交叉學科

學科交叉逐漸形成一批交叉學科,如化學與物理學的交叉形成了物理化學和化學物理學,化學與生物學的交叉形成了生物化學和化學生物學,物理學與生物學交叉形成了生物物理學等。這些交叉學科的不斷發展大大地推動了科學的進步,因此學科交叉研究體現了科學向綜合性發展的趨勢。科學上的新理論、新發明的產生,新的工程技術的出現,經常是在學科的邊緣或交叉點上,重視交叉學科將使科學本身向著更深層次和更高水平發展,這是符合自然界存在的客觀規律的。

激光鑽牙機

激光鑽牙機是德國研製的一種新型鑽牙機。它利用極細的激光束取代使患者望而生畏的鑽牙機鑽頭,它能無痛地在牙齒上鑽孔,當激光束靠近牙神經時,患者隻感覺到像用針輕輕地接觸一下,因此不必要注射麻醉、止痛藥物。它不會使牙齒受到損傷,能十分準確地清除齲齒以及已損壞的鑲補物。此外,還適於用來治療牙周病和預防牙齒蛀蝕。

激光清除燒傷組織

激光可用於燒傷病人壞死組織的清除,且具有比傳統外科手術更快更準的優點,能減輕傷者所受的劇痛。醫生往往要見到切割部位開始出血時才能知道觸及到了完好組織,因為被燒壞的組織是不會出血的。而激光清創術則是用一台250瓦的二氧化碳激光器把壞死組織燒掉,同時用一隻真空泵將殘餘物清除,這種方法盡管仍會引起疼痛,但比用解剖刀來切割要快得多,而且也更為準確,激光清除方法也有利於傷口的愈合,因為它不會像常規手術那樣把完好的皮膚也切掉。激光清創術所用的激光器由電腦控製,其光束為一組平行線即“光柵”,類似於電子束在快速掃描電視屏幕產生圖像時運行的形式。激光光束強度極高,如果用它聚射10秒鍾,就能在5毫米厚的鋼板上燒出一個洞來,所以使用時須嚴格控製,不過,電腦能保證它最多隻會掀掉一層很薄的完好組織,約150微米,還沒有洋蔥皮那麼厚。

計算機輔助蛋白質設計

計算機輔助蛋白質設計(CAPD)是指在蛋白質工程中,應用計算機技術,通過對已知的蛋白質順序、分子構象、結構與功能關係等數據的分機處理,預測和評估蛋白質改造中各種方案,做出最佳選擇,具體地講,是蛋白質工程中蛋白質設計的軟件的研究。

CAPD研究的內容也就是應用軟件的開發,包括數據分析處理算法的研究,蛋白質設計模擬模型的建立以及計算機程序編寫和軟件可用性的研究。20世紀70年代以來,隨著計算機技術的發展和蛋白質順序、結構等方麵數據的積累以及蛋白質工程的崛起,CAPD技術才有了迅猛的發展。目前,許多CAPD軟件已進入應用,CAPD技術日趨成熟。

CAPD在蛋白質設計中具有許多優越性:CAPD能夠分析各種改造方案,其容量和速度是人力所不能及的。CAPD能夠對各種改造方案做出比較、評估,當我們選擇的標準和積累的數據更準、更多時,CAPD對各種方案的預測也更加準確,其應用潛力也就越大。

基因工程專利法

活的生物有機體可以構成一項專利,這是1980年在美國最高法院,以極其微弱的多數(5∶4)通過的一項法令。這項法令為商業企業更多地參與遺傳工程開辟了道路,使企業的遺傳工程研究工作能如同藥品和化學品一樣得到專利的保護。由斯坦利·科恩和赫伯特·博耶發展起來的,在大多數遺傳工程工作中得到廣泛應用的技術,亦被立法為專利。由此斯坦福大學和舊金山的加利福尼亞大學,將獲得執照費和從在市場銷售的全部遺傳工程產品中獲得專利權稅。直到專利權受到懷疑時,這種收入才會停止。

基因工程公司

20世紀70年代初,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克裏克發現了DNA的雙螺旋結構後,美國加利福尼亞大學分子生物學家赫伯特·博耶與斯坦利·科恩及其同事利用重組DNA技術從哺乳動物基因組中切割了一個基因,將它植入大腸杆菌獲得成功。這一突破意味著可以克隆動物基因,對它們進行細致的研究。同時,也意味著可以從遺傳方麵給細菌“編製程序”生產蛋白質。風險投資家鮑勃·斯旺森抓住這個機遇,說服博耶成立世界上第一家利用重組DNA技術製造蛋白質用於治療人體疾病的遺傳技術公司,從此,生物工程的產業化誕生了。

“基因槍”

基因槍的結構和一般軍事上的槍十分相似,槍的固定封閉式彈膛裏有一特殊金屬板,板上有一微孔。基因槍用火藥推動一個裝載包著遺傳物質(外源“目的基因”)鎢粒子的塑料彈丸。彈膛裏的金屬板能阻止彈丸的塑料部分進入,但帶有外源基因的微粒卻可以通過微孔,進入緊貼金屬板的植物組織或細胞中。鎢微粒的直徑為千分之一微米,發射初速度為每小時1.6千米。基因槍有許多優點:首先,它能把外源基因導入從酵母到高等植物甚至高等動物的細胞內。這是其他任何方法所不能的。其次,成功率高,穩定性好。而其他方法由於載體的存在,往往會出現一些研究者不想要,但又無法避免的變異。第三,基因槍可以把外源基因直接導入完整的細胞(帶有細胞壁),不需要去壁(得到原生質體)就能進行,手續上要方便得多。雖然,問世不久的基因槍在許多方麵都有待繼續完善,如高速微粒速度和方向的控製,以及應用於不同對象時合適的加速係統等,但基因槍不失為一種有力的新武器。

基因工程和工具酶

隨著DNA的內部結構和遺傳機製的秘密一點一點被揭開,特別是了解到遺傳密碼是由信使RNA轉錄表達以後,生物學家不再僅僅滿足於探索、揭示生物遺傳的秘密,而開始躍躍欲試,想從分子的水平去幹預生物的遺傳。按照人的意願,由重新組裝基因到新生物產生的科學技術就叫“基因工程”,或者叫“遺傳工程”。這與過去培育生物繁殖後代的傳統做法完全不同,它很像技術科學的工程設計,按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”、“組裝”成新的基因組合,創造出新的生物。

1971年,美國微生物學家內森斯和史密斯在細胞中發現了一種“限製性核酸內切酶”,這種酶能在DNA上核苷酸的特定連接處以特定的方式把DNA雙鏈切開。此外,他們又發現了另一種“DNA連接酶”,這種酶能把二股DNA重新連接起來,從而為幹預生物體的遺傳物質,改造生物體的遺傳特性,直至創造新生命類型提供了必要的手段和工具。

由於早在1965年,瑞士分子生物學家阿爾伯提出存在限製性內切酶的假說,所以阿爾伯、史密斯和內森斯共享了1978年諾貝爾生理和醫學獎。