科學家研製抗生素新品種,必須確保抗生素既殺死細菌,又不傷及人體組織,否則會引起腹瀉、暈眩等副作用。人們盡量使抗生素隻殺死某些細菌,但有些抗生素也會把一些人體所需的細菌殺死;這些細菌本來能夠抑製有害微生物的生長,一旦被消滅,病人可能受到繼發感染。舉例來說,青黴素往往會殺死對抗念珠菌的細菌,而念珠菌會引起鵝口瘡、陰道炎、皮膚炎等病。科學家最感頭痛的,是細菌會不斷演化,作出適應性改變,產生抗藥性。
抗生素與抗菌素
抗生素與抗菌素,它們的原文都是antibiotics。由於“anti”的含義為“抗”,而“bio”的含義為“生物”,故譯為抗生素。廣義抗生素應是“生物在其生命活動過程中產生的(用化學或生物學方法所衍生的)極微量即具有選擇性地抑製其他生物生理活性的一類化學物質”。而狹義上、習慣上所指抗生素係指“由微生物產生的,極微量即具有選擇性地抑製其他微生物或癌細胞的化學物質”。這個名詞最早由瓦克斯曼提出,但當時人們對抗生素的認識就局限在抗菌作用。1958年將抗生素改譯為抗菌素。隨著抗生素科學的迅速發展,它的作用範圍已遠遠超出抗菌範圍,如絲裂黴素、放線菌素D等可用於抗腫瘤,再如殺粉蝶菌素對鱗翅目幼蟲有殺滅作用,還發現有些抗生素尚有強心、降血壓、降膽固醇等作用。
克隆風波
喬治·華盛頓大學試管授精和人科學實驗室是從17個各含2~8個細胞的人類胚胎入手,進行的人類胚胎克隆實驗的。
研究人員從胚胎中分離出細胞,然後在細胞表麵塗上一層凍膠狀物質,以模擬天然人體結構為胚胎提供營養。這些細胞分裂,形成8個新的胚胎。雙細胞的胚胎在實驗結束之前已發育成2個細胞的胚胎。32個細胞的胚胎通常可用於試管授精。
盡管喬治·華盛頓大學的克隆研究並未能發育“成為完完全全的人的胚胎”,但這個思路會導致出現“令人不寒而栗”的可能性,即批量生產人或任意製造完全一樣的雙胞胎以備器官移植用。
科學家破譯生命天書
遺傳學由於破譯了人類部分基因組而發生革命性的變化。決定一個人長成什麼樣子的生命藍圖就存儲在受精卵的脫氧核糖核酸中,它攜帶著決定蛋白質結構的遺傳信息——基因,這些基因按一定順序排列。人體每一個細胞中的基因都排列在緊密纏繞在一起的脫氧核糖核酸“細線”上,進而組成一對對的染色體。基因是生命發育過程中的“指示”或“命令”,它可以說明為什麼一個人的外貌和舉止與別人不同,還可以說明為什麼有些人易生病。
國際人類基因組計劃是人類首次全麵、係統地研究人類遺傳物質DNA的一項國際合作公益計劃。它的核心內容是,測定人類基因組的全部DNA序列,從而獲得人類最基本的生物學信息,成果將由全人類自由分享,是21世紀生命科學的基礎和先導。
目前由英國劍橋大學、日本慶應大學、東海大學醫學院、美國的華盛頓大學和世界各地的幾十個實驗室的上百名科學家們組成的這個設備一流、人員一流的“人類基因組計劃”國際小組,力圖揭示和繪製人體10萬個基因,30億個堿基對圖譜。他們很快就能將人類全部基因的排列搞清楚,到時會將關於人類所有DNA的完整資料在因特網上予以公布,建立起完整的遺傳信息庫。整個人類基因組工程一旦全部完成,就將成為有史以來科學研究領域中取得的最重大的成就之一。它是一份描述人類自身的說明書,是一本完整地講述人體構造和運轉情況的指南。屆時,危害人類健康的5 000多種遺傳病以及與遺傳密切相關的癌症、心血管疾病、關節炎、糖尿病、高血壓、阿耳茨海默氏症以及多發性硬化症和精神病等,都可以得到診斷和治療。遺傳學領域的這一新突破幾乎肯定會在21世紀引發一場醫學革命,這項發現的重要程度超過了第一顆原子彈爆炸和人類登上月球。
窺視基因的顯微鏡
1996年,瑞士人弗雷德裏克·岑豪森研製成功的一台名叫SIAM(掃描幹擾無孔顯微鏡)的顯微鏡分辨率達到了1納米(10米),比理論所預計的高出了450倍。到目前為止,人們認為視覺係統的分辨率直接同光波的長度有關。可見光的波長在0.45微米~0.75微米之間。因此,它的分辨率不能低於450納米。SIAM擺脫了波長的限製。研製該儀器所使用的技術使人聯想起全息照相術:圖像不是直接觀察到的,而是通過對光束反射的分析“複製”出來的。SIAM可以對不導電的標本進行分析。一些隧道效應顯微鏡也可以達到和SIAM差不多的清晰度,但是它們必須建立在有電流通過的基礎上(首先必須使標本能夠導電)。利用SIAM,可對活體標本切片進行研究,避免了由於使用物理化學處理方法而使切片受到破壞的危險。
另外,通過改變激光的波長(顏色),人們還可以獲得一些關於被分析標本的成分的補充信息。每個分子都可以識別出來。在這一點上,利用SIAM最有發展前途的領域是人類基因圖譜的繪製。這種顯微鏡可以大大提高遺傳學家的工作效率,他們還可以把它變成診斷遺傳病的工具。它也應該可以迅速地檢查基因治療的效果。在技術領域,SIAM的另一個引人注目的用途是儲存數據。利用這種方法,有可能把100張隻讀光盤上的內容儲存到一張同樣規格的光盤上。
卡介苗
卡介苗是由法國細菌學家卡爾美和介林首先發明的。為紀念這兩位先驅者的功績,稱他們製成的菌苗為卡介苗。他們於1902年開始用牛乳癰膿腫內分離出的牛型結核菌接種、培養傳代。至1920年,他們把傳代至231代的菌苗接種各種動物,證明能夠產生對結核感染的免疫。1921年即進行人體試種,獲得良好的效果。世界各國的卡介苗菌全從法國巴斯德研究所引進,引進的方法不同,有的直接引進,有的間接引進,但經各研究室傳代保存以後,菌苗有變異,形成許多亞株。卡介苗係活菌苗,一定量苗液中須含有相當量的活菌數才有預防效果,中國製品為每毫克卡介苗含活菌數1000萬以上,可在冰箱存放42天,溫度過高,菌數下降影響效果。現多采用製成的菌苗加入保護劑後於-30℃下真空幹燥,封口保存,這樣有效期可延長為一年。
咖啡與血型轉變
所有的紅血球表麵都呈現糖分子鏈結構。它們由基糖分子和依附在上麵的糖分子組成。這些位於末端的殘餘糖分子決定血型。A型血是乙酰半乳糖胺;B型血是半乳糖;AB型血的紅細胞兼有這兩種糖鏈;O型血隻有基鏈。輸血時不同血型不相容,原因就在於抗體附著在異體血球的殘餘糖分子上,血細胞黏住便破裂。相反,並不存在向著基鏈的抗體。因此,O型血在輸血時可以通用。由於血庫的血保存時間有限,每年都有相當數量捐獻的血白白浪費。因此,把各種血型轉變成O型,是輸血研究中的重要課題。一些研究小組最近又向著這個目標前進了一步。美國紐約林斯利—金博爾研究所的傑克·戈爾斯坦和他手下的工作人員成功地從咖啡豆中分離出一種酶,能將末端的半乳糖同基鏈分開。這樣,B型血中紅血球就變成了O型。他們起初是從試管中做這種酶的試驗,發現血細胞的膜片沒有受到損害,新陳代謝也未受影響。在第一階段臨床試驗中,給自願接受試驗的健康人輸送用咖啡豆酶處理過的B型血。雖然發現一些人身上B抗體增高,但“異體的”紅血球在所有人身上都能存活,完成輸氧任務。在第二階段,對苦於紅血球數量減少的病人做此試驗。同醫學研究的許多方麵一樣,生物工程也進入了這一領域,並且證明大為有益。處理一袋庫存血(相當於半升血)戈爾斯坦需要用9.09千克~18.18千克咖啡豆分解的酶。僅美國每年便需要大約1 100萬袋庫存血。因此,研究人員把咖啡豆的基因分離出來,然後輸入細菌中,這樣,細菌便能製造隨意數量的純產品。LLL
聯會複合體
聯會複合體是減數分裂合線期兩條同源染色體之間形成的一種結構,它與染色體的配對、交換和分離密切相關。
“垃圾”基因
在人類細胞中由包含一係列堿基對,能編譯密碼、製造細胞蛋白的基因組成的DNA隻占3%,另外97%的基因,在製造蛋白質方麵看來好像不起什麼作用。多數分子生物學家把它們叫做“垃圾”,即不編密碼的。然而20世紀90年代中期,分子生物學家的研究發現,所有的DNA都有一種語言的味道:分子中的每4種堿基對必定組成4個字母,由此構成長長的文字係列。
編譯出基因中信息的DNA係列,被稱為生命的語言。一群研究人員現在探究這個傳統的比喻,把“生命的語言”逐字表達出來,讓編密碼的DNA和不編密碼的DNA通過一係列語言的測試。
令人驚訝的是,測試的結果,那些不編密碼的DNA顯示的文字,其構造竟同天然的語言十分相似。反之,編密碼的一組卻完全不像天然的語言。
兩顆心髒的人
1978年10月,法國阿爾努—詹克研究所的心髒專家們以“用兩顆心髒活著的人”這件奇事轟動了整個法國的醫學界。接受手術的是48歲的法國商人皮埃爾·昂薩多,他患有嚴重的心髒病,由於當時種種原因,這位商人住在醫院裏痛苦地等待慢慢地死去。專家們將因一次意外的車禍早早地離開了人世的一個年僅15歲少年的心髒移植給皮埃爾·昂薩多。新植入的心髒同有病的心髒是並聯的,但有病的心髒隻擔負正常“工作”的15%,而新植入的心髒則挑起了這位商人的生命的“重擔”。手術後幾個月,這位病人恢複了正常人一樣的生活。同時,用兩顆心髒活著的人這一消息也傳遍了世界。
綠色汽油
乙醇,就是我們通常說的酒精。純乙醇的沸點為78.5℃,很容易燃燒,在世界麵臨能源危機的今天,開發利用乙醇作動力燃料,正受到人們越來越多的關注。
生產乙醇的主角是大名鼎鼎的酵母菌。它能夠在缺氧的條件下,開動體內的一套特殊裝置——酶係統,把碳水化合物轉變成乙醇。近些年來人們又陸續發現,微生物王國中能夠製造乙醇的菌種還不少,比如有一種叫酵單孢菌的,它的本領比酵母菌還高,不僅發酵速度快,生產效率高,而且能更充分地利用原料,產出的乙醇要比酵母菌高出8倍多,很可能是更為理想的乙醇製造者。
在相當長的一段時間裏,用來生產乙醇的原料主要是甘蔗、甜菜、甜高粱等糖料作物和木薯、馬鈴薯、玉米等澱粉作物,現在人們找到了一種廉價的原料,這就是纖維素。
纖維素也是碳水化合物,而且在自然界裏大量存在,許多綠色植物及其副產品,如樹枝樹葉,稻草糠殼,等等。幾乎有一半是纖維素,用它們作原料可以說是取之不盡,用之不竭。當然,用纖維素作原料對酵母菌來說,將發生極大的困難,也就是說很難施展它的發酵本領。不過有辦法,人們早就從牛、羊等牲畜所以能吸收纖維素的研究中發現,微生物中的球菌、杆菌、黏菌和一些真菌、放線菌,會分泌出一種能催化纖維素分解的酶,叫纖維素酶。用這種纖維素酶先把纖維素分解成單個葡萄糖分子,然後酵母菌就能把葡萄糖發酵變成乙醇。更令人讚歎不已的是,有一種叫嗜熱梭菌的微生物,它們居然能一邊“吃”纖維素,一邊就“拉”出乙醇來,那就更簡單了。在日本和韓國等地,利用木黴和酵母菌協同作戰,也成功地用纖維素生產出了乙醇。
利用纖維素作原料生產乙醇,為乙醇登上新能源的寶座鋪平了道路。由於這些原料都來自綠色植物,所以有人把乙醇稱為綠色的汽油。