DNA走來近60年

宋小俊 陜西商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院（726000）

DNA走來近60年

宋小俊 陜西商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院（726000）

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)，遺傳信息傳遞“中心法則”的確立以及DNA重組技術(shù)的建立，使生物科學(xué)的面貌發(fā)生了根本的變化，人類開始走向改造、設(shè)計生命的征程，具有開啟生命科學(xué)新階段的劃時代意義，已經(jīng)和必將對生命科學(xué)特別是醫(yī)學(xué)衛(wèi)生產(chǎn)生深遠(yuǎn)而重大的影響。

DNA；發(fā)現(xiàn)；意義

1 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)50年代以來，生命科學(xué)迅速發(fā)展，在各個領(lǐng)域里取得了巨大的進(jìn)展。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)，遺傳信息傳遞“中心法則”的確立以及DNA重組技術(shù)的建立，使生物科學(xué)的面貌發(fā)生了根本的變化。生命科學(xué)將成為21世紀(jì)自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，已經(jīng)和必將對整個自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)而重大的影響，這已成為人類不爭的事實。

19世紀(jì)達(dá)爾文進(jìn)化論的創(chuàng)立，在揭示生物進(jìn)化發(fā)展規(guī)律、推動生物學(xué)發(fā)展方面具有里程碑的意義。因而，被恩格斯譽為19世紀(jì)三大自然科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。人們在述說達(dá)爾文之后又一座里程碑的時候，不能不對沃森（Watson,James Dewey）和克里克（Crick,Francis Harry Compton）的杰出貢獻(xiàn)予以格外的關(guān)注。正是由于這兩位科學(xué)巨匠的努力，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)，才使人類開始走向改造、設(shè)計生命的征程，具有開啟生命科學(xué)新階段的劃時代意義。

1953年4月25日，英國《自然》（Nature）雜志以1 000多字和一幅插圖的短文發(fā)表了美國生物學(xué)家沃森和英國物理學(xué)家克里克的論文，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。對于這個驚世的發(fā)現(xiàn)，60年前一家英國報紙在一個不顯眼的地方報道這個消息時，作者曾預(yù)言“要弄清這副化學(xué)”撲克“如何洗牌和搭配，夠科學(xué)家再忙乎50年”。一語言中，現(xiàn)在我們再來回顧生命科學(xué)從此走過的歷程以評價DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)的意義，怎么說也不算過了。

沃森1951年8月訪問英國時，克里克熱情邀請沃森一塊從事DNA分子結(jié)構(gòu)的研究工作，10月沃森來到克里克所在的劍橋大學(xué)分子生物學(xué)研究室，開始了向這個尖端難題的沖擊。沃森生物學(xué)基礎(chǔ)扎實，訓(xùn)練有素；克里克則憑借物理學(xué)優(yōu)勢，又不受傳統(tǒng)生物學(xué)觀念束縛，常以一種全新的視角思考問題。他們二人優(yōu)勢互補，取長補短，并善于吸收和借鑒當(dāng)時也在研究DNA分子結(jié)構(gòu)的英國科學(xué)家威爾金斯、女物理學(xué)家富蘭克林、美國化學(xué)家鮑林等人的研究成果，以X射線衍射圖譜作為參照和驗證，用鐵塊、硬紙板、鐵絲等做結(jié)構(gòu)模型材料，像兒童擺玩具一樣，先設(shè)想成直線型，再變成螺旋型，后又?jǐn)[出了一個三螺旋模型，可是一次又一次都失敗了。經(jīng)過多次挫折以后，他們把糖---磷酸作骨架擺在外側(cè)，堿基模型擺在內(nèi)側(cè)，擺出了一個雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，但是擺放堿基配對時錯誤地采用了同配原則，還是沒有成功。后來，在對DNA分子X射線衍射照片和各種實驗數(shù)據(jù)反復(fù)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，重新調(diào)整，將四種堿基的模型以各種方式進(jìn)行配對，終于發(fā)現(xiàn)了A—T配對和G—C配對的堿基配對原則。就這樣，不足兩年終于成功擺出了一個DNA雙螺旋的分子模型，破譯了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋之迷。

克里克在破譯遺傳密碼的問題上做出了重大貢獻(xiàn)，他在噬菌體T4中用遺傳學(xué)方法證明了蛋白質(zhì)中1個氨基酸的順序是由3個堿基編碼的。他又單獨首次提出蛋白質(zhì)合成中心法則，即遺傳密碼的走向是：DNA→RNA→蛋白質(zhì)。DNA雙螺旋模型（包括中心法則）的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)最為重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，也是生物學(xué)歷史上唯一可以與達(dá)爾文進(jìn)化論相比的最重大發(fā)現(xiàn)，它與自然選擇一起，統(tǒng)一了生物學(xué)的大概念，標(biāo)志著分子遺傳學(xué)的誕生。這門綜合了遺傳學(xué)、生物化學(xué)、生物物理和信息學(xué)，主宰了生物學(xué)所有學(xué)科研究的新生學(xué)科的誕生。

2 DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生命科學(xué)特別是醫(yī)學(xué)衛(wèi)生的意義

DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，對生命科學(xué)以至于自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和人類生活的影響，已越來越清楚地呈現(xiàn)在人們的眼前。

生物技術(shù)的應(yīng)用，給醫(yī)學(xué)帶來了革命性的變化。基因工程（DNA重組技術(shù)），它是按照人們的需要，將某種生物細(xì)胞的基因或人工合成的基因經(jīng)重新組織后，引入另一種生物細(xì)胞，使其發(fā)揮作用并穩(wěn)定地傳給后代，以達(dá)到大量合成基因編碼的蛋白質(zhì)或定向的改變生物細(xì)胞的遺傳性狀的目的。在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用主要有：①用于生產(chǎn)基因工程藥品。先確定對某種疾病有預(yù)防和治療作用的蛋白質(zhì)，將基因取出來，經(jīng)一系列操作，放入可大量生產(chǎn)的受體細(xì)胞，大規(guī)模生產(chǎn)具有預(yù)防和治療這些疾病的蛋白質(zhì)即基因疫苗或藥物?；蚬こ趟幬镏饕?xì)胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術(shù)研制成的多功能細(xì)胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發(fā)性硬化癥和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等多種疾病。目前，治療糖尿病的胰島素、治療侏儒癥的生長素、治療病毒感染和癌癥的干擾素、人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等已通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，與傳統(tǒng)藥品生產(chǎn)相比即解決了產(chǎn)量問題，又大大降低了生產(chǎn)成本，為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用，基因工程在制藥業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景，我國已經(jīng)初具規(guī)模。②用于基因診斷和基因治療。基因診斷就是運用基因工程設(shè)計制造“DNA探針”方便地對異?；虻慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行直接分析的方法，是遺傳病最準(zhǔn)確的診斷手段，已用于鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥和地中海貧血癥的診斷，對腸道病毒、皰疹病毒、腺病毒、肝炎病毒等引起的疾病，基因診斷技術(shù)已用于臨床實踐。基因治療是在基因水平上，通過基因調(diào)控的手段，有目的地抑制異?；虮磉_(dá)或重新開啟已關(guān)閉的基因，達(dá)到治療遺傳病、腫瘤、艾滋病、心血管病的目的。目前，應(yīng)用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進(jìn)入臨床驗證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥币矊⒃诓痪猛瓿裳兄?，它可有目的地尋找并殺死腫瘤，將使癌癥的治愈成為可能。由中國、美國、德國三國科學(xué)家及中外六家研究機構(gòu)參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細(xì)胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細(xì)胞內(nèi)肝炎病毒，修復(fù)、促進(jìn)肝細(xì)胞再生的全過程。經(jīng)4年臨床試驗已在全國面向肝炎患者。此項基因?qū)W研究成果在國際治肝領(lǐng)域中，是繼干擾素等藥物之后的一項具有革命性轉(zhuǎn)變的重大醫(yī)學(xué)成果?；蛑委熯€有許多問題有待于解決，任重而道遠(yuǎn)，有望在21世紀(jì)20年代前后成為臨床上的一種常規(guī)治療手段，為疾病的治療展示了誘人的前景。

人類基因組計劃（Human Genome Project,HGP）的完成，為人們展示了人類24條染色體的基因組作圖和DNA全長序列分析，能進(jìn)行基因的鑒定和功能分析。它的成果不僅可以揭示人類生命活動的奧秘，而且人類6千多種單基因遺傳病和嚴(yán)重危害人類健康的多種基因易感性疾病的致病機理有望得到徹底闡明，為這些疾病的診斷、治療和預(yù)防奠定基礎(chǔ)。

21世紀(jì)，將是DNA認(rèn)識和基因工程迅速發(fā)展和日趨完善的世紀(jì)，它將為人類帶來巨大的效益，人們不光在基因工程技術(shù)上取得突破，還將加速其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。基因工程將在人類生活的方方面面發(fā)揮它舉足輕重的作用。

[1] (美)J.D.沃森.雙螺旋發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事[M].北京:科學(xué)出版社,1984:8.

[2] 楊盛昌,龍敏南.基因工程[M].北京科學(xué)出版社,2002:42.

[3] 李慶軍,董艷桐,施冰.植物抗蟲基因的研究進(jìn)展[J],林業(yè)科學(xué),2002,7(2):52.

[4] 庚鎮(zhèn)城.確立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型過程的啟示—紀(jì)念沃森、克里克的論文發(fā)表50周年[J].科技導(dǎo)報,2003,7:53.

10.3969/j.issn.1672-2779.2010.24.172

1672-2779（2010）-24-0204-02

2010-10-08）