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。

除人生長激素抑製因子外,還有如胰島素、幹擾素等,也已可以用基因工程的方法獲得。用基因工程創造新生物的最大優越性是可以在短期內培育出新的生物類型,而且可以由基因工程創造的新生物生產人們期望的生物產品。

人造肝髒

人造肝髒是一種圓錐形物體,由塑料製成,長約50厘米,直徑10厘米。圓錐體中含有纖維素和具有清潔血液功能的豬肝髒細胞。而豬肝髒細胞可以補充提供血液所必須的一些成分。人造肝髒用於搶救那些病情危急如肝壞死,但一時又找不到合適移植器官的患者的一種應急措施,隻作為一種危急狀態時的外用輔助裝置。20世紀90年代初期,美國的洛杉磯塞達爾·西奈醫療中心使用了人造肝髒。使用人造肝髒時,先將血液自患者體內引出,流入一部分可以將固體細胞和液體血漿分離的裝置,隨後血漿流入人造肝髒,經過濾後再同血液細胞混合返回人體。這種技術的使用,避免了人類血液細胞與豬血液細胞的互相排斥。

人類的健康標準

世界衛生組織WHO定出的衡量一個人是否健康的10條標準是:

(1)有充沛的精力,能從容不迫地擔負著日常生活和繁重的工作,而不感到過分疲勞;

(2)處事樂觀,態度積極,樂於承擔責任,事無大小,不挑剔;

(3)善於休息,睡眠好;

(4)應變能力強,能適應外界環境各種變化;

(5)能夠抵抗一般性感冒和傳染病;

(6)體重適當,身體勻稱,站立時,頭肩、臂位置協調;

(7)眼睛明亮,反應敏捷,眼瞼不易發炎;

(8)牙齒清潔,無齲齒,不疼痛,牙齦顏色正常,無出血現象;

(9)頭發有光澤,無頭屑;

(10)肌肉豐滿,皮膚有彈性。

這10條標準僅就一般情況和普遍性而言,但對不同年齡的人,應有不同的要求。

人工合成牛胰島素

早在1948年,英國生物化學家桑格就選擇了一種分子量小,但具有蛋白質全部結構特征的牛胰島素作為實驗的典型材料進行研究,於1952年搞清了牛胰島素的G鏈和O鏈上所有氨基酸的排列次序以及這兩個鏈的結合方式。次年,他宣布破譯出由17種51個氨基酸組成的兩條多肽鏈牛胰島素的全部結構。這是人類第一次搞清一種重要蛋白質分子的全部結構。桑格也因此榮獲1958年諾貝爾化學獎。

從1958年開始,確立了合成牛胰島素的程序。合成工作是分三步完成的:第一步,先把天然胰島素拆成兩條鏈,再把它們重新合成為胰島素,並於1959年突破了這一難題,重新合成的胰島素是同原來活力相同、形狀一樣的結晶。第二步,在合成了胰島素的兩條鏈後,用人工合成的B鏈同天然的A鏈相連接。這種牛胰島素的半合成在1964年獲得成功。第三步,把經過考驗的半合成的A鏈與B鏈相結合。

在1965年9月17日完成了結晶牛胰島素的全合成。經過嚴格鑒定,它的結構、生物活力、物理化學性質、結晶形狀都和天然的牛胰島素完全一樣。這是世界上第一個人工合成的蛋白質,為人類認識生命、揭開生命奧秘邁出了可喜的一大步。這項成果獲1982年中國自然科學一等獎。

乳腺癌基因療法

1990年11月6日,幾位美國科學家報告用一種實驗治療方法,使曾接受多項治療無效的晚期乳腺癌患者的癌腫塊明顯縮小。

美國加州戴維斯大學醫院的德納多博士,使用細胞單克隆抗體的方法把6位已發生擴散的晚期乳腺癌患者的腫瘤縮小50%~75%。這6位病人的癌症已侵犯胸壁或轉移至骨或淋巴結。

這些抗體是由身體免疫係統所產生的蛋白質,用於與外來侵略者戰鬥。從實驗中得到的單克隆抗體可抗擊各種癌細胞,它攜帶具有毒性的能殺死癌細胞的化學物質;有針對性地殺滅腫瘤細胞,然後排出體外而不傷害健康組織。

在德納多的研究中,是用放射性碘與單克隆抗體結合去殺滅腫瘤細胞達到治療病人的目的。這種藥物通過體內代謝,能有針對性地攻擊骨、胸壁、肝、淋巴結和腹部等處的轉移腫瘤細胞。在研究中發現:若病人接受最低劑量,能使腫瘤縮小50%;若接受最高劑量,則腫瘤可縮小75%。這些病人都是曾經接受過放射治療、化學藥物治療及內分泌治療,但療效不佳,已發展為晚期階段。雖然參加治療的僅是6位病人,但能獲得明顯的治療效果。今後研究目標是找出這種放射物質的最合適劑量及確定其遠期療效。

容器內培育人體器官

人造心髒賈維克-7因技術故障被美國食品和藥物管理局禁止後,批評這種技術的人曾經預言,這一挫折將最終結束人工器官的製造。

但是,美國哈佛大學醫學院人造器官專家羅·蘭格和約·瓦坎蒂在《科學美國人》雜誌上發表文章說,今後30年在這方麵將有一個革命性的新發展,醫學界將基本上放棄器官移植,改為自己製造需要的器官。細胞生物學的進展和可降解塑料的發展,今天已使製造人造組織成為可能。既然這種新型技術在幾年後才可能使用,現階段就必須開發一種過渡性技術,彌補人所捐獻器官的不足。開發替代器官或組織的許多大同小異的方法,都是以處理可生物降解的塑料為基礎。利用現代的製圖軟件技術對這些塑料作適當加工,使其在外形上與血管、神經、肌肉和皮膚等組織完全相同。然後這些塑料被“注射”入人體組織的細胞。幾個星期內,這些細胞按照它們自己的遺傳信息繁殖。

與此同時,可以生物降解的塑料框架漸漸化解,並由新生的人體組織代替。最後,用這種方式可以在裝滿營養液的大容器中培植整個肢體,如胳臂或者腿。一旦預定作移植用的身體某部分生長完成,外科醫生的任務就很簡單,隻需把它們同人體的對應部位相連接即可。此時塑料框架已經降解無遺,而新生長的肌體在功能和外觀上同原有組織基本相同。SSS

試管“小人”

1991年6月9日,中國《文彙報》報道了國際上首次出現試管“小人”——特殊小鼠,由上海第二醫科大學培育成功。這種特殊的小鼠可以生長人體細胞,代替人體進行艾滋病、乙型肝炎等重症病的新品係,成為一種活體動物試管,它可以容易地接受人源組織移植物,可以植入人的組織細胞,能夠感染多種病毒,因而被稱之為試管“小人”。現在這種試管“小人”——特殊小鼠,已繁殖到第十代,一直穩定地保持著它的特性。

視紫紅質

視紫紅質是一種結合蛋白,由視黃醛和視蛋白結合而成。視黃醛由維生素A氧化而形成,是維生素A的醛化合物,有多個同分異構體(此處主要為兩個)。在視紫紅質內,與視蛋白結合的為分子構象較為卷曲的一種,即11-順視黃醛,在光照下它即轉變為構象較直的全-反視黃醛。全-反視黃醛能進而引起視蛋白分子構象改變,並開始和視蛋白部分分離,以後又在酶的作用下繼續分離,直至分解成為2個分子,分解後的全-反視黃醛不能直接和視蛋白結合成視紫紅質,但它可在維生素A酶的作用下還原成維生素A,通常也是全反型的,貯存在色素上皮細胞內,然後進入視杆細胞,再氧化成11-順視黃醛,參與視紫紅質的合成、補充及分解反應繼續進行。合成視紫紅質的第一步是全-反視黃醛變成11-順視黃醛,這一步是在暗處,在酶的作用下完成的,是一種耗能反應,其反應的平衡點決定於光照強度。第二步是11-順視黃醛一旦生成,就和視蛋白合成視紫紅質。這一步不耗能,可以很快完成。維生素A與視黃醛之間的轉化雖是可逆的,但由於一部分視黃醛在反應過程中已被消耗,故必須依賴血液中維生素A的供應。人和高等動物體內不能自行合成維生素A,而必須由食物中攝取,維生素A缺乏患者,傍晚暗處看不清物體。這種夜盲症可補充含維生素A豐富的食物而治愈。