章節5
基因工程菌
糖尿病是患者胰髒的胰島細胞不能分泌胰島素，血糖過高而致。糖尿病患者的死亡率僅次於癌症和心髒病。全世界約有6 000萬糖尿病患者。
科學家們把人的胰島素基因送到大腸杆菌的細胞裏，讓胰島素基因和大腸杆菌的遺傳物質相結合。人的胰島素基因在大腸杆菌的細胞裏指揮著大腸杆菌生產出了人的胰島素。並隨著它的繁殖，胰島素基因也一代代的傳了下去，後代的大腸杆菌也能生產胰島素了。這種帶上了人工給予的新的遺傳性狀的細菌，被稱為基因工程菌。
帶有人的胰島素基因的基因工程菌放到大型的發酵罐裏，給它提供合適的條件和營養物質，進行人工培養，可以大量繁殖，生產出大量的人胰島素。大腸杆菌就成為生產胰島素的“活工廠”。1981年，人胰島素基因產品已投入市場，解決了胰島素藥源不足的問題。
基因嵌入技術
基因嵌入又稱基因置換，它是利用內源基因序列兩側或外麵的斷裂點，用同源序列的目的基因整個置換內源基因。
基因工程
所謂基因工程，就是根據人類的需要，將某種基因有計劃地移植到另一種生物中去的新技術。基因工程是人工創造新物種的有效途徑，在這個工程中，微生物有著很大的用途。
科學家發現，微生物可以作為基因的供體，把它的優良性狀提供給其他生物；也可以作為基因的載體，把一個生物的優良性狀攜帶給另一個生物。還可以作為基因的受體，接受別的生物的基因，並在細胞內複製和表達。我們已經知道，微生物具有繁殖快，容易實現工廠化生產等優點，如果把植物或動物的基因移植到微生物中去，就可以多快好省地生產生物製品。微生物在基因工程中大有作為。它將為人類創造許多新的財富，它將為人類治愈一些不治之症，它也將為農業生產展示光輝的前景。
基因療法
1990年9月14日，一名4歲的小女孩在美國馬裏蘭州貝塞斯達市的美國國立衛生研究所的醫療中心接受基因療法。這個4歲的孩子由於遺傳基因有缺陷，以致自身不能生產腺苷脫氨酶，削弱了她對疾病的抵抗力。自從出生以來，她幾乎每天都遭受疾病感染的折磨，隻能生活在無菌的隔離帳內。
醫生以滴注法將一種含有這個女孩自己的白血球的灰色溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。這種白血球都已經過改造，她從遺傳得來的有缺陷的基因已經被健康的基因所替代。
整個滴注隻花了28分鍾，但這一過程卻標誌了人類醫學史上一個具有深遠影響的“基因療法”在人體上的實驗已經開始。這個小女孩成為世界上第一個接受這種實驗性基因療法的病人。
輸液以後所作的試驗表明，她已經首次能產生數量可以觀測到的腺苷脫氨酶。基因療法後，她隻患過一次傷風，身體已得到很大改善，甚至能夠離開家去溜冰。她終於可以生活在自然環境裏了。醫生說，這種療法幾乎沒有顯示出什麼副作用。
基因療法的應用，被美聯社評選為1991年10項最大的科學成就之一。
精神病手術療法
安東尼奧·德·莫尼茨，葡萄牙精神病理學家、政治家，現代精神病外科學的創始人。他從1927年至1937年整整花了10年的時間潛心鑽研腦神經病理學，創建了腦血管照相術、腦血管造影術。從頸動脈注射一種顯影劑，使腦血液循環在X光下清晰地顯示出來，然後進行X光投影照相，醫師便可根據血管形態及位置變化對顱內病變作出診斷。這項技術一直延用至今，是神經科診斷大腦疾病的常規診斷方法。
在這期間，莫尼茨通過反複實踐認識到某些精神病患者，尤其是衰退性精神分裂症和嚴重的偏執狂，以反複思考作為心理過程的主導形式。同時觀察到當大腦額葉前部由於槍傷或神經瘤遭到損傷時，病人的精神狀態會發生明顯的改變，於是他推論出：切斷據認為與心理反應有密切關係的前額葉與丘腦間的神經纖維，可使異常的思維活動轉為正常。1936年，在助手利馬（Lima．A）的合作下，莫尼茨進行了額葉前部大腦白質切斷術。這是為治療精神病患者而進行的第一次人的大腦手術。這種手術能有效地治療某些頑固性精神病，減輕精神病患者的痛苦，曾在世界上一度被推廣。1949年，莫尼茨與赫斯分享諾貝爾生理學和醫學獎金。
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。
基因直接導入
意大利科學家斯巴達佛拉把洗滌過的老鼠精液注入含有異體DNA的液體中，大量的異體DNA在15～30分鍾內被吸附在老鼠精子的頸部，隨後與精子中的DNA緊密地結合在一起。他把這些精子跟試管中的雌鼠卵結合後得到的受精卵植入雌鼠子宮，結果，生下的新一代鼠具有異體的遺傳特性。這項動物試驗結果，不僅使科學界震驚，而且給動物新品種培育帶來無限希望。美國《紐約時報》把這個發現稱做生物學上的重要裏程碑。其實，這一結果也僅僅是中國學者周光宇教授的“分子片段雜交”理論在動物上的具體體現而已，真正的裏程碑奠基人應是周光宇。
基因導入技術
基因導入技術就是將外源基因注入性細胞或胚胎，以改進家畜基因組型，培育具有新的性狀的仔畜。1982年，美國4個實驗室把大鼠的生長激素基因，注射到小鼠的受精卵內，培育出轉基因，結果小鼠生長加快，體重相當於原種小鼠的兩倍，被叫做“超級小鼠”。它所具有的新性狀，還可以遺傳給後代。1983年，英國劍橋大學的科研人員首先將山羊和綿羊雜交成功，這種山綿羊，頭上長有山羊角，身體長得又如綿羊，但這種山綿羊和騾子一樣，不能繁衍後代。各國的科學家們寄希望用這項技術培育出“超級家畜”或某些“微型動物”，以適應人們各種不同的需要。