ＤＮＡ的奇妙用途

許財(cái)翼

最近幾十年里，遺傳學(xué)給人們的生產(chǎn)、生活帶來了許多革命性的進(jìn)步，給農(nóng)業(yè)、刑偵、司法、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也提供了巨大的幫助。那么DNA到底有哪些奇妙用途呢？今天我們一起來了解一下。

用途 1 識破偽裝，復(fù)活古人

我們都知道人類的頭發(fā)、瞳孔、皮膚的顏色，以及面部長相都由基因控制，因此只要知道一個(gè)人的DNA，就能知道他長什么樣。

首先，這對警察破案非常有幫助。美國有一名慣犯，綽號“爬山虎”，他經(jīng)常蒙面在深夜?jié)撊刖用窦抑凶靼浮＞熳凡端芏嗄暌恢笨酂o線索。由于沒有掌握他的任何面部信息，因此也無法張貼通緝告示。不過，最近科學(xué)家從案發(fā)現(xiàn)場提取到了“爬山虎”的DNA，并試圖從DNA著手勾勒出他的長相，然后將之捉拿歸案。雖然目前這項(xiàng)技術(shù)還處于初始階段，繪制不出高分辨率的人臉圖像，但它可以幫助我們確定罪犯的某些重要特征，并且還能規(guī)避掉人為因素的誤差。比如有些目擊者在錄口供時(shí)，會(huì)因個(gè)人喜好對嫌犯進(jìn)行描述時(shí)添枝加葉;有些受害人因突遭“侵犯”而恐懼，可能會(huì)遺忘某些重要細(xì)節(jié)。在新技術(shù)的幫助下，這些弊端都能規(guī)避。

其次，這種面部分析技術(shù)也可以應(yīng)用于考古學(xué)。英國歷史上有一位理查德三世國王，在位時(shí)間很短，沒有遺留任何畫像，后世對他的描繪是黑色頭發(fā)，青灰色眼睛。而近期考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了他的遺骸，并對其DNA進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，他的眼睛有96%的概率為藍(lán)色，頭發(fā)有77%的概率為金色。

同樣借助這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家能勾勒出兩萬多年前尼安德特人的外貌特征，他們很可能長著紅色的頭發(fā)和白皙的皮膚。通過DNA技術(shù)，科學(xué)家還可以復(fù)活猛犸象、渡渡鳥及其他滅絕物種。只要從遺骸中能提取到它們的DNA，就可以借助近親物種孕育來復(fù)活它們，比如在大象體內(nèi)孕育猛犸象幼仔。理論上，科學(xué)家認(rèn)為復(fù)活一個(gè)紅頭發(fā)的尼安德特人也是可以實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，復(fù)活恐龍是不可能了，因?yàn)榭铸堅(jiān)?500萬年前就滅絕了，它們的DNA早已在漫長的歷史中降解為碎片了。

用途 2 鑒別食物與名畫真?zhèn)?/p>

雞鴨牛羊肉很好分辨，可是魚的種類那么多，市面上的價(jià)格差別也很大，如果以次充好，我們是很難分辨出來的。那該怎么辦呢？

DNA代碼分析就能幫我們識破真相。只要從魚肉中提取DNA并測序，科學(xué)家就能立刻分辨出魚的種類。未來隨著科技進(jìn)步，檢測工具將被簡化成一種手持設(shè)備，如DNA識別器。屆時(shí)，就連小學(xué)生也能用這種設(shè)備來分辨魚的種類，檢驗(yàn)飯店是否以次充好。我們買東西時(shí)，也可以用這種設(shè)備來檢驗(yàn)是否買到了貨真價(jià)實(shí)的商品。

除了鑒別食物的真?zhèn)危珼NA代碼分析還可以用于鑒別藝術(shù)品的真?zhèn)?。全球藝術(shù)品市場每年的交易額高達(dá)數(shù)十億美元，但專家估算其中40%的藝術(shù)品都是仿冒品。雖然有專業(yè)鑒定機(jī)構(gòu)鑒別真?zhèn)?，但如果偽造者技藝精湛，仿冒品極有可能蒙混過關(guān)。

為此，科學(xué)家建議在藝術(shù)品上附一個(gè)小小的塑料標(biāo)記，標(biāo)記里含有特定的DNA代碼。當(dāng)然這個(gè)DNA代碼一定不能是藝術(shù)家自己的。因?yàn)閭卧煺咄耆梢詮囊路?、頭發(fā)甚至垃圾里獲取到藝術(shù)家的DNA。所以，這個(gè)特定代碼必須是來自其他某種物質(zhì)的DNA片段。將來鑒別真?zhèn)螘r(shí)，只需從塑料標(biāo)記中提取DNA，然后對照數(shù)據(jù)庫里的信息，如果兩者吻合，就表明這件藝術(shù)品是正品。

用途 3 紡織黃金，防范病毒

目前在發(fā)達(dá)國家，DNA已成為一種時(shí)尚的藝術(shù)媒介。DNA是一串長長的雙螺旋結(jié)構(gòu)，由四種核苷酸構(gòu)成。這四種核苷酸排列有序，可分別用A、C、G和T代表。為此有的科學(xué)家編寫了電腦程序，把A、C、G、T的有序排列翻譯成哆、來、咪、發(fā)的音符排列。

有的藝術(shù)家還利用基因技術(shù)創(chuàng)作藝術(shù)作品，比如熒光海岸繪畫。藝術(shù)家在染料里面摻入了一種轉(zhuǎn)基因細(xì)菌，它們可以在一定條件下發(fā)光。因此，當(dāng)這些細(xì)菌發(fā)光時(shí)，整幅繪畫就會(huì)閃閃發(fā)亮，像真正的熒光海岸一樣。

美國和日本科學(xué)家研發(fā)培育了轉(zhuǎn)基因桑蠶。這種蠶吐的蠶絲具有多重特性，它不光有蠶絲的柔軟，還兼具蜘蛛絲的堅(jiān)韌和延展性，以及水母的熒光特性。傳說在一部古老的法國童話故事里，女孩借助精靈的力量，把稻草像紡紗一樣紡成了黃金。如今看來未來科學(xué)家們通過轉(zhuǎn)基因桑蠶，把蠶絲紡成黃金也不是不可能的。

另外，他們還計(jì)劃把網(wǎng)絡(luò)上的知識，如流行于全球的維基百科上的文章用DNA編碼做成一串特殊的“基因”，然后利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)把這串“基因”植入真實(shí)的蘋果基因組里，這樣就能制造出真實(shí)的智慧蘋果，如同《圣經(jīng)》中所描述的伊甸園里智慧樹上的果子一樣。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的匹配與排列非常精確，比如A與T總是緊挨著。根據(jù)這個(gè)

特性，科學(xué)家又研發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)。他們設(shè)計(jì)了一種DNA片段，把雙螺旋結(jié)構(gòu)中的同類片段識別出來，然后將所有同類片段以更復(fù)雜的方式結(jié)合。這就好比我們平時(shí)玩的折紙藝術(shù)，它們結(jié)合后就形成了一個(gè)新的DNA“折紙”形狀。

目前利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家們獲得了一些初步成果，如制作出分子級別的星星和笑臉符號等圖像。

在醫(yī)療領(lǐng)域，它的用途更廣。把DNA“折紙”裝入特制的“盒子”，使其攜帶藥物進(jìn)入人體，就可直接把藥物輸送到目標(biāo)細(xì)胞。如果把腫瘤細(xì)胞設(shè)為目標(biāo)，那么這個(gè)“盒子”只有遇到腫瘤細(xì)胞時(shí)，才會(huì)打開并釋放藥物。這種治療很有針對性，而且基本沒有副作用。同時(shí)，這個(gè)“盒子”也可以作為“囚籠”，把病毒細(xì)胞囚禁其中，然后利用DNA“折紙”破壞它的結(jié)構(gòu)，無聲無息地消滅它。

用途 4 儲存能力強(qiáng)，計(jì)算能力高

迄今為止，DNA是最古老的儲存介質(zhì)?？茖W(xué)家們正在研究這種介質(zhì)的特性，并將其應(yīng)用于信息技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)是用0和1對信息編碼，使之成為計(jì)算機(jī)能識別的語言。同理，科學(xué)家如果用A、C、G、T對信息編碼，就會(huì)形成一種獨(dú)特的“語言”，這就是DNA語言，然后用DNA識別器來讀取數(shù)據(jù)，把DNA語言變成我們能看懂的信息。

靠這種編碼方式，就能充分發(fā)揮DNA儲存信息的潛力。首先，它的容量大得驚人。1張CD的容量大約是700MB，100萬張CD大約是700TB（1TB=1024GB，1GB=1024MB）。如果以DNA為儲存介質(zhì)，那么1克DNA就能儲存100萬張CD的數(shù)據(jù)，而且科學(xué)家估算1克DNA的實(shí)際儲存量要超過這個(gè)數(shù)。

目前全世界所有電腦硬盤儲存的信息，如果以DNA編碼的話，只需手掌大小的DNA就能完全容下。

法國特藝集團(tuán)是全球最大的電影公司之一，也是娛樂行業(yè)的龍頭企業(yè)。如今它正在嘗試用DNA編碼儲存經(jīng)典的老電影——《月球之旅》。

其次，用DNA儲存后還可以復(fù)制。借助酶的特性，可以迅速復(fù)制DNA數(shù)據(jù)，而且這種復(fù)制幾乎沒有任何限制。美國哈佛大學(xué)的一位科學(xué)家曾把自己的一本著作用DNA進(jìn)行了編碼，然后在試管里輕松復(fù)制了700億份。這本書由此成為歷史上復(fù)制數(shù)量最多的書籍，創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。

最重要的是，DNA儲存信息的時(shí)效很長。在10℃左右的溫度下，DNA儲存信息的時(shí)間可以長達(dá)兩千多年。

除了儲存信息，科學(xué)家還在構(gòu)想用DNA建造生物計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)沒有屏幕和鍵盤，就是一些化學(xué)物質(zhì)，但不耽誤它的計(jì)算能力，其功能與普通電腦是一樣的。而且DNA計(jì)算機(jī)特別擅長并行處理，比如預(yù)報(bào)天氣。它可以從地球很多觀測點(diǎn)收集溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)，并經(jīng)過時(shí)刻不停地計(jì)算，精準(zhǔn)預(yù)報(bào)出天氣的變化趨勢。

另外，在醫(yī)學(xué)上，DNA計(jì)算機(jī)還有一大優(yōu)勢。它能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)行信息記錄等操作。如果與DNA“折紙盒子”相結(jié)合，那么它將不僅是一部DNA計(jì)算機(jī)，還是一個(gè)與疾病斗爭的“安全衛(wèi)士”。