造出更多的突变后代。该公司说,虽然大多数的突变将消失殆尽,但还是会有多于通常数量的突变存活下来。这样,制造出抗病新植物或食物代谢效率更高的动物的几率就会提高。

但地球生态学研究所的基因改造专家莱斯·弗班克说:

“听起来固然有些道理——但这就像让一只猴子坐在打字机前,希望它有一天能写出《哈姆雷特》一样。这种风险绝对不值得。”他的观点得到了伦敦国王学院遗传学家迈克·安东尼乌的支持,“这对动物是非常残忍的,而且也存在潜在的危险。”

但形态技术公司首席执行官尼古拉斯·尼古拉德斯说,研究是安全的。他说,当发现一种有商业发展前途的突变物种时,再通过人工繁殖消除致癌基因是很容易的,况且“我们现在并未进行动物实验,只是用了哺乳动物的细胞”。

大肠杆菌与基因工程

大肠杆菌是一种寄生于人或动物大肠内的细菌,它个子小小的,像个小棍儿,它能合成维生素B和K,对人体有益。但如果跑到肠道之外,就会惹出许多麻烦,如造成腹膜炎、膀胱炎等炎症。然而大肠杆菌与基因工程又有什么关系呢?这就得从基因工程讲起。

所谓基因工程就是利用基因重组技术将DNA进行重组,将某些基因加以改造。打个比方,基因工程就相当于一种建筑工程,不同的是它利用原来老房(旧DNA)的原料,重新造新房子(新DNA)。比如说,房子屋顶漏了,就从老房子上拆个好屋顶下来安上,新房子就不漏了。当然,新房子总应比老房子好一些,同样,基因工程也不是盲目的,它的宗旨应该是“为人类服务”。建筑工程施工要砖石、泥浆、砌刀等,基因工程也同样需要。如果说DNA是房子,基因就是砖石,砌刀就是一种“限制性核酸内切酶”,泥浆是一种“联结酶”,而基因工程还需要一种特殊的运载工具——“细菌DNA质粒”,它能帮助基因这种特殊的“砖石”顺利地运送到“施工现场”,因而是基因工程不可或缺的重要一环。

而大肠杆菌正是“细菌DNA质粒”的重要来源。

基因工程是利用生物机能造福于人类的尖端科学技术。

基因工程的发展,为我们探索生物发育、分化和进化,以及某些疾病的发生、防治等,都提供了新的理论依据和方法,也为人工培养新的生物提供了可能,并且已取得了许多可喜的成果。这些成果,可都与木肠杆菌的功劳分不开噢!

比如,1977年,美国把一种人工合成的生长激素基因转移到大肠杆菌中去,通过发酵,就制出了生长激素。这在过去要用10万头羊的羊脑才能提取1毫克,而现在只需用10升大肠杆菌培养液就行了。你看,多奇妙啊!

1978年,科学家们将人工合成的胰岛素基因转移到大肠杆菌中,成批生产出胰岛素。1980年,又利用大肠杆菌制造出了干扰素。大肠杆菌在基因工程中立下了汗马功劳。

奇妙的基因枪

转基因是一个非常复杂的过程,但随着生物技术的发展,科学家们已经发明了许多转基因的方法。基因枪因其成功率较高、操作简便、适于大批量转基因工程,而倍受科学家的青睐。

1987年美国康乃尔大学的桑福德等人发明了基因枪。

同年美国科学家克莱思教授首次成功地用基因枪把外源基因转入细胞中。他将带有烟草花叶病毒RNA的钨粒子对面积为1平方厘米的洋葱组织进行轰击,约有90%的细胞同时被击中。

基因枪的工作原理是用物理方法将“子弹”——携带外源基因的钨或金粒子加速出膛,击中基因枪前方的特殊金属档板。这块金属挡板上有一个微孔,钨、金粒子无法通过,而外源基因的微粒却可以通过微孔,进入紧贴金属板的生物细胞中,从而实现基因转移。

采用基因枪技术,可以一次向数千个细胞注入外源基因,从而使细胞获得外源基因的可能性增加,提高转基因的成功率,因此被广泛地应用。

它不仅能把外源基因导人动植物细胞内,还可以导入人类细胞内。特别是基因枪在癌症治疗方面有奇特效果。在治疗时医生首先从病人身上取出癌细胞,然后用基因枪将某种基因射入癌细胞,使癌细胞被打上特殊标记,然后将这样的癌细胞再注入病人体内。打上特殊标记的癌细胞便告诉人体免疫系统:凡是此类癌细胞都是“杀手”。在遗传指令的提示下,人体很容易识别出癌症的“元凶”,并调动免疫系统对身体各个部位的癌细胞实行围剿和大反攻,以达到治疗目的。

RNAi技术的运用

在生物技术领域里,真正可谓“沉默”是“金”。生物技术在某些时候就是使有害基因沉默的技术,即称作核糖核酸介入技术,简称RNAi技术。

从科学家们首次利用RNAi技术在一种名为Celegans的线虫体内关闭特定的基因至今,只有4年时间。而证明这项科技在哺乳动物细胞内部同样生效,距今也不到2年。然而,专门针对RNAi技术的生物技术研究项目已经启动了6个,把它作为一种重要研究工具的还有几十个,同时在自己的实验室里进行研究的公司大概多达成百上千个。

科学家谈论RNAi技术时,认为这是过去10年间最重大的生物科技发现,因为这是第一次找到一个快速而没有副作用的方法,能够使特定的基因沉默,即中止它们制造蛋白质。它很可能成为研究和开发的重要工具,同时也将成为研制新药品(特别是治疗癌症和病毒性疾病的新药)的重要途径。

这项科技利用的是核糖核酸(RNA)的双链分子。RNA储存基因信息,在化学成分上与脱氧核糖核酸(DNA)极其相近。

当双链DNA的一段序列被引入到一个细胞内部时,特殊的酶便会毁坏所有具备同样基因序列的信使RNA,从而关闭相应的基因。其效果远远好于现有的沉默技术,譬如说,在实验鼠身上做的转基因“剔馀”,以及用于人类治疗的“反义”药物。

Cenix公司是一家德国公司,专门研究基因科技,首席执行官克里斯托佩·埃切韦里说,RNAi是研究人员“多年研究所获得的成果”,他们通过观察基因中止活动造成的影响来研究基因的功能。在基础研究之外,RNAi还有可能对药物研发产生不可估量的价值:为传统的“小分子”药物识别基因标靶,或者确认用其它方法发现的标靶。

在治疗中直接使用RNAi技术的前景令人兴奋不已,尤其是癌症和病毒感染的治疗。原则上说,对于病毒在人体细胞内的复制起着关键作用的基因,通过令其沉默,就能治愈病毒性疾病,而且没有副作用。很多肿瘤是人体基因组含有病毒基因导致的,如果RNAi能够使这些基因沉默,癌症就可以得到防治。

埃切韦里博士说:“RNAi最了不起的一点就是,从识别生物标靶到进行临床治疗,自始至终都可以使用同样的技术。”

检验RNAi技术实效的临床试验2003年开始。德国的里博制药公司正在讨论在丙肝、恶性胶质瘤或胰腺癌患者身上进行BNAi药物测试。如果试验顺利,RNAi药物混合的鸡尾酒疗法最终可能运用于治疗。

基因组带给人类的隐忧

随着源源不断地获得全球种群基因组,科学家对人种差别的理解也日趋深化。人类本来同种,科学家称作“标志物”的种族差异只是由文化和地理上的长期隔绝造成的。

这类变异除了提供种族起源的线索,大都无关宏旨,其他的东西抑或才是要端,譬如说,有些基因会导致威胁生命的疾病。

这些知识使基因组研究步上新途,也有人说是险途。对种族知识潜能的利用以及误用,是科学家殷殷关切的问题。

墓因资料可能会使人质疑自己的身份和种群类属。基因揭示的物质事实并不是总能够与我们对自己的感觉一致。

先前大家对种族图谱有所担忧,作为回应,人类基因组计划的科学家煞费苦心,把种族差异说得无关紧要。基因排序显示,人类在999%的程度上是一样的,这个数字被用来增进全球和睦的呼声。在白宫庆祝基因组完成的典礼上,人类基因组计划的带头人弗朗西斯·柯林斯说:“种族的观念没有基因或科学的基础。”