人的素质和健康是人类社会发展的头等重要大事,要彻底解决这个问题,就必须破译人类的全部基因。基因工程为解决这个问题提供了技术保证。
基因工程又称为遗传工程或重组DNA技术,它是指采用各种酶将基因片段在体外进行切割、连接,进而转入细菌、细胞,形成自然界没有的含有新基因的可传代的新型细菌或细胞或其它生物体。通过遗传工程可以生产出人类所需要的产物或创造出新的生物。基因工程好比服装制作,将基因比作布料,将各种酶比作服装加工工具,如剪刀、缝纫机等,遗传工程创造出的新产品或新生物好比缝制出的新衣服,从此,人类可以像上帝那样采用基因工程来改造世界,创造未来。
基因工程诞生20世纪70年代。20多年来,基因工程得到了迅速发展,对人类社会的经济活动和社会活动带来越来越重大的影响。
(1)基因治疗和诊断
①基因治疗
美国卫生研究院已批准对一些遗传病、病毒病和恶性肿瘤实施基因疗法,这是用正常基因代替致病突变基因来治疗疾病的一种方法。
肿瘤是现在人类生命之大敌,其发生的原因是由于原癌基因活化,或抑制癌的基因失活,使正常细胞失控而得以迅速繁殖,形成肿瘤。如基因治疗黑色素瘤是引入肿瘤坏死因子的基因,使其扩增,再输给患者,因而专一性杀伤黑色素瘤细胞。
基因治疗包括:基因补偿,即把功能正常的外源基因导入受体细胞的基因缺陷部位,补充缺失的内源基因;基因置换,即切除或灭活内源异常基因,原位插入具有正常功能的外源基因;基因添加,即在正常或肿瘤细胞内加入外源基因,使之产生保护组织或抑制细胞发生病变。
②基因诊断
基因已开始用于疾病的诊断,这就是基因探针。基因探针是一段已知基因的有关核苷酸序列,或是某种完整的基因。它是利用核酸碱基互补原理,通过基因探针与被检物核酸进行杂交,来检测被检物的核酸同源系列,特异性高,重复性好,能直接检出微量病原体。现已有数十种遗传病可以用DNA探针进行诊断,为流行病调查和传染病的早期诊断提供了重要手段。
(2)基因工程药品
自从利用微生物发酵生产抗菌素以来,生物技术在医药上的应用就备受关注。现在微生物发酵可生产890多种抗菌素,还有氨基酸、维生素、酶制剂、生物制品等,对保障人体健康起了十分重要的作用。基因工程的问世又开创了医药生产的新途径,为疑难病治疗提供了更有力的武器。
20世纪70年代初期,美国加利福尼亚大学分子生物学家博耶和科恩将哺乳动物基因插入大肠杆菌获得成功,奠定了基因工程技术基础。70年代末,利用基因工程技术获得了人胰岛素。1982年,美国药品与食品管理局(FDA)批准美国礼莱公司的人胰岛素产品投放市场,这标志着基因工程技术已从技术开发阶段进入到商品开发阶段。在随后的10年左右时间里,各发达国家竞相开发基因工程产品。到目前为止,全世界已建立1000多家生物技术公司,其中大部分都在从事基因工程药物的研究开发。
据报道,到1997年7月,美国FDA批准上市的基因工程药物、疫苗和注射用单克隆抗体有39种。现在日本批准上市的有24种,我国已批准的有十几种。其品种主要是胰岛素、干扰素类、人生长激素、白细胞介素、血细胞生长素等,对提高人体免疫力和对一些癌症的治疗发挥了重要作用。
以基因工程技术开发的药品之所以会受到社会的极大重视,是由于这个新领域有其独特的优越性:
第一,它提供了大规模制取人体内活性物质的技术。例如,治疗糖尿病的重要药物胰岛素,由于以往都是从猪的胰脏分离提取,450公斤的胰脏才能得到10克胰岛素。由于动物胰脏来源所限,胰岛素产量受到限制;而基因工程技术用大肠杆菌发酵生产,一只200升的发酵罐即可生产10克人工胰岛素。
第二,基因工程药品对过去难以治疗的一些病症有突出疗效,这是别的药物所无法替代的。例如,人促红细胞生成素(EPO)是治疗由肾衰竭引起的贫血的特效药。粒细胞集落刺激因子(GCSF)则是治疗肿瘤引地卢的骨髓抑制的特效药。这两种产品都是目前国际市场上的畅销药品,开发上市这两个产品的美国安进公司(Amgen)也一举成为生物技术公司的“首富”。
第三,基因工程药物是体内活性物质,是人体内蛋白质,一般来说毒副作用较小。
最后,生产这类产品与化学合成药物不同,一般不需要庞大的厂房,污染问题也易于解决,开发周期较短,虽然技术密集,投资强度大,但如开发成功,效益即很可观。
我国的基因工程药物开发虽起步较晚,但通过国家高技术研究计划的支持已取得一批成果,虽然投产品种还不多,但许多产品正在研制或临床试用,很快将正式生产上市。
我们可以预期,基因工程药物开发将开辟医药工业的新领域,形成新的工业门类,并为人类保健事业作出重大贡献。生命是宇宙中最美丽的花朵。我们赞美生命,不仅是因为它美丽,而且还因为它神奇。古人把一切生命都看作自然的恩赐,他们习惯于感受生命的丰富,却很少理性地去思考生命的真谛。20世纪最大的科学成就之一,就是在19世纪细胞学说和生物进化论的基础上,推进了遗传学研究,并且在生物大分子的层次上揭开了生命的面纱,为我们感知生命和理解生命,开拓了新的视野。
现在我们已踏入日新月异的21世纪,随着科技的发展,基因这一高端科研,又将会引发一场怎样深刻的社会革命呢?