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十、奇妙的工厂





  随着科学技术的飞快发展,70年代出现了遗传工程。遗传工程就是基因工程。
  什么叫做基因工程呢?
  就是人们从细胞里取出所需要的基因,来改造生物遗传性的工作。这也就是科学工作者应用现代遗传学的技术,把人所需要的一种生物的个别基因取出来,再把它放到另一种生物的细胞里去,以此来定向改造另一种生物的遗传性,使它能够成为人所需要的新生物。
  这实际上是对基因进行了巧妙的操作。
  基因很小,肉眼看不到,用显微镜也看不到。这意味着要得到人所需要的基因,需要极巧妙的技术。
  有了人所需要的基因以后,还要把它放到另一种生物的细胞里去,这更需要巧妙的技术。
  一句话,在操作基因的过程中,需要运用一系列的精密细致的技术,所以把这项工作叫做遗传工程。
  比方说吧,胰岛素是一种内分泌素,一种激素,也是一种蛋白质。它是人体和许多动物体内不可缺少的微量蛋白质,能够进行一种很重要的工作。
  什么工作呢?
  胰岛素能够对动物体内糖分的新陈代谢进行调节,使体内血液的糖分维持在一定水平上。就拿人体来讲,每100毫升的血液里含有0.1克的葡萄糖,这是正常的生理状态。
  如果人体内血糖过多了呢?
  胰岛素就从胰脏的细胞里分泌出来,进行工作。它会使葡萄糖进入身体细胞里,转化成为肝淀粉,贮藏起来。依靠胰岛素,葡萄糖在血液里的含量就能维持相当稳定的水平。
  如果体内的血糖过多,人体又不能产生出胰岛素,或者产生的胰岛素很少,不够用,那会怎样呢?
  就会发生病症,引起身体不舒服,使人不能正常工作。同时,过多的糖分会从小便里不断地排泄出来,这就是一般所说的糖尿病。
  不消说,胰岛素是治疗糖尿病的良药。
  前面谈到,胰岛素是胰脏细胞所产生的。应该指出,并不是一切胰脏细胞都能产生胰岛素。实际上,只有胰脏的胰岛细胞才能产生胰岛素。
  为什么呢?
  科学家发现,只有在那里才有活跃的胰岛素基因,在这种基因的指导下,许多种氨基酸才会彼此连接起来,成为胰岛素。
  人如果得了糖尿病,只有用注射胰岛素的办法来补充。注射用的胰岛素是从大牲口牛、羊、猪等的胰脏里提取出来的,每100千克的原料大约只能生产三四克胰岛素,所以价钱很贵。而且牲口和人究竟不是同种类的动物,所产生的胰岛素虽然功能基本上一样,分子构造却有一些差异,因此注射之后可能会出现某些副作用。如果能够用人的胰岛素来治疗糖尿病,那是最好的了。
  能不能够得到人的胰岛素呢?
  在过去,这只是一种梦想。现在情况不同了:人们可以叫大肠杆菌产生出人的胰岛素。这个工作就要由遗传工程来完成。
  这真是个奇迹啊!让大肠杆菌产生胰岛素的遗传工程是怎样进行的呢?
  首先要得到人的胰岛素基因。人们已经知道。胰岛素是胰脏中的胰岛细胞产生的。在胰岛细胞里一定有激活的胰岛素基因DNA。既然如此,那里就有许多这个基因DNA的副本,也就是胰岛素RNA。
  原来,产生胰岛素的过程可以这样表示:
         胰岛素基因DNA
              ↓(转录)
          胰岛素的RNA
              ↓(翻译)
              胰岛素
  这样,从胰岛细胞里,可以得到许多胰岛素RNA。在一种叫做逆转录酶的作用下,就产生出相应的胰岛素基因了:
         (逆转录酶)
     胰岛素RNA—————→胰岛素DNA
  这个胰岛素DNA就是胰岛素基因。它的分子并不大,因为胰岛素就是一种分子不太大的蛋白质,只含有51个氨基酸。
  有了胰岛素基因以后,下一步要找个基因的运载体,也就是能够运送基因到一定地方去的一种物质。这好比你有了一颗珍珠,要把珍珠送到朋友家里去。你可以自己送去,也可以装在盒子里,让人家捎去。
  要把一个基因送到另一种生物的细胞里去,并不那么简单。因为基因的分子大小,不容易操作,更不容易运送。
  因此,寻找一个适宜的运载体是非常必要的。经过研究,发现细菌的质粒是一种很好的运载体。
  质粒是什么呢?
  质粒也是一个DNA分子,它大半存在于细菌的细胞里,能够跟细菌的细胞和平共处。在许多大肠杆菌的细胞里就经常含有质粒。
  质粒是有一定独立性的DNA分子,它在大肠杆菌里能够利用细菌细胞里的材料,复制自己,由一个质粒变成两个质粒。这就是DNA的自我复制。
  质粒上也含有许多基因。有些质粒的基因有抗药性,能够防止某些抗菌素(例如青霉素)的危害。所以对细菌的生存来说,是有利的。
  质粒的另一个特点是既可以离开细菌的细胞,也可以进入细菌的细胞。这样的来去自由,就使质粒有条件作为基因的运载体,把基因送进细菌的细胞里去了。
  让质粒运送基因,就得把质粒跟所要运送的基因连接在一起,使它们成为一个整体。于是,质粒到哪里,基因也就跟着到哪里了。
  怎样把质粒和基因连接在一起呢?
  质粒和基因都是DNA分子,分子的性质很相似。让一个DNA分子跟另一个DNA分子连接在一起是比较容易进行的。
  一般是用同样的内切酶来处理质粒和基因。经过处理,这两个DNA分子都露出同样的末端。于是,让这两个DNA分子彼此连接起来,成为新的结构。也就是:
         质粒DNA+外来基因DNA
            |经过内切酶处理
       质粒DNA·外来基因DNA
  这种重新组合的DNA,叫做重组DNA。重新组合DNA,就是遗传工程的核心工作。
  下一步工作就是把这个重组DNA放到某种生物的细胞里,让它在那里安家落户。
  重组DNA能够进入植物或动物的细胞里去吗?从原则上讲可以,实际上很难办到。主要因为植物或动物的细胞里一般不含有质粒,所以质粒一般很难进去定居。
  现在比较容易做到的是让重组DNA进入大肠杆菌的细胞里。这因为大肠杆菌的细胞里本来就经常有质粒存在。
  最后使大肠杆菌的细胞把重组的DNA吸收进去,遗传工程的工作就基本上完成了。
  胰岛素基因进到大肠杆菌细胞里以后,能够做些什么事呢?
  如果一切顺利的话,胰岛素基因会跟质粒一起复制自己,增加基因的数量。同时,随着大肠杆菌的细胞分裂,使大部分大肠杆菌的细胞都含有胰岛素基因。
  如果一切顺利的话,胰岛素基因就会发生作用,产生出胰岛素来了。1978年,美国科学家伊太库拉已经取得这一重大的科研成果。
  大肠杆菌产生出人的胰岛素,这不是天下奇闻吗?
  是的,确实是天下奇闻,这是自古以来的第一次。
  千千万万个大肠杆菌的细胞,都变成了制造人胰岛素的小工厂了。这是人类的胜利,科学的胜利!
  是不是一切对人有用的基因都可以运用基因工程的技术来操作呢?
  原则上可以,实际上困难重重,需要进行大量的工作,一个问题一个问题的解决。
  比方说,现在基因工程中取得成绩的都是小的或比较小的基因。分子大的基因就不容易进行操作。
  还有,进入大肠杆菌细胞的外来基因在新的条件下,能够比较正常地工作,有一些就不能正常工作。必须展开新的研究来克服这种情况。
  还有,把对人有用的基因移入植物和动物的细胞里去的研究,目前正在进行,还没有得到成功。如果成功了,就可以把固氮细菌的固氮基因,移入水稻、小麦或其他谷类作物的细胞里去。
  固氮基因能够产生固氮酶,利用固氮酶,就可以把空气中的大量的氮气转化成含氮的肥料。如果运用基因工程,使谷类作物自己能够固氮,我们就不必设立那么多的化肥厂了,不但节省了资金,还可以使环境避免污染。
  虽说万事起头难,基因工程一开始就取得了令人注目的一些成就,生产出对人有用的许多化学制品和药品。
  胰岛素是一个。
  生长素是另一个。生长素也是一种激素,在它的作用下,动物和人就能够正常生长。
  侏儒是人体内生长素分泌不足的结果。而巨人是人体内生长素分泌过多的缘故。
  干扰素又是另一个。它是对付病毒和某些癌症的有效药物。
  1983年,科学家成功地进行了一项遗传工程:把大家鼠的生长素基因和质粒结合,注射给小家鼠的受精卵细胞核里。结果小家鼠长成巨型小家鼠。由此说明许多经济动物的遗传性可以加快改造,更好地为人类服务。
  一句话,遗传工程这个崭新的遗传学技术,有强大的生命力。随着科学研究的进一步发展,它能够做出现在还只能设想的许多大事业来。

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