基因工程

如果我们能够得到某一种生物的基因，就有可能给一种生物增加一个它原来没有的基因，让这个基因工作，使这种生物产生新的遗传特性，变成一个新的物种。这就是基因工程的基本原理。简单点说，基因工程是在人工控制下，对生物的基因进行改造，使生物产生新的遗传特性的一门现代科学技术。基因工程的操作过程有三个主要步骤：第一步是获得某种基因；第二步是把这种基因送进细胞里去；第三步是让这种基因发挥作用。下面我们以应用基因工程技术生产人的胰岛素做例子，谈谈这三个步骤是怎样进行的。胰岛素是人身体里一种很重要的激素。是由胰脏里的一种胰岛细胞制造出来的。胰岛素对于人身体吸收利用糖起着重要作用。人身体里缺乏胰岛素，就会得糖尿病。所以胰岛素是治疗糖尿病的特效药。过去医疗上用的胰岛素，都是从动物的胰脏里提取的，要用很多胰脏才能提取到一点点胰岛素。现在应用基因工程方法，已经可以利用大肠杆菌来生产出胰岛素，这就方便多了。用基因工程方法来生产胰岛素，首先是要得到胰岛素基因。
     这一步有三个办法可以用：1.直接从人的胰岛细胞里提取；2.找到从胰岛素基因上面转录下来的那个信使核糖核酸，在一种反转录酶的作用下，反过来复制出一个胰岛素基因；3.人工合成一个胰岛素基因。这个办法现在用得越来越多了。科学家们应用这三个办法不但得到了胰岛素基因，还得到了几十种基因，有人体的基因，也有别的生物的基因。得到了基因，还要把它送到某一种生物的细胞里去，它才能工作。这是第二步工作。要把基因送进细胞里去，必须有合适的运载工具。这好比要把人造卫星送上运行轨道，需要用运载火箭一样。科学家们把运送基因的工具叫做运载体。运载体必须有两个条件：一是能够和基因相连接；二是生物的细胞能够接受。科学家得到了胰岛素基因以后，把它跟一种叫做质粒的运载体连接在一起。这质粒是从细菌的细胞里找到的一个圆环形状的DNA分子。就利用这个质粒把胰岛素基因带进大肠杆菌的细胞里去。在进行这些工作的过程中，要用各种各样的生物催化剂，也就是酶。有的酶能把质粒切断，有的酶能把基因和质粒连接在一起等等。这些酶就像机械工程师手里的钳、螺丝刀差不多，是科学家们搞基因工程必不可少的工具。所以人们把这些酶叫做工具酶。把基因和运载体连接在一起以后，就可以通过感染、渗透，或者是微量注射等办法，让基因随着运载体进到生物的细胞里去。
     科学家们选择了寄生在人的大肠里的大肠杆菌，作为接受基因的细胞。因为大肠杆菌很容易得到，也很容易繁殖。基因进入细胞以后，要让基因工作起来，还要创造一些条件，比如要想办法让基因开动起来，还要给细胞提供营养等等，让它为我们生产出胰岛素来。这就是第三步了。科学家把经过基因工程改造而产生的新菌种，叫做基因工程菌。在美国，用基因工程菌生产出来的胰岛素已经投入市场，使用在临床上。十多年前，我国科学家建立的生产人工胰岛素的基因工程菌，生产效率大大提高，为投入生产奠定了基础。医药工业上，除了刚才介绍的胰岛素的生产以外，还有许多贵重药品都通过基因工程技术生产出来。比如治疗侏儒症的人生长激素，对治疗癌症有很大作用的干扰素，以及人血清白蛋白等等，都已经经试制成功，不久的将来可以投入生产。基因工程技术的应用，将改变传统的药物来源和生产工艺，引起医药工业的重大技术革命。
     在农业生产上，基因工程技术在培育农作物新品种和家禽新品种方面，也将会大显身手。有人把一种乙醇脱氢酶基因送到农作物的细胞里，培育出耐涝能力特别强的作物。有人把一种使农作物能够忍耐高的渗透压的基因送进农作物，培育出耐旱、能在盐碱地里生长的作物。还有人把抗枯萎病的基因送进棉花细胞里，培育出抗病的棉花品种。更有趣的是，1982年，美国科学家用基因工程技术把大白鼠的生长激素基因传给了小白鼠，结果增育出个子增加一倍的大个子老鼠，而且这种长大个子的遗传特性，可以传给后代。科学家们正在考虑用基因工程技术培育家畜新品种，如果成功，那么使猪长得像牛那样大，甚至长得像大象那样大也是可能的。基因工程技术不但在生产上可以大显身手，在生物学研究中也大有用场。比如对于癌症的研究，基因工程正在发挥作用。现在已经有人发现，癌症是由基因发生了某种变化而引起的，使人类对癌症的认识前进了一步。
     科学家们认为，基因工程技术是解决生物学上一些重大难题的有力工具。基因工程技术创立以后，很快就表现出具有巨大的实用价值，在工业、农业、医药卫生、环境保护、海洋开发等方面，都有很多应用，引起世界各国的重视。目前基因工程技术的应用，还有许多问题没有解决，许多研究成果要走出实验室，进入大规模应用，还有一段距离。现在科学家们花很大精力在研究怎样使基因工程的产品产量高而又成本低。只有解决这个问题，基因工程技术才能得到经济效益。有人说，基因工程是今天的科学，明天的技术，后天的产业，这话是有道理的。