無所不能的基因工程

余工

基因工程，可通過基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)和重組，創(chuàng)造出新的品種；或糾錯更換人類有病的基因，使患有遺傳疾病的病患得以康復(fù)；或通過重組，創(chuàng)造全新的生物，甚至定制天才嬰兒?；蚬こ虨槲覀冋故玖嗣篮玫膱D景，那么，當(dāng)今的基因工程，正在發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生怎樣的奇跡呢？

給細(xì)胞安裝編程語言

細(xì)胞是生命活動的基本單位。生命物質(zhì)的合成、生物的生長發(fā)育，都是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的。細(xì)胞核染色體中DNA分子上的基因有固定的生命活動程序，信息從基因發(fā)出，在核糖體中就演奏起不同的生命樂曲，于是不同功能的蛋白質(zhì)分子和上萬種酶就按需合成。自從人類基因組計劃完成后，科學(xué)家已經(jīng)解讀了很多細(xì)胞生命的樂曲，但科學(xué)家并不滿足于樂曲的解讀上，而是要按人類的意愿編寫樂章，讓細(xì)胞唱出新曲調(diào)。

在美國普林斯頓大學(xué)里，有一位年輕的生物學(xué)家韋斯。他和研究小組的成員，用計算機設(shè)計編寫出許多細(xì)胞程序語言片段，組成人工基因，再將它們編成“樂曲”，植入細(xì)胞的DNA中，讓它去指揮細(xì)胞的合成。在反恐行動中，探測爆炸物并及時清除就可以避免傷亡。目前，任何人工偵察手段，包括警犬都難以奏效。韋斯將研制的探測火藥氣味程序語言，裝配到一種桿菌的DNA分子中，結(jié)果這些本來不喜歡群居的桿菌，因為有了“共同的語言”，能很好地在一起生長，形成菌膜并相互溝通。將這種菌膜與電信號裝置相連，制成傳感器，桿菌便能很快捕捉到爆炸物的氣味，判斷出它的方位和距離，在屏幕上準(zhǔn)確無誤地反映出來。它的精確度和靈敏度，超過了最新型的電子警犬?，F(xiàn)在，韋斯和他的伙伴準(zhǔn)備將它用在干細(xì)胞的生長上。他們要編寫干細(xì)胞發(fā)育成各種組織的程序語言，這種程序語言一旦編制成功并裝配到干細(xì)胞中，就能讓干細(xì)胞按醫(yī)生的要求生長變化。例如，骨科醫(yī)生急需一塊移植的軟骨，就讓干細(xì)胞配上成骨程序語言，在一周內(nèi)生成一塊用于移植的軟骨。心血管醫(yī)生要修補病人的心臟，就從患者身上取出干細(xì)胞，插入心肌生長編程語言，很快就能得到一塊心肌。

尋找阻斷基因的藥物

人類的許多疑難雜癥，如心臟病、肝炎、癌癥和艾滋病等，都是一些基因受內(nèi)外環(huán)境的干擾，不合時宜地打開引起的。人體基因的開與關(guān)，有符合生命要求的時間程序，例如，人的手指被割破，促使血小板破裂的基因立即打開，血栓形成，血流被堵，基因馬上關(guān)閉。再如，人體中有相當(dāng)多的原癌基因，在正常情況下，原癌基因總是關(guān)閉的。如果原癌基因打開，細(xì)胞就會畸形生長和分裂，變成癌細(xì)胞?；虻谋磉_(dá)，必須先把信息轉(zhuǎn)錄，交給信息核糖核酸（mRNA，單鏈信息分子），再由它到蛋白質(zhì)工廠（核糖體）生產(chǎn)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)。以血栓形成為例：細(xì)胞收到小血管破裂信號，血栓基因打開，復(fù)制出信息核糖核酸圖紙，到蛋白質(zhì)工廠生產(chǎn)出血栓因子（一種蛋白質(zhì)），促使血小板破裂堵住血流，血栓形成，基因關(guān)閉。這是一條完整的信息鏈。德國科學(xué)家圖施勒認(rèn)為，如果設(shè)計出一種藥物，破壞信息核糖核酸圖紙，就能終止細(xì)胞的病理表達(dá)，這比尋找基因開關(guān)要簡便得多。經(jīng)過不斷的試驗，他設(shè)計出一種很小的雙鏈RNA分子，引進(jìn)細(xì)胞后會盯上信息核糖核酸，細(xì)胞的信息系統(tǒng)視這種三股的分子為怪物，將它撕斷或破壞，基因就不能表達(dá)了。

圖施勒的發(fā)明引起了制藥公司的興趣，紛紛投入資金和人力，研制針對不同疾病的雙鏈RNA分子藥物。經(jīng)過科技人員的努力，針對癌癥、艾滋病、多種病毒感染的雙鏈RNA分子藥物，很快被開發(fā)出來。醫(yī)學(xué)家先用于沙眼的治療，一劑針對沙眼衣原體的分子藥物下去，果真藥到病除。癌癥和艾滋病的雙鏈RNA分子治療試驗也在進(jìn)行中，初期的效果也很不錯。英國科學(xué)家最近研制出一種取名“PTC124”的藥物，用來治療肌營養(yǎng)不良和纖維囊腫，取得了良好的療效。這兩種病是由基因缺陷引起的，新藥的治療原理是強迫機體忽視基因突變，從而不產(chǎn)生異常蛋白，而且是對所有的突變都有效。這給治愈人類2000多種遺傳病帶來了希望。

一滴血檢測基因病

人類的基因組是一本由30億個堿基對寫成的天書，在疾病的診斷中，要求醫(yī)生把這本書通讀一遍，找出帶病的基因，這是不現(xiàn)實的。人類基因組計劃的研究表明，所有人的遺傳密碼99.9%都是相同的，人類基因個性化的不同點只占0.1%。在人類的23對染色體上，22對常染色體的基因都是相同的，只有第23對性染色體差異較大。每一個人的遺傳差異，就在每一條DNA分子上某一個遺傳位點上，科學(xué)家稱它為單核苷酸的多態(tài)性，簡稱SNP?，F(xiàn)在的基因診斷，最多只能檢查1～2個基因，但許多常見病和藥物反應(yīng)要涉及多個基因。美國科學(xué)家考克斯認(rèn)為，每個人基因的不同在于單個“字母”的變化，如果探明這些基因的疾病和藥物反應(yīng)模式，就能快速對疾病進(jìn)行診斷?？伎怂寡兄瞥鲆环NDNA芯片，上面粘有幾十億個小DNA分子，只要取人的一滴血，提取出DNA分子滴在DNA芯片上，就可以測出幾百萬個“字母”變異的情況，依此查出病因。

科學(xué)家已經(jīng)知道，人類的單核苷酸的多態(tài)性就在1000萬堿基中，科學(xué)家們用考克斯發(fā)明的方法，已經(jīng)探明了500萬個單核苷酸的多態(tài)性位點，繪制出單核苷酸的多態(tài)性圖譜?？伎怂诡I(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家小組，用滴血方法檢測了幾百名糖尿病患者的單核苷酸的多態(tài)性，與健康人的單核苷酸的多態(tài)性進(jìn)行比較，找出了糖尿病的基因模式，制成計算機檢測軟件。心臟病、癌癥、老年癡呆癥、藥物反應(yīng)等單核苷酸的多態(tài)性檢測軟件，也在加緊研制中。科學(xué)家們認(rèn)為，這種個性化的單核苷酸的多態(tài)性基因診斷技術(shù)，將來可以使基因病的檢查像常規(guī)檢查一樣方便，使藥物治療更有針對性。

讓轉(zhuǎn)基因豬發(fā)綠光

豬的器官尺寸大小同人體基本相當(dāng)，醫(yī)學(xué)家一直想用豬的器官代替人體器官，更換病變失效的器官。但人和豬是不同的生物，代謝類型和蛋白質(zhì)的型號不同，將豬器官植入人體會發(fā)生排異反應(yīng)，不能成活。因此，必須對豬的基因組進(jìn)行改造，加入人體的基因。現(xiàn)在培育帶有人體基因的轉(zhuǎn)基因豬已取得成功，但因為豬體有共生的微生物，它們對人體的影響是未知的，所以科學(xué)家不敢貿(mào)然進(jìn)行器官移植臨床試驗。但培育轉(zhuǎn)基因豬的實驗從未停止過，科學(xué)家們還創(chuàng)新了不少培育方法。

科學(xué)家利用去除活性的病毒作載體，將外來基因植入豬胚胎體內(nèi)，培育出因表現(xiàn)植入基因特性而發(fā)出綠光的幼豬。慕尼黑大學(xué)生物工程實驗室，在豬胚胎還是單細(xì)胞階段，就利用沒有毒性的病毒作載體，植入了一種名為GFP的基因，這種基因可以編碼生成發(fā)出綠光的蛋白質(zhì)。實驗中共有46頭幼豬出生，其中32頭幼豬體內(nèi)存在GFP，有30頭幼豬體內(nèi)各器官呈現(xiàn)綠色。這些植入的標(biāo)記基因，不僅導(dǎo)致幼豬體內(nèi)器官發(fā)出綠光，而且生殖細(xì)胞也呈現(xiàn)出綠色，這意味著植入的基因?qū)z傳給其下一代。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，盡管GFP在所有組織中都可證實存在，但僅在皮膚細(xì)胞中表現(xiàn)出活性?？茖W(xué)家以前一般采用將遺傳物質(zhì)直接注入胚胎，將外來基因植入哺乳動物體內(nèi)的方法，但成功率很低。慕尼黑大學(xué)科學(xué)家用去除活性的病毒作為載體，使外來基因能借助病毒達(dá)到“侵入”的目的，而不給受體動物造成傷害，從而使植入的基因“站穩(wěn)腳跟”，表現(xiàn)出自己的遺傳特性。科學(xué)家認(rèn)為，這是朝著有目的地植入人類基因，改變動物的遺傳特性，培養(yǎng)適用于人體的移植器官邁開了重要的一步。