第3章 DNA分子半保留複製模型(1 / 3)

基因工程和試管生命

人類經過長時間的研究,終於掌握了遺傳的秘密,在這種情況下人們希望能夠創造新生命,於是,用人工方法將甲生物的基因與乙生物的基因重新組成一體,從而達到創造新生命的目的。這就是DNA重組,也叫基因工程,它是在分子水平上進行的,通過四個步驟就可以完成基因重組。

第一步,製備所需要的基因。我們稱之為目的基因。它含有全套的遺傳信息。DNA分子包含的基因非常多,但在細胞內的含量很少,要製備起來並不是件容易的事。好在生物學家經過了無數次的摸索與嚐試,找到了一些行之有效的方法,如超速離心法、噬菌體攝取法、反錄酶法、分子雜交法、霰彈槍法、合成法等。根據製備的基因的不同,采用不同的方法,就能夠得到預想的目的基因。

第二步,體外重組DNA。首先要選好適合運送目的基因的車子——載體,然後在生物體外使目的基因的片斷與載體的DNA結合起來,形成雜合子,有點像把東西綁到小車上。為此,要用限製內切酶在特定的切點上,把載體的DNA分子切開,再用DNA連接酶把目的基因與載體DNA切斷處連接起來,形成一個完整的DNA雜合子。

第三步是基因轉移。就是將DNA雜合子,向已經選定的生物受體細胞(或叫宿主細胞、寄主細胞)中轉移,讓重組的DNA雜合子在受體細胞中自主複製、轉錄、翻譯得以表達。

第四步,篩選。引入受體細胞中的DNA雜合子,屬於外源性DNA分子,不一定受歡迎,並且被排擠的占多數,隻有少數分子才可能立穩腳根,落地開花。這就需要篩選,把受排擠的老老實實取回來,隻留下那些成功的淘金者,把所攜帶的遺傳信息表達出來(指導蛋白質的合成),受體細胞就有了新的遺傳性狀。這就達到了改變生物的遺傳特性或者製造出某種新的生命類型的遺傳工程的預期目的。

1977年,美國加州的科學家將生長激素放射抑製因子的基因轉入大腸杆菌,在大腸杆菌培養液中,生產出了這種由14種氨基酸組成的多肽激素。僅僅用了9升培養液,就提取到了5毫克激素。這相當於從50萬隻羊的下丘腦中,所能提取到的激素量的總和。1979年,美國又采用細菌生產人的胰島素,來供給醫治糖尿病的需要。他們用基因工程把人的胰島素導入大腸杆菌,用幾千克培養大腸杆菌的發酵液,就生產出了3~4克胰島素,相當於過去從100千克家畜的胰髒中提取的數量,而且生產過程簡單,操作容易,從中可見基因工程的妙處。

DNA技術難度較大的是體外重組,不易掌握,而細胞融合的方法也能使遺傳基因重組和變異,也能創造新種,所以已被大量采用。1975年英國劍橋大學的科學家米爾斯坦因和科勒,首次成功地提練出了單克隆抗體。克隆是從英文“Clone”一詞音譯來的;原意是無性繁殖。他們將腫瘤細胞與淋巴細胞融合形成雜交瘤細胞。這種雜交瘤細胞擁有兩種親代細胞的特性,不但能活躍地生長,又有不斷分泌特異抗性抗體的功能。過去常規方法都是由血清中提取抗體,用這種方法提取出的抗體,是一種多抗體的混合物,故稱之為“多克隆抗體”。而用雜交瘤細胞生產抗體,一種雜交瘤細胞隻能產生具有一種特異性的抗體,因而稱之為“單克隆抗體”。

1975年,美國哈爾森等人用兩種野生的同屬異種的綠色煙草和郎氏煙草的葉片細胞,溶解掉細胞壁後,分離出原生質體並將其融合在一起,將形成的這個雜交細胞,成功地培育了新的煙草植株。這種新煙草具有兩種野生煙草親本的特性。由於體細胞雜交不是由性細胞的融合而實現的,因此是“無性雜交”。無性雜交生成的雜交細胞就是超性雜種。

種間細胞融合的技術,能夠在植物與植物之間,動物與動物之間,微生物與微生物之間進行遠緣雜交,還可以在動物與植物與微生物之間進行細胞融合,形成雜交物種。在科學家的實驗室裏,你現在就可以看到一些怪模怪樣的雜種,如土豆-蕃茄,山綿羊,大豆-煙草,芹菜-胡蘿卜等等以前不敢想象的動植物。