細(xì)菌大功臣

呂秀齊

基因編輯這個詞近來很火，而基因編輯所用的工具叫基因剪刀。可隨便問一個不懂生物技術(shù)的人，啥叫基因剪刀，估計大多數(shù)人就回答不上來了?；蚣舻杜c普通剪刀的區(qū)別除了是分子構(gòu)成不同外，最重要的是它們是長眼睛、智能化的，能識別剪哪里不剪哪里，不會亂來，所以也可以稱它們是長眼睛的“分子手術(shù)刀”。

有人說那是不是人的基因也快可以隨便編輯修修改改、定制人類了。其實還遠(yuǎn)著呢，因為人類雖然完成了一些生物（包括自身）的DNA測序，但對基因的DNA片段管等還不甚了解。就好比一本書，每個字我們都認(rèn)識，但字連起來的句子我們并不知道是啥意思，所以在很大程度上DNA堿基排列構(gòu)成的基因序列還像本天書。直到限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)，才開啟了基因工程的新篇章。事情大致是這樣的：

上世紀(jì)50年代，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)。60年代，揭示了遺傳密碼的秘密。然后，人類開始對基因進(jìn)行“施工”，從而揭示其秘密，進(jìn)而改造生命的夢想。既然DNA在染色體上呈線性排列，基因就存在于DNA的堿基序列之中。那么，科學(xué)家們就可以切開一段基因，把它同另外一段基因聯(lián)結(jié)到一起，制成重組DNA，從而改變生物體的性狀。而要進(jìn)行上述操作，基因剪切工具十分重要。但DNA可不是想剪哪里都能如愿以償?shù)?。DNA既看不見也摸不著，科學(xué)家們的手再靈巧，也無法直接切割基因。需要尋找專用的基因剪刀。幸運的是，大自然賦予了科學(xué)家們神奇的施工工具?？茖W(xué)家們在大腸桿菌等菌類中發(fā)現(xiàn)了一些小巧靈活、有很強(qiáng)特異性的物質(zhì)，它們能夠識別DNA大分子鏈上特定的核苷酸順序，并能在一特定部位將DNA斷裂。

別小看細(xì)菌等微生物，它們可研究利用的地方多著呢。目前發(fā)現(xiàn)的限制性內(nèi)切酶有好多種，每一種都有極強(qiáng)的特異性，可以準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行核苷酸的識別，決不會錯切一刀?？梢哉f，限制性酶切酶是世界上最小、最靈巧的分子剪刀。借助于基因“剪刀”的幫助，科學(xué)家們可以從提取出的DNA片斷中得到想要的一段。也可以有目的地從DNA長鏈中針對某些基因進(jìn)行敲除或促其突變，從而通過觀察基因缺失引起的表型變化，推測該基因的生物學(xué)功能，為人類完全讀懂基因天書、改造生命奠定基礎(chǔ)。

在生命進(jìn)化歷史上，細(xì)菌和病毒進(jìn)行斗爭產(chǎn)生了強(qiáng)大的免疫武器，簡單說就是病毒能把自己的基因整合到細(xì)菌，利用細(xì)菌的細(xì)胞工具為自己的基因復(fù)制服務(wù)，細(xì)菌則為了將病毒的外來入侵基因清除，進(jìn)化出CRISPR系統(tǒng)，利用這個系統(tǒng)，細(xì)菌可以不動聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除，這是細(xì)菌特有的免疫系統(tǒng)。2005年，科學(xué)家們經(jīng)過優(yōu)化，利用細(xì)菌的這套防御系統(tǒng)，制造出了CRISPR/Cas9基因編輯超級剪刀。2013年，這把厲害的基因剪刀得到廣泛應(yīng)用。這把基因剪刀最大的好處就是證明可以有效剪切多種動植物的DNA。

總之，基因編輯不但需要長眼睛的智能剪刀，也需要“漿糊”，需要搬運工具、載體等。其中細(xì)菌等微生物功不可沒，所以在這種情況下細(xì)菌可是大“功臣”啊。endprint