人造生命
從其他生命體中提取基因,建立新染色體,隨後將其嵌入已經被剔除了遺傳密碼的細胞之中,最終由這些人工染色體控製這個細胞,發育變成新的生命體。北京時間2007年10月8日,美國科學家克雷格·文特爾表示,他目前已經在實驗室成功地製造出一個合成的人造染色體,這就意味著人類曆史上的首個人造生命形態即將正式誕生。
人類基因圖譜
1996年3月,法國一個科學家小組發表了一個全麵的基因圖譜,該圖譜能夠對開發許多病症(從學習低能到精神分裂症)的診斷試劑和治療方法作出貢獻。還有一些與遺傳基因有關的所謂常見病,例如,糖尿病、牛皮癬、精神病和心血管病等都將從這個圖譜獲得診治的線索,使科學家們能夠確定200多種疾病主要是罕見疾病所涉及的223個基因和鑒別30個致病基因突變。基因圖譜包含5264個遺傳標誌物,比人類基因組項目創始人在1990年建立這個項目時所希望的密度要大得多。這項成果在人類基因研究方麵取得一個新的進展。該科學家小組的研究是全球為期15年了解整個人類遺傳基礎的人類基因組計劃的一部分,開始於大約5年前,這項研究工作將進入第二階段,在此階段內,科學家們將開始確定每一個人類基因的序列。
法國人類基因組和遺傳病研究中心在巴黎舉行的一個記者招待會上發表的聲明說:“遺傳標誌物是確定基因位置的一個無比精確的工具。”
人工酶與限製酶
生物體內的天然酶都是由幾百個氨基酸分子組成的蛋白質。酶所以有那麼強的催化作用,跟它特有的結構有關。酶有一個活化中心,即它的催化基因。在化學反應中,催化基因處在兩個底物小分子中間,把兩個小分子緊緊地拉在周圍,使它們結合起來。這就好比一個大人的兩隻手拉住兩個小孩使他們親近。酶的這種作用能大大加速生物化學反應。
在細菌內存在的一類能識別並水解外源DNA限製性內切酶,它具有極好的專一性,能識別DNA上的特定位點,將DNA的兩條鏈都切斷,形成黏性末端或平末端。DNA經限製酶切割後產生的具有堿基互補單鏈的末端稱為黏性末端。限製酶的生物學功能在於降解外麵侵入的DNA而不降解自身細胞中的DNA,因自身DNA的酶切位點經修飾酶的甲基化修飾而受到保護。限製酶較為穩定,常用的約100多種並已轉化為商品。限製酶在分析染色體結構、製作DNA的限製酶圖譜、測定較長DNA序列以及基因的分離、基因的體外重組等研究中是不可缺少的重要工具酶。
人造心瓣膜
心瓣有病就必須置換或修複,生命所依賴的充氣血液才能順利通過心瓣膜進入心髒,然後送到全身。第一個可靠的人工心瓣,在1961年由美國俄勒岡州波特蘭的外科醫生史塔爾和他的合作者愛德華斯發明,是裝在不鏽鋼罩中的塑料球。這種心瓣已在許多人身上使用。專家也試過其他材料,如病人自己的腱、別的病人的心瓣和動物的心瓣,但沒有一種比史塔爾和愛德華斯發明的人工心瓣膜更好。
人腦內移植手術
帕金森氏綜合症的病因就在於缺乏一種能在神經細胞間傳遞興奮的化學物質多巴胺。患者絕大多數是50歲以上的老年人。患者的主要症狀是四肢僵直逐漸加重、顏麵表情消失、兩手顫抖、步履蹣跚。重病人甚至出現吞咽和語言困難。
手術是在全身麻醉下進行的。首先由外科醫生切開患者的後背取出約2/3的一側腎上腺。繼而以奧爾遜、格納西奧、麥德拉佐為首的墨西哥醫務小組,為一位50歲的男性和一位35歲的女性帕金森氏病患者,成功地進行了腦內移植術。1986年9月27日,中國首例腦內移植手術在北京宣武醫院獲得成功,是繼瑞典、墨西哥之後,在臨床上開展腦內移植手術的第三個國家。
人工腎髒
1943年,荷蘭醫生科爾夫製成了第一個人工腎髒,首次以機器代替人體的重要器官。病人的血液流過機內一個槽,內有一個用膠膜包著木框製成的過濾器的水槽。血液內的有毒物質能透過膠膜滲濾過去,血球和蛋白質則不能通過。這台機器可暫時代替人體腎髒的功能,讓損壞的腎髒康複。
直到1960年,才能為病人長期進行定時血液透析治療。美國外科醫生斯克裏布納發明了一種塑料的連接器,可以永久裝進病人前臂,連接動脈和靜脈;人造腎髒極易與之相連且不會損傷血管。這樣,病人可進行長期定時液透析治療。幾年之內,千萬名腎病患者利用人工腎髒進行透析治療,每星期三次,每次10至12小時,賴以維持生命。很多病人接受訓練後,可在家進行透析,這大大方便了病人的治療。
人工種子
科學家們從植物細胞具有“全能性”這個基本理論出發,在組織培養技術的基礎上發明了人工種子技術。
人工種子由體細胞胚、人工胚乳和人工種皮三個部分組成。人造種子有許多優點。
(1)它解決了有些作物品種繁殖能力差,結籽困難或發芽率低等問題;有利於保持雜種一代高產優勢,防止第二代退化;使像無籽西瓜一類的不育良種得以迅速推廣等。
(2)人工種子可以工業化生產,提高農業的自動化程序。
(3)隨著包膜技術的改進,人造種皮中可以添加各種附加成分,如固氮細菌、防病蟲藥劑、除草劑和肥料等,因此有利於培育壯苗、健苗,使作物穩產高產。同時,不管哪種作物都可以做成大小一致的種子,有利於農業機械通用化。
(4)節約糧食。以胡蘿卜為例,一個12升的發酵罐在20天內生產的體細胞胚可製成1 000萬粒人工種子,可供種植600多萬平方米耕地。中國每年全國農作物用種量150多億千克,如果用人工種子等於增加上億畝耕地。
人工合成基因
質粒是細菌體內比染色體更小的環形DNA。這種環狀DNA(質粒)上隻有幾個基因能自由進出細菌的細胞。1973年,美國斯坦福大學教授科恩從大腸杆菌裏取出兩種不同的質粒。科恩把這兩種各自具有一個抗藥基因,分別對抗不同的藥物質粒上的不同抗藥基因“裁剪”下來,再把這兩個基因“拚接”成一個叫“雜合質粒”的新的質粒。當這種“雜合質粒”進入大腸杆菌體內後,這些大腸杆菌就能抵抗兩種藥物了,而且這種大腸杆菌的後代都具有雙重抗藥性,這表示“雜合質粒”在大腸杆菌的細胞分裂時也能自我複製了。盡管這種雙抗藥性的大腸杆菌對人類沒什麼用處,但它卻標誌著基因工程的首次勝利。
1977年,美國加利福尼亞大學的博耶,用化學方法合成了人生長激素抑製因子的基因。人生長激素抑製因子是人腦、腸管、胰腺中分泌出來的一種神經激素,它能抑製甲狀腺刺激激素,促胃液素、胰島素和胰高血糖素的分泌,對肢端肥大症、急性胰腺炎和糖尿病等多種疾病都有醫療價值。之後,博耶將這個人工合成的基因與大腸杆菌質粒重組,重組DNA在質粒運載下順利地進入大腸杆菌,這個人工合成的基因在大腸杆菌中為博耶製造出5毫克人的生長激素抑製因子。這5毫克生長激素抑製因子可以說是人造基因獻給博耶的厚禮。如果用傳統的辦法從綿羊中提取5毫克生長激素抑製因子,那就要有50萬個綿羊腦袋。