第四章 意义与机会 我们对基因的了解日新用合。而了解基因，使我们得以不再受后命的主宰。这 是解放我们的工冥， 丹了科学Z啬，让我们得以探究灵魂。是的，我们天生由某种 基因组成，但那并不表示我们无法控制自己的命运。任何科学家，或者观察入微的 父③，都不相后我们天生就如白纸，全靠后入的戴着塑造成人，夫键在于我们天生 就有硬件和后天添加的软件，问题不是先天“纽”后天，而是先天“和”后天。真 实，回应后天的教养，正是我们的天性。 ――哈然、柯普蓝 医学领域的革命 人类基因组计划的确立，最重要的意义是在于加深我们对人类自身的认识，从 而提高我们的生存质量。它的直接体现就是医学领域的革命。这些革命都包括哪些 内容呢？ 一基因诊断、检测和生物芯片 随着人类基因组计划的不断推进，用不了几年，人们将看到一份描述人类自身 的说明书，它是一本完整地讲述人体构造和运转情况的指南，届时危害人类健康的 5000多种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血 压、精神病等，都可以得到早期诊断和治疗。另外，一个新生儿出世时，如果法律 允许，他的父母愿意的话，可以拿到孩子的基因组图。这张图，将记录一个生命的 全部奥秘和隐私。它不但能显露出这个孩子成年后，是不是一个色盲，大概长多高， 会不会秃顶、发胖，还可准确地告诉艾母：是什么病，会在什么时候可能要这孩子 的命。 据基因专家杨焕明讲，将来，测一个人的全部基因序列不那么昂贵时，看病就 方便多了。把人的基因图记录在一个光盘上，诊断时，医生先打开光盘，首先检查 几个可能的“候选基因”，并把重要区域、重要基因、重要位点搞清楚；再看着需 要注意什么，因为基因组的“情况”不同，某种药物有人用就灵验，有人用就不灵 验，甚至会有生命危险，针对个体差异，医生开出“特效药”就行了。 利用基因技术筛查各种遗传病症也已经或将要实施。 DNA芯片是一项革命性的新技术。医生将利用DNA芯片对某人的基因组编排进行 扫描，得到他或她的各项具体遗传资料，它对人的未来的精神和身体健康状况的检 测评估可请一清H楚。 DNA芯片是把上千个不同的DNA片段放在硅芯片上。这种芯片 上标记着遗传差异，可为医生整理和分析个体的现有疾病和潜在疾病提供有价值的 线索。 目前已有的筛查实验项目， 包括乳腺癌、唐氏综合征。亨廷顿舞蹈症、脆性X 综合征、 囊性纤维化、GM神经节着脂贮积症变异型B（旧译家族性增性痴呆）、高 歌氏病以及镜状细胞贫血等等。 对于治儿的基因检测现在也已经可以进行。 虽然在受孕前挑选基因的困难度极高，目前不太可能做到，但是，成功受孕后， 要知道受精卵的基因组合结果，却是很容易办到的。只要在怀孕三个月左右，抽取 羊水或极微量检体细胞，进行DNA分析或染色体形状与特征分析即可判断。 目前已有许多产前检验及先天性遗传疾病的常规检验，在各大医院及诊所实施， 如地中海型贫血、镰刀形红血球疾病缩检、苯酮尿症、戴萨克斯症等等。可以预知 的是随着对疾病基因的了解愈多，产前筛检的项目会更完整，无法治愈的先天性残 疾人口会愈来愈少。 基因研究、检测的一个重要工具就是生物芯片。生物芯片的运用可以说是生物 科学的一次革命。关于这个问题，请看我们对清华大学生物芯片研究中心主任程京 博士的采访： 生物芯片研究中心在清华大学生命科学研究中心的楼上，这是一个相对封闭的 单元，由微电子、生物、化学和材料几个学科的科学家组成的小组在这里紧张地工 作。 mpanel(1); 在主任的办公室里，程京博士向我们介绍了生物芯片的有关情况。他说：“简 单地说，生物芯片是一些器件，这些器件很小很轻，上面可以放上很多的生物分子， 可以把生物分子排成阵列放上去进行分析。有了各种类型的生物芯片以后，再加上 过去20年其他方面做的工作，像泵、阀门，加热冷却器件和一些分析器件，就可以 做一些集成，把我们原来要占几层楼的生物实验室集成到一个很小的器件上去，对 人和生物的样品进行分析。生物芯片本身分析对象不是电讯号，我们可以把微电子 技术与生物技术结合起来，在电脑上分析这些信息。” 听了他的介绍，我们好奇地请求他能否让我们看一看生物芯片，他从柜子里拿 出一个精致的小企，盒子里放着拇指大小不同类型的生物芯片，形状有些像我们熟 悉的CPU芯片， 但是有些是玻璃制的，他说：“从生物芯片来看，有主动式和被动 式两种类型。被动式生物芯片仅仅是一个小型的实验平台，没有电路等装置，不能 做比较高级的复杂的分析工作，是一个简单的由大到小的器件。主动式生物芯片则 是除了采样以外，而且能做比较复杂的分析工作，主动式生物芯片和被动式生物芯 片在材料上有所不同，由于材料科学在过去几十年的进步以及在微电子技术方面的 技术成熟，因此现在的生物芯片大多是用硅作芯片的片基，只有一些是玻璃做的。” 他拿起一个玻璃制的芯片，说：“这是一个玻璃制成的体外受精生物芯片，我 们看到玻璃上刻有很多回路，有直角的，有弯角的，在上面放很多精子，在一个特 定位置放一个卵子在显微镜下，可以看到精子的活动特点，精子直行，在活动到直 角刻痕的时候不会拐弯，就死在那里，而在弯曲处可以挣扎通过。在这个“马拉松” 似的长途跋涉中，精子活动也有分工，有打掩护的，有冲锋的，这些都是我们原来 不知道的现象，经过这个被动式的生物芯片的取样观察分析以后，我们对生命的形 成有了更深的认识”。 我们原先的印象是生物芯片将以往许多庞大的生化分析设备缩小，对此程京博 士进一步介绍说：‘确实，生物芯片技术可以把生命科学研究中许多不连续的分析 过程，比如样品制备、化学反应和分离检测，移植到芯片中使其连续化和微型化。 原来这些各自分离的分析设备要占用很多层楼。在分析速度成千上万倍提高的同时， 所需样品的量也成千上万倍减少。生物芯片的一个好处是它的兼容性，它不像有的 生物仪器和分析仪器，一次只能做一种分析，除此以外别无他用。生物芯片是一个 平台，没有太多歧视性，它是开放的。另外，生物芯片的设计都是并行设计，可以 同时做很多事情，不像原来有的仪器一次只能完成一项测试，它可以一次进行多个 测试，取得成千上万的数据。从量的关系上来看，生物芯片从宏观世界进入到微观 世界，在微米、纳米级的线路上，将原来的生物实验装置很慢的生物分析处理过程， 加速到只有几秒钟的过程。” 那么这个过程是如何集成到一个芯片上去的？程京博士说：“这个问题比较复 杂，不是一两句话可以说清楚的。”他拿起一片被称为“主动式”的生物芯片说： “在这片生物芯片上，硅基上布排着电路，然后通过焊接工艺封装。”在这块芯片 的外面还套着一个塑料器件，他解释说“因为生物芯片分析的是液体的生物样品， 因此在生物芯片外面还套有一个流体通道，流体由光学系统进行检测，形成一个完 整的回路。这个流体通道是一次性使用的。” “如果我们观察一个生理检测的生物芯片，就可以发现上面有很多点，在显微 镜下可以看见一个个方阵，有进口和出口。生物样品经过这些节点时，就可以得出 很多信息。” 谈到生物芯片的第二次“硅革命”时，程京博士认为生物芯片所用的材料是很 广泛的，如同电子计算机开始也并不是硅基，只是由于半导体材料的发展，人们对 娃的认识加深了，用得多了，硅才成为电子集成电路的主要载体。 程京博士指着这一盒生物芯片说：“在这些生物芯片中，有些是研究用的，有 些是医学检测用的。有的芯片可以将肿瘤细胞分离出来，这样对肿瘤的诊断和疾病 的诊断，可以一次拿到很多分析结果”。 “作研究用的芯片，我们可以称为“锅碗瓢盆”，以前一般是从国外进口，不 仅价格贵，而且由于在美国需求量大，他们优先考虑本国的需求。而这些东西我们 自己完全能做出来，我认为工具性的东西如果依赖于别人，在一些情况下会受制于 人。再者我们如果靠别人的信息做研究，但是别人产生的信息依赖的是自己的工具。 “在疾病诊断生物芯片上，清华大学已经用自己的专利在美国成立公司，这是 一个产业化过程，靠我们自己的专利，产品的附加值很大”。 我们从最近的报道中知道生物芯片主要是实验手段上的革命，程京博士为我们 展示了生物芯片的广阔应用前景。生物芯片对人类的好处首先是医学上的，他说： ‘将来我们甚至可以有一些很小的‘傻瓜型”分析仪，可以携带在身上，携带者按 说明书的指示自己取样，这个分析仪就可以告诉你身体出了什么问题，然后通过因 特网将这些数据传送给医生，这样就不必到医院里检查了，这样的话，有可能将来 医院的检验科将会消失。再过几年，我们就可以实现远程诊断和治疗。如果解决了 生物兼容性问题，将来可以将生物芯片植入人体，通过芯片了解人们的身体健康状 况，变现在的治疗医学为将来的预防医学。这是生物芯片对医学的贡献。” 程京博士在美国读过犯罪诊断学，他说：“生物芯片在犯罪诊断学上用途也很 广泛，现在犯罪取样都是在现场取样带回实验室分析，这种取样方式很容易出错， 一是取样带回去的过程中可能搞错，另外在回实验室的途中可能污染，导致分析结 果出错，用生物芯片的仪器可以在现场随时进行分析，尽快取得结果。” “生物芯片在国防上的用途也很多，美国在90年代初对伊拉克发动战争以后， 士兵中出现了一些生理症状，开始不明显，后来越来越强，他们称为海湾综合症。 美国对此很重视，投入巨资研究生物武器的预防，在战争中，你不可能将生物实验 室搬到战场，如果能有这样一个小东西，可以对战场上的空气、水、和大量生物进 行检测，就可以得出结论，采取措施，否则一旦进入污染区就来不及了。另外，在 战场上对残骸的鉴定也需要生物芯片技术，在第二次世界大战期间和后来的战争中， 都有大量的士兵遗骸需要鉴定，需要向家属有所交代。原来采用的方法都是血样鉴 定。但是战场上血肉模糊，非常容易出错。用生物芯片技术就可以解决这些问题。” 去年中国的宇宙飞船“神舟”道游太空以后，空间科学院曾邀请程京参观过这 艘飞船，狭小的太空白给他留下很深的印象。他说：“生物芯片技术在空间科学上 用途也很广泛。太空实验受到载重的影响，太空仓都设计得很小，不可能把在太空 进行科学实验所需要的分析仪器全部带上去，只能在返回回收以后进行分析，这样 的成本是很高的。如果采用生物芯片技术，可以在太空进行分析研究工作，成本开 销少，研究效果也非常好”。 程京博士最关心的还是药品检测生物芯片。他说：“中医药是老祖宗传下来的 宝贝，我们自己用得很有效，但是就是进入不了国际市场，问题出在我们达不到国 外的检测要求，比如在美国的国家检测局有很多要求要一项一项回答清楚，他们也 知道中医有效，但是西医是实验科学，中医是实践科学。我们的中药要进入世界市 场，就要达到这些要求，我们国家也提出中医药的现代化。可是中医是一个复杂的 系统，甚至连制药时的火候都很严格。我们现在用生物芯片来看，可以得到许多重 要数据，一次就可以得到成千上万的信息，这样就可以建立起量化分析的概念。” “不仅中药有这种需要，西药也有这种需要。在合成化学出来以后，人们可以 合成数不清的合成物，必须能快速地将它们筛选出来，认清那些是可以开发的，因 为我们国家也在开发新药。另外，过去有很多成药被“枪毙”了，这些药一开始临 床使用时还很好，在分批实验时，在十人组、百人组还没有问题，到万人组时可能 就会有问题，一定的群体会对这种药的反应很大，在人类基因组计划研究出来之前， 人们也搞不清原因，只能废除不用。有了生物芯片以后，我们就可以把这个群体分 离出来，说明这种药对绝大多数人有效，可以不废除。比如将来每个人可以有一张 卡片，里面存储他的药物信息，一剧卡就可以知道他对哪些药有反应。这样困人给 药，从药品生产的前期和后期，市场都很大，而且造福人类，这就是药品经济学。 生物芯片将会在其中起了巨大作用”。 在美国留学的时候，程京博士看过一部科幻电影，里面有一个医生，手里拿着 一个手电筒一样的东西对着病人照射，病人的身体和生理数据就这样全部都收集在 电脑里。虽然科幻带有幻想成分，仍然是有一定科学依据的。他认为，这个情景生 物芯片将来能实现。 程京博士告诉我们，生物芯片技术到今天已经经历了三个时期，最早是70年代 英国伦敦帝国理工大学的一位教授在日本做博士后的时候，对一个色谱进行分析时 产生了的想法，当时就是想从密度上对分子分析设备进行缩小，这是一个简单的由 大到小的过程。到了80年代末，前苏联国家科学院生物研究所所长采用完全不同的 思路，用一块玻璃板，通过组合的方式，把分析对象分成一段段的序列。到了90年 代，出现了组合化学的概念，在美国硅谷有一群科学家商议，可以通过芯片技术把 肽链合成出来，在芯片上一段段生长，在生产过程中采用了修改过的光化学技术， 这样的组合就比俄国人在玻璃板上的做法集成度更高。后来他们又想到为什么不能 把微电子技术结合进来，将各种各样的分析过程加以整合，从而随心所欲地控制分 析过程。现在的生物芯片都是按并行的路子在做，目的在于应用。 在首届工程院讨论会上，有不少研究基因组计划的科学家谈基因研究与生物芯 片，还专门提出了基因芯片的概念，我们就此询问了生物芯片和人类基因组计划的 关系，程京博士说：“可以说基因组研究的需求大大推动了生物芯片技术的发展。 在基因组计划之前，生物芯片技术就有了，但是由于需求不明，进展不快。到了90 年代初出现了技术瓶颈，当时不知道生物芯片出来以后会怎么样。1995年以后局面 开始明朗，在开始的时候，基因组计划和生物芯片关系不大。但是人类基因组计划 不是我们的最终目标，基因组计划研究清楚遗传的结构以后，还有一个如何应用的 问题，我们必须知道基因组的功能是什么，这就是后基因时代，在这个时代需要行 之有效的技术手段来分析这些基因，这个时候生物芯片的优势就突显出来了，可以 说是生物芯片大展宏图的时候。另外，人类基因组研究只是一方面，世界上的生物 体太多了，除了人类基因组计划以外，还有水稻基因组，这是中国基因研究的一个 重点，其他生物的基因组研究可以说无穷无尽。生物芯片的产生和使用，使得研究 工具突飞猛进。如果说基因组研究是一座宝藏，生物芯片就好比功能强大的采掘机， 而且在这个领域中，谁先发现新的基因，谁就拥有了知识产权，就能因此获得巨大 的利润。” 至于生物芯片产生以后带给基础科学的研究课题，程京博士说：“生物芯片从 大到小以后，很多规律也就变了，原来的宏观理论到了微观层面也就不再适用。现 在做生物芯片是先制造出来用了再说，将来在基础研究上有大量工作要做。去年我 到加州理工大学了解到美国政府为此投入了几十个亿，准备在20年内取得一些定律 性的成果。” 程京博士1997年从美国回国的时候，正是生物芯片研究的鼎盛期。“现在想起 来，可能回来得早了一点。在美国作博士后，每年必须要出三个专利，但是这个专 利你只有发明权。我想专利的发明也不是时时都有的，发明一个就少一个，与其给 别人做，不如回来自己做，都是我们中国的嘛！而且在美国专利保护意识很强，有 些人仅仅有个想法也保护，而且是‘宇宙性的保护’，有些专利在我国根本不予通 过的，他们也保护起来。我们国家的专利制度就很严格，和欧洲比较相似。我在美 国的时候就有了回国做的想法，也联系一批志同道合的人，在我们这个中心里，有 不少都是辞去美国的工作回来做事的人。开始各种条件没完善，也许水平有一点往 下掉，但是过了一段时间水平又会提上去，因为这批人的水平和素质在那里。” 生物芯片技术现在在世界的发展情况如何呢？程京博士说：“现在世界生物芯 片的发展格局还不是很明朗，很多投资公司像撒豆子一样投资，因为他们也不知道 真理在谁的手中。至于中国国内，现在有20多家在研究，像复旦大学等等，大概搞 生物芯片的公司有4．5家。” “我们清华的这个研究中心一开始就没有把目标定在国内，我们觉得在国内争 没意思，我们应该在国际上竞争。最近我们在美国创办了一家公司，用我们清华的 专利技术，前景很好。” 程京博士从美国回来以后不久，国家科委就在香山召开过一次会议，这次会议 与以往的科学规划会议有所不同，中国驻美使馆科技处要求国家科委注意研究生物 芯片技术，所以准备时间非常短。程京博士说，在那次会上，许多老科学家都是第 一次听他们这些小青年说生物芯片。国家科委也专门立下研究项目。“这次朱总理 听讲座的时候，朱丽兰部长说科委很早就关注生物芯片技术。朱总理开玩笑，关注 是关注了，就是动静不够大。”程京博士说，目前国家准备成立国家级的生物芯片 研究中心。 对生物芯片研究和开发国家应该采取何种政策，程京博士说，首先是人才，美 国在生物芯片上投资已有30多亿美元。台湾是花钱买技术。我们应该采取不同的做 法，因为有了人才，就有了技术和专利，而人才在世界上是公开的。 现在这个过程中工艺非常重要，因为工艺是国家技术能力的基础部分，如果工 艺成本太高，就不值得推广，实现不了产业化。这也是我们公司面向国际的一个原 因。 二基因药物治疗 利用基因技术制造的药物和疫苗已经使全世界2．7亿人受益。这是美国生物技 术产业组织近日发表的调查报告的估计。虽然第一个医药生物技术产品问世还不到 20年，但成果是令人吃惊的。 生物技术这个年轻产业所取得的进展表明，它在开发治疗心脏病、早老性痴呆 症、帕金森氏病和癌症等疾病的药物和手段方面具有很大潜力。迄今投放市场的生 物技术药物和疫苗已接近100种，还有350多种处在最后的临床实验阶段。 现在， 许多常规药物已经被基因剪接药物所取代。在治疗美国的340万糖尿病 患者方面，遗传工程方法生产的人胰岛素完全取代了从牛和猪身上提取的天然胰岛 素。 每年有20万肾透析的病人使用AInpo公司生产的红细胞生成素。这种基因剪接 产品，能刺激红细胞的生长，减少输血的风险。Genetech公司生产的组织纤溶酶原 激活物（dZx） ，能溶解血栓。AVOnex 公司和Betasern公司生产的p一干扰素，已 被用来治疗多发性硬化病。 肺原酶（DNase）也已经用来治疗囊性纤维化病人的肺 淤血。 遗传工程药物领域的研究人员说，上述遗传工程药物仅仅是将展现在我们面前 的许许多多希望的开端。一些遗传工作实验室的科学家正在用新方法改变某些携带 人类致死性病原体的昆虫的遗传性状，使它们变成无害的传染媒介。美国变态反应 与传染病研究所的研究人员用遗传工程方法改变蚊子的遗传性状，使它们没有能力 传播严重疾病。 科学家们声称，他们正在进行的动物模型研究，可以为治愈某些长期以来被认 为是不治之症的疾病提供新的希望。 1997年5月，约翰斯・霍普金斯大学几位博士 李世进（Se－JinLee） ，劳勒（AnnM．lawer）和麦克弗伦（Alex andreMW――） 的报告称，他们发现了一个调控小鼠肌肉生长的基因。位于MetaMmphiX公司希望， 这项研究将为治疗某些肌肉性疾病加肌营养不良，以及由艾滋病和癌症引起的肌肉 萎缩提供新的希望。 更令人震惊的是， 1997年5月，日本的一个研究小组报道，他们已经成功地把 人类染色体整条移植进小鼠的遗传密码。这一突破性成果意味着将来可以用无性繁 殖和遗传工程来大批量地生产动物，并用这些动物制作数量不受限的医药产品如人 类抗体等。在高浓度的情况下。这些抗体可能使肿瘤萎缩，杀灭病毒和细菌。 还有人考虑，可以利用操纵生命的功夫，来改造生物体如细菌、酵母菌成动， 植物细胞等，把人们期望的基因密码加入，然后大量培育这些改造过的活体细胞， 使其源源不断地生产我们需要的物质。 用这种方式所制造出来的产品会随着人类 “基因组”被解构、掌握得愈彻底，而会有愈来愈多的产品问世。 低等生物的细菌细胞，毕竟与人类细胞不同，由“基因工作细菌”制造出来的 药物，尚需经繁复的再加工程序，除去有害的杂质，包括可能的毒素、病毒或菌体， 与分子构造的重整等，才有可能成为商品。否则，椰果这类基因工程产品不慎含有 致死或致癌成分，应用在强制性疫苗接种用途的制剂对，后果就不堪设想。 因此，也有人考虑直接把动物体细胞进行改造，并且加以大量培育，此种把动 物细胞直接当作“活体制药工厂”有其极具吸引力的优点，如安全、蛋白质结构与 功能可以保证， 后段加工程序较容易控制等， 可是成本高昂及培养基质原料来源 （如血浆）不易获得等，也是很大的问题。 另外，也可以利用动物体直接当制药工厂，譬如说，可以把一些人类需要的特 定化合物的基因，注入牛或羊的乳腺细胞中，如荷尔蒙、凝血因子，细胞素等，让 动物体在分泌乳汁时，也可以同时生产我们要的东西，那么只要把那杯牛洋奶喝下， 就可以顺便把治疗的药物吸收进去。 三器官复制与再生 由于基因，制作人体组织和器官成为可能。 利用自己的细胞复制一到全新的器官，来移植替换因疾病或意外事件所造成的 已濒临损坏的器官，对人类是一讲益事，据英国巴斯大学科学家发展出矛头青蛙胚 胎的基因改造技术，仅留下有需要的特定部位，加上心脏及血液循系统，创造出无 头青蛙。此一技术如继续发展下去，不难想象终有一天，科学家可以利用人工子宫 中的胎盘，培育出心脏、肾脏、肝脏等人体器官。由于复制出的器官基因组和细胞 所有主完全相同，因此应不会有移植时白血球的排斥问题。器官复制事实上可以想 成比较正面的“选择性的复制”而其前提是必须知道细胞如何掌理分化程序，如此 我们才能正确地开启基因开关，并关掉不需要动作的部分，让细胞照我们设定的途 径，制造出我们需要的器官。 利用器官复制技术已经给很多人解除了痛苦。一位历岁男孩因60％以上的体表 烧伤而收入加利福尼亚大学在圣迭戈的医院， 烧伤科的医生们用 AdvancedTssuAiences公司在实验室里培养和生长的皮肤覆盖患者的烧伤部位， 治 疗47天后患者痊愈出院。 研究人员希望超越器官移植的思维，进入器官制作时代，并且已经开始研究制 作心脏瓣膜、乳房、耳朵、软骨。鼻子以及身体的其他部件。对这一新领域贡献最 大的两位科学家兰格（Rdritbog。 ）和瓦坎蒂（JMphp．Vndi）博士说：“我们的 想法不是简单的移植而是要制作器官。”据里夫金介绍，他们第一次携手合作是在 1984年，当对瓦坎蒂是哈佛大学医学院的外科医生，兰格是麻省理工学院的化学工 程师。这项技术的理论比较简单，其过程瓦坎蒂和兰格阐释如下：“研究人员用计 算机辅助设计和制造方法，把一定形状的塑料放入模拟将定组织或器官结构的精密 构架床。模拟的构架用化学物处理以帮助细胞动连和增殖，然后“种人’细胞。当 细胞分裂和组合时，塑料降解，最后只留下动附的组织。这种新的永久性组织即可 为病人植用。” 波士顿的Oreqenesis公司夸口，他们只需要从包皮上取下几个细胞，就可“制 造出16000平方米的皮肤” 。类似于OrganogenS的其他公司的实验也证明，功能性 器官可在聚合物构架内由几个细胞培养生成。按照兰格和瓦坎蒂的说法：“细胞非 常善于组织自身的再生，能在三维立体培养中使用相同的细胞外信号相互联系，指 导器官在子宫内的发育。” 美国密执安大学的化学工程师穆尼DavidMoohey） 和卡罗来纳医学中心的马丁 （JamesMartin） 博士，正在从事实验室培养妇女乳房的研究。他们希望不久就可 以向三维立体的乳房架内种植乳房细胞，然后植入妇女胸部。这些制作的细胞将在 构架中生长，直到生长成一个新的活乳房。 美国各地的研究人员，还在从事用人的细胞制作人类肺、心、肝和胰腺等器官 的各种实验。 在波士顿儿童医院， 哈佛医学院组织工程系主任奥陶洛 （AnthonyAtala）博士，在玻璃培养瓶里培养人的脖既。他的研究小组从一位10岁 男性患儿身上取得膀胱细胞，植入三维立体结构的塑料构架内，让这些细胞在实验 器皿中按照设定的构架生长。奥陶洛的这项研究，已经获准进行临床试验，然后， 把这个实验室培养长成的膀胱移植进那位年轻病人的体内，创造第一例组织工程器 官人体移植手术。细胞生长所用的构架最终将会被病人体内的酶所破坏，只遗留下 有正常生理功能的人类膀胱。除此之外，奥陶格的研究队伍，还进行着实验室里培 养人肾脏的工作。这一领域里的研究人员们预计，到2020年，将有95％的人体部件 可以用实验室里生长的器官置换。 兰格和瓦坎蒂说，在21世纪，用遗传工程手段制作的活组织结构将取代用塑料 和金属制造的骨和关节假肢。“这些活体植人物，”研究人员声称，“将与周围组 织衔接无缝，排瞻癫染和戴假肢的诸多烦恼不便。”研究人员已经在实验室里用聚 合物结构来制作鼻子和耳朵，并已把它们移植到动物身上。科学家们预测，更复杂 的人体部件如手、臂等等，也可以根据病人的不同需要在聚合物构架里生长制作。 最后的障碍“是神经组织无法再生”。至今还没有人能够培养人类神经细胞。但是， 这个领域的大多数科学家都有信心，将在不久的将来跨越这一障碍。 “器官再生”与“器官复制”是不一样的，器官复制是在个体外复制，制成后 再移植回来，需要动繁杂的外科手术，成本及风险都比较高。“器官再生”系在自 体内发生，如同某些低等动物如蛛源，断了四肢或尾部还可以再生回来。但高等动 物却没有这个能力，人体大多数的细胞由于高度分化的结果，只能执行某一特定功 能，因此不再具有分裂增生的能力。虽然这些不同细胞都含有全套相同的基因组， 但除了须扮演的特定功能部分开启外，其余都是开关状态。 一个人如果因为意外丧失手足、眼睛，“再生”将能弥补这个遗憾。如果我们 能够全盘了解细胞分化的程序，并有办法去控制，如果失去一个眼球，是不是可以 启动眼睛周围的细胞开始分化、生长，重新获得一个与原来完全一模一样且功能齐 全的新眼球呢？这都是未来生命科学家可以着力的地方。 四基因改良 基金疗法最终会用在改良上。 据科学家介绍，人类所有的疾病在某种意义上都是基因病，“病不病”的可能 性，在孩子出生前就已绘在基因的蓝图上了，因此，父母可以在孩子出生前，要求 通过遗传分析进行风险预测，因此生个健康、聪明的宝宝不难。通过基因技术，使 每个个体都能够健康和聪明，这就是一种基因改良。 现在很多医生相信，肥胖是病，并且对健康有重大威胁。要起流行时尚，第一 要素就是要苗条。过重多半是不运动加上过食所致，1／3的美国人过重。中国肥胖 的人也与日俱增，如果能在基因里安排快速新陈代谢的因子，保持身材苗条将会容 易很多。 这实际上也是一种基因改良。关于防止肥胖，科学家的研究已经有了重要的发 现。 美国科学家发现，改变储存脂肪的基因可以防止肥胖。美国新泽西州医学和牙 科研究大学的科学家们在老鼠身上进行了6个月的试验， 发现一种遗传基因能够生 产储存脂肪的新细胞。对这种基因进行干预使之变异后，老鼠即使吃高脂食物也不 会增加体重。有的科学家曾担心，储存脂肪的细胞一旦政变，脂肪可能会聚集在肝 上。但是，科学家们在对老鼠进行试验时没有发现这种副作用，并确信对人的试验 可以取得同样效果。科学家们最近将开始对人进行试验，如果能用药物改变造成肥 胖的基因，就可以彻底解决肥胖问题。 基因改良从技术上来讲似乎已不是什么大问题了，但人们对基因改良的认识却 还不尽一致。 从生物学的角度看，基因没有好坏之分，没有高低贵贱之别。一个人长得如何， 身体的状况如何，都是大自然千百万年演进的结果，也没有好坏之分，没有高低贵 贱之别，在这一点上我们坚决反对种族歧视、基因歧视。主张尊重、平等和宽容。。 但是，整个人类不对人体的差别做价值判断，却无法阻止个体对之作价值判断。 无法无视个体在其价判断基础上的生命追求，包括对外貌、智力、心理的选择与希 图。特别是现在这样一种价值多元化与商业利益无所不在的时代。 对于这一点伦理学家和生物学家的想法是一致的。伦理学家帕伦斯说：“若以 为允许用在治疗上，不许用在外表改良上，那就大错特错。” 生物学家也认为：“基因改良一定会发生。国会不会通过法律，不准体治疗秀 头。” 对这个问题有些学者表现得过于敏感和过于绝对化。有的社会伦理学家担心， 基因治疗会减少人类文化的多样性？比如，梵离有非常严重的精神病，假设我们在 梵局还未出生时就发现他有精神病的基因，而将他流产，就不会有梵高了；如果梵 离出生后作了基因治疗，那么，基因治疗后的梵高也许会考大学、读研究生，但他 还是那个取得了非凡的绘画成就的梵高吗？ 是的，我承认残疾人和精神病人也有很高的价值，我们应当尊重他们，理解他 们，并对他们对人类的贡献表示敬意。不能用优劣对他们的生存状态进行价值判定。 但是，我们同样应当理解这些疾病给他们带来的痛苦，无论是从精神上还是在肉体 上，我想，这些也是他们不愿如此的。我喜欢凡高的绘画，欣赏他的人格、情操， 但我绝不愿意为了欣赏到这些画而赞同医生有能力从基因水平上治疗、避免他的精 神病而放弃这种努力。人类文化的多样性并不能以我们自觉地使一部分人的肉体与 精神痛苦为代价，如果这样的话是否有些过于残忍了呢？我们固然不能说有残疾是 劣生，但我们不妨们心自问，我们哪个人愿意身体有残疾呢？由于我们人类的无能 为力，有的人身体有了残疾，这是一件不幸的事。做为残疾者本人要接受这个事实， 不消沉，不悲观，努力抗争，全社会的人应当鼓励他们，尊重他们，平等地对待他 们。但当由于科技的发展，人类有条件避免残疾的发生的时候，我们为什么不能消 灭残疾，让每个人都健康自如地象正常人一样的生活观？ 我想，拥有健康的身体是每个人的最基本的愿望，人类的一切发展都应当落脚 在个体的健康发展上，这是我们思考问题的一个出发点。 遗传学从艺术上学到两个主要观念，一是自然并不完美，二是人有能力有义务 导自然于完美，导人类于完美。实际上绝对的完美是不存在的，而且完美的标准也 是不统一的。如何解决这个问题？我想，一方面是科学的引导；一方面将这种判断、 选择的权力交给每一个个体，由个体自身去依据自己的认识理解去选择。实际上现 在人们已经在这样做了，只不过是通过外科手术。象隆鼻、割双眼皮、丰唇、隆乳、 拉皮、丰额，特别是减肥。当每个人都能自我感觉到外表优美、健壮从而带来内心 的愉悦和自信时，我们的人类是不是会变得更和谐更美好呢？ 总之，对基因改良的意义、价值，不要因噎废食，而是要科学地引导，去弊取 利。 基因探明人类老化原因，长命千岁不是梦 英国政府负责协调基因研究工作的科学家说，随着人类在基因密码研究方面的 进展，死亡也受到科学的挑战。这位科学家预言，人类寿命很可能在不久的将来被 大大延长，而且具有达到1200岁的潜力。国家人类基因组北方中心负责人顾军博士 说，可以说，人体的疾病都与基因有关。比如一些人到中年会秃顶，年老舍得糖尿 病，这都与基因有关。记录着人体奥秘的基因密码公布后，人就变成了一个“透明” 体，医学家可以预测出何时会得疾病，得什么病，由哪些基因致病，从而用基因诊 治，人的寿命由此会大为延长。人类基因组博士张猛说，不少科学家认为人的寿命 与细胞的周期分裂有关，而基因研究可以计算出细胞的寿命，从而为人体“算命” 提供科学依据。 一项最新发表在美国《科学》杂志上的研究发现：有60种基因与人的衰老有关。 看来，人类千百年来探求长寿的努力都没有抓住问题的根本，都没有从基因的 层面上探求长寿之道。那么基因与人的寿命到底是一种什么关系，为什么说抓住了 基因就算掌握了长寿的秘诀，圆了人类几千年的梦想，人类又是如何探索基因与寿 命的关系的呢？我们来看着哈默和柯鲁蓝的介绍。 一般人认为，如果父母亲都长寿，那么子女也较可能长寿。许多科学实验证实， 长寿可能和遗传有关。1934年，在约翰霍普金斯医学院一项破天荒的研究中，两位 姓波尔（Peax ＆R．W．Pear） 的科学家，访查了一群九十岁以上的人，证明他们 的祖先多半很长寿。四十年之后，该校新一代的科学家继续追逐这群人的子女，发 现他们也都很长寿。 究竟遗传与长寿有什么样的关系？最好的例证来自一个双胞胎实验。针对1870 至1900年出生的2872名丹麦双胞胎所作的调查发现，同卵双胞胎的死亡年龄比异卵 双胞胎接近，显示出基因的影响。不过影响并不很强：长寿的遗传性在男性约为26 ％，女性约为23％，而决定人能活多久的变数，大部分是在于看来毫不相关的个人 因素而非家族因素。就是这还算普遍的长寿遗传性，也可能分布在很多不同的基因 上。有庞大的数字不禁令人却步，尤其第一手资料又那么少（自有遗传学以来才只 有几个世代而已）。 但有些人依然不畏困难， 想要找出衰老的基因。 1976年， 罗斯（MIChaeR・ ROSe）在英国瑟克斯大学作遗传研究生的时候，开始在牛乳瓶中培养他的“家族”。 他在瓶中装满营养物质，放了两百双受精的雌果蝇进去。五周后，果蝇已到达生育 期的尽头，罗斯收集了依然健康且有生殖力的果蝇的卵，养育新的一代。再过五周， 他又收集了最长寿果蝇的卵，不断重复这样的过程，每一次都选择最长寿果蝇的子 孙。果然如他所预期的，新一代的果蝇都活得比上一代的稍微长久。 如今罗斯已经培育出百万双果蝇，而且这些果蝇还在继续繁殖，经过长寿的筛 选。罗斯现在有加州大学厄文分校五十名研究助理协助他作这个研究，目前他所培 育的果蝇寿命已经是祖先的两倍，而且还在持续增加。如果他们是人类，寿命就已 经达140岁了。罗斯称这些寿命长达120天的果蝇为“马撒拉果蝇”（Methuselah）。 马撒拉是圣经中一位寿星的名字，他活了969岁。 罗斯的实验说明了两个重点。第一，基因在衰老的过程中举足轻重，长寿的果 蝇并不是因为医药进步、保健制度或是汽车安全带而延长寿命的，他们和其他果蝇 的不同只在于基因，而且罗斯是以培养而非干预的方式“自然”生成的；第二，衰 老基因的数量必然非常庞大，如果只是少数几个基因，那么罗斯的实验老早就可以 结束了，因为只需几个世代就可以选择出最优良的基因。罗斯依然在培育长寿的果 蝇，意味着依然还有许多尚未找出的衰老基因库，而要找出这些基因，必须先了解 衰老基因如何运作。 艾默瑞大学医学院的华勒斯博士（Dr・haWallace）曾展示细胞老化的幻灯片。 24岁时的细胞在幻灯片上不但紧绷，而且展现了完好的色带。33岁时，色带依然清 楚，但边线已经开始模糊了。随着年岁增加，色带开始松坠退化，在最后一张94岁 的幻灯片中，可以看到原先的色带已经完全消失，只剩下一片朦胧。这些幻灯片展 现了年岁如何侵蚀了包含在拉线作的DNA。我们以16569个碱基的粒线体基因组展开 生命， 但随着我们老化，细胞分裂，总有错误、省略和删除。而由于失去的DNA不 能取代，因此人到了观岁，就几乎没有任何基因组能保持原封不动了。 众所周知，复印过多遍的文件很难阅读，人类的衰老也有着相同的道理，细胞 在经过多次复制之后便很难准确地识别它的基因，这也导致了和年龄有关的疾病的 发生，如：乳腺癌、骨质疏松症、老年痴呆症等。 就象被弄污的复印件，劣质的基因在复制过程中会出现错误，也就是说，衰老 的细胞丧失了精确复制自身的能力，就如同癌细胞不能停止繁殖一样。衰老曾被认 为是由于细胞停止分裂所造成，新的研究发现衰老是由于细胞的再造过程中失去质 量控制所致。 一项受试者包括一个7岁、一个9岁、两个37岁、三个90岁以上人，以及两个分 别为8岁和9岁的患有早衰疾病的孩子的研究， 通过DNA显微排列技术，科学家发现 在较老的人体细胞中有1％的基因已经发生了改变。 而一种罕见的基因失调导致早 衰孩子的过早衰老。如果接下来的研究可以确认这一组基因确实影响人的衰老，也 许阻止这种基因作用的药物将被研究出来，而人类将不会对衰老有过多的担心。 失去DNA是另一种更普遍的退化过程――氧化――的迹象。 每一个人体细胞每 天都使用约一兆分子的氧气，但并非所有的氧气都是好的。含有自由基这种未配对 电子的氧气，是人体内最活泼也最具破坏性的毒素。由于自由基多带一个负电，因 此会胡乱把自己依附在多种不同的分子上， 它们攻击DNA、蛋白质和脂质，造成皮 肤上的老人斑，也破坏细胞的修复和再生。 氧气和金属结合时，称作生锈，而当由氧气生成的自由基攻击人体细胞时，就 称作老化。我们赖以维生的呼吸，其实也使我们的身体生锈，因此等于屠杀自己。 我们年轻健康的时候，细胞能够修复和取代自由基所造成的破坏，但当氧气攻击修 复和取代的机制时， 我们的细胞新陈代谢和造成突变的DNA（包括导致癌症者）就 容易受损。 氧化的老化理论可以预言：促进自由基产生和破坏的基因，会加速老化，而阻 止自由基或增进细胞保护自己能力的基因，就能延长寿命。学者已经在一种非常不 可能的生物身上测试这种理论：一种小虫。 这种以细菌为食的圆虫只有一毫米长，是雌雄同体，亦即可以自行授精，只活 九天。它的基因至少有四成和人类相同，而它短暂的生命也可以极度压缩的形式， 反映出人类的寿命。这种虫在衰老的过程中，最先是丧失生殖力，接着动作逐渐延 缓， 保证自己不受氧化伤害的能力也衰退，DNA中累积了错误和改变，尤其是在拉 线体DNA上， 接着死亡到来。如果细心培育，可以产生一群超级小虫，能够有五倍 于一般的寿命， 相当于人类活到350年左右。这是借着结合数种和衰老有关的不同 基因而达到的。 第一个延长寿命的突变， 在名为“年龄一”（ge－1）的基因中发现。这个基 因的突变异种寿命是正常圆虫的两倍，而且在年轻时期和其他国立一样健康活泼， 繁殖力强。这种变种老化时，不论丧失行动能力的速度或是粗线体DNA突变的累积， 都比其他的虫慢得多。 科学家想要了解，这些虫得以长寿是否因“年龄一”基因们免受自由基之害， 因此让这些虫暴露在高密度的氧气或是制造自由基的化学物质中。变种虫的确在几 方面表现得比一般虫子更强健，他们更能抵抗自由基、热度及紫外线（制造自由基）。 变种的细胞促进两种酵素的最： 过氧化氨酶和过氧化物歧化酶 （sUperokidedisrnutase， 即S3D），而这两种酵素能够把有毒的自由基转为较温 和的分子。因此，拥有“年龄一”基因的虫，的确更能抗氧化。 另一种变异也减缓了这种虫的生理时钟。拥有这种称作“时钟”基因的虫，发 育较一般的虫慢，生活的步调也较慢。他们的一切都放慢速度：胚胎的发育延迟了， 细胞的分化得花更长的时间，动作和游泳步调侵吞吞，甚至排便也放慢了速度，死 亡亦然。他们的寿命增加了一半以上，仿佛这些虫生活在时间减缓的另一个世界。 对于这种延长的寿命，一种可能的解释是基因减少了自由基的累积，或是增加了分 解毒素的酷素累积。 甚至正常的虫对生命的步调，都比人类有更高的控制力。在遣送旱灾或饥荒时， 虫子可以整优进入冬眠期，等情况改善再恢复正常生活。某些基因突变促进了这种 冬眠的状态，使寿功鹏，在冬眠期，虫子不吃不动（也不会累积由自由基而来的损 害），但依然存活。学者让冬眠期长和生理时钟慢的虫杂交，培育出寿命长达一般 央五倍的虫子，破了纪录。 在虫子中所发现的延长寿命基因很重要，因为它们和氧化压力相关，这是和造 成人类衰老相同的机制。 科学家们不光研究虫子，还研究老鼠。欧洲肿瘤研究所的科学家说，通过实验 表明，只要去除一种控制细胞修复功能的基因，就可以使普通老鼠的寿命延长。 进行该项研究的负责人佩利奇说，科学家早已发现，在衰老过程中，细胞会因 氧化反应而受损。在过去的实验中，研究人员发现了一种控制po6SHC蛋白的基因， 它就如同一个电源开关一样，当它接通时，P66SHC蛋白就可以及时修复受损细胞， 反之，则受损细胞死亡。他解释说，去除这种基因，P66SHC蛋白便可经常处于“接 通状态”，使因氧化而受损的细胞迅速获得修复。他说，他和他的研究人员培育出 的去除这种基因的老鼠，其平均寿命较一般老鼠高出另％。 通过以上的介绍，我们知道人类在探索长寿的道路上已经迈出了决定性的一步， 不同的试验、研究，已经从多个角度对寿命与基因的关系做了有很高价值的发现。 人类寿命的大幅度延长已经不是遥不可及的事了，个体的长生千岁不再是梦想。 但是，人活得越长就一定越好吗？人类的新陈代谢是自然的规律，也是历史的 规律。人不光是生物学意义上的个体，还是人类社会的一员，还要从全人类种族社 会的角度看问题。这一点科学家已有所体悟。基因学家杨焕明说：要不了多少年， 人便可以根据“基因图”调整自己的生活方式，使自己处于最佳的生命环境中，这 样活150岁不成问题。 现在，科学家已经可以拨动人体的生物钟，如果“生物钟” 问题攻克了， 人可以活到500岁。当然，科学的发展要有利于人类的进步，人类过 于追求长寿，对人类本身没有好处。所以，科学家还要负起人类的整体责任，有的 事不可以做。 对农业的根本性影响 基因工程技术在农业上已经产生或即将产生根本性的影响。 基因技术可以在以下方面发挥作用： 1．改善农作物对抗恶劣环境的能力 ・抗恶劣环境――如抗霜害、耐旱、耐热、耐碱的新品种。 ・抗病害――如抗菌、抗虫、抗杀草剂的基因工程新品种。 2．提升农作物的品质与产量 ・耐储运及后熟控制――如若茄、香蕉等浆果类产品之品质提升及成熟度控制。 ・含“补药”的农产品――米饭也可当“药”吃，萝卜可以当“人参”卖等， 未来这些都不再只是梦想。 据《日经产业新闻》报道，日本农业生物资源研究所成功地将玉米的光合酶的 基因植入水稻细胞中，从而为培育生长快、产量高的“超级精”提供了可能。 玉米中有三种与光合作用有关的酶， 即“PEPC”。“PPDK”和“NADpoME”， 光合作用要比水稻强，能够在瘠薄的土地上生长。该研究所用转基因技术把玉米的 这三种酶的基因分别植入水稻细胞中去，培育出了三种转基因水稻新品种。室内栽 培的结果表明，这些新稻种的光合作用大大高于一般水稻。 从理论上说，玉米的光合酶能够提高玉米对二氧化碳的利用率，增加它的淀粉 含量，而且还能够使其有效地利用土壤中的水分和氮肥，提高产量。 该所计划把玉米的上述三种光合酶的基因同时植入水稻中，以培育光合作用更 强、生长快和产量高的“超级稻”。 美国科学家最近还分离出一种能够加速植物生长的基因，这一成果对于提高作 物产量和作物育种具有重要意义。 据美国《科学》杂志报道，这种名为FT的新基因是由美国加利福尼亚州萨克尔 研究所的生物学教授德勒夫・威格尔等人识别并分离出来的。威格尔研究小组利用 遗传工程方法对一种名叫拟南芬的植物进行改造，插入了这种新的基因，结果培育 出了含有ry基因的拟南芥种子。 科学家发现， FT基因含有的一种蛋白与另一种拟南芥蛋白TFLI极其相似， 而 TFLI基因对于植物开花过程起阻碍作用。如果加强ry基因的表达就能使植物提早开 花，反过来如果加强TFLI基因的功能就会推迟植物的开花时间。威格尔说，他们已 经把ry基因插入烟草植物里，提早了烟草的开花期。 威格尔研究小组还发现，与早先发现的导致植物提早开花的LEAF基因相比，基 因FT不仅仅可以提早植物的开花期，还可以加速植物枝叶的生长和发育。该小组计 划利用这种基因来培育转基因水稻。 除了提高农作物的性能，加快生产速度，利用基因技术还可以消灭害虫。 英国科学家用转基因技术培育出一种果蝇，其雌性后代因具有基因缺陷将无法 生存。这种方法可望用于消灭果蝇和其它侵害农作物或传染疾病的害虫。 美国《科学》杂志发表报告称，英国牛津大学和曼彻斯特大学的科学家在果蝇 体内设置了一个“基因开关”。它对雄性果蝇没有影响，但会在雌性果蝇体内起作 用。具有这种基因的雌性果蝇，必须从食物中摄取足量的四环素，否则就会无法消 化吸收食物营养，最终导致免疫机能失调而死亡。 科学家说，如果将这种转基因雄性果蝇大量投放到自然界中，它们与野生雌性 果蝇交配后，产生的雌性后代将遗传这种致命基因，难以存活。经过一定时间，野 生果蝇的数量就会显著减少。科学家正在研究用这种方法消灭地中海果蝇和传染黄 热病的伊政。 由于一般只有雌性害虫会对农作物和人畜产生较大危害，向自然环境中投放大 量雄性转基因害虫，并不会加重虫害。 1996年，美国佛罗里达州释放出第一只遗传工程昆虫――捕食螨。佛罗里达大 学的研究人员希望这种螨能捕食损害费和其他作物的螨类。加利福尼亚大学的科学 家们，则把一个致死基因导入红棉铃虫，一种引起棉田每年损失上百万美元的鳞翅 目毛虫。这种致死基因在棉铃虫的子代开始激活，在其损害棉花、交配和繁殖之前 的早幼棉铃虫阶段就被杀死。这个项目的研究人员托马斯・米勒（ThomasMiller） 和琅洛坎（JohnP。lmpin）希望把这种遗传Xi程棉铃臾幼虫大量培育为成虫，然后 把它们释放到环境中与野生型棉铃虫蛾交配，其后代都将因为携带致死基因而大批 死亡。这是一种新的虫害控制方法。 基因技术在农业方面潜力巨大。据介绍，在农业方面，生物工程产品趋于部分 取代由石油化工方法制造的农用化学物。科学家们正忙于设计研制新粮食品种。这 些新品种可以直接从空气中吸取氮，而不是像现在的庄稼这样需要施用化肥。还有 一些正在进行的实验，探索把某一种系的理想遗传性状转入另一种系，以提高植物 的营养价值、产量和质量。科学家们正在用有除草剂抗性、帮助抵御病毒和虫害， 以及适合干旱或盐碱环境的基因进行试验，所有这些都是为了提高和加速农产品进 入市场的流程。 1996年，第一批进行基因剪接的、以商业为目的的粮食作物开始种植。在美国 亚拉巴马州棉花池中，有3／4以上是遗传工程的抗虫害品种。1997年，美国的遗传 大豆的种植面积超过300万公顷，遗传工程玉米的种植面积也超过了140万公顷。化 学和农业公司希望在今后5年时间里， 在绝大多数农田里种上经过基因剪接的农作 物。 有几家生物技术公司正在组织培养这一新的研究领域里探索，目标是到21世纪 时能把更多的农业生产转移到室内。20世纪既年代后期，位于美国加利福尼亚州的 一家生物技术公司L吸困划办cs（现已倒闭） 宣布，他们在实验室里用植物细胞培 养方法，成功生产出了香子兰。香子兰是美国最受欢迎的一种香料，在美国销售的 冰淇淋中有1石是香草冰淇淋。 但是，香子兰生产成本昂贵，它必须人工授粉，并 要求在采集和加工的过程中格外小心。现在，科研人员应用基因剪接技术，通过分 离基因和解译产生香草昧的代谢途径，使香子兰可以在细菌培养精内生长，在实验 室里大量生产香于兰，而不再需要豆荚、苗木和土壤，也不需要农民来栽培和收获。 研究人员用组织培养方法在实验室里成功生产出了相橘和柠檬的囊泡。一些工 业分析家相信，在不久的将来，橘汁将可以直接在大培养缸里“生长”，不需要再 去种植橘树。美国农业部的科学家，已经把松散的棉花细胞浸在含营养液的培养缸 里让其生长。因为这种是无菌条件下生长的，没有微生物污染，故可以直接用来制 作无菌棉纱。 已故的罗戈夫（MdrtinH・R明献和罗林斯（StaphenL・Rawins）是前美国农业 部的生物学家和科研管理者，他们预见将来会以农田和工厂相结合的方式来进行农 业生产。 农田里种植终年不断的生物量（b――）农作物，收获后用酶把它们转化 成为糖溶液，然后把这些糖溶液用管道输送到城市的生产工厂。它们将被用作营养 来源，以便通过组织培养大量生产浆（pulp）。这类浆可以根据需要重组或制作成 为不同的结构和形状，以模拟传统“土地生长”形式的农作物。按照罗林斯的说法， 这是一种新型的农作物生产工厂，将进行高度自动化生产，只需要很少的工人。 英国一家证券公司的罗伯特・弗莱明认为，基因工程将会使种子成为今后有利 可图、有发展前途的生意。由于看到了这一转移的来临，大型的化学公司，如英格 兰的皇家化学实业公司，英荷壳牌集团，美国的蒙桑托公司，瑞士的桑多兹公司， 法国的罗纳一普朗公司，已经在过去的十年中花费了100亿美国购买种子公司。 利用基因转移可以提高小麦产量。据赵学漱先生介绍，我国著名育种家李振声 用禾本科草和小麦杂交，使有益基因转移。经筛选后，培育出新的小麦品种，具有 高产且抗病的特点。此小麦品种已在我国西北地区推广，效果很好，每年产量得到 很大提高。 我国还首创将人工合成的抗菌肽体基因，以农杆菌为载体导入水稻细胞里，得 到六种抗白叶枯病细菌病害的株系。导入抗菌肽基因的水稻，其抗细胞能力可以代 代相传。 英国《自然》 杂志，英国广播公司，英国《每日电讯报》等于1997年2月报道 了我国旅英国工作的罗达博士在世界上首次发现了一种控制花形状的基因。高等植 物花的形状大致分为规则型和不规则型两种。常见的喇叭花属于典型的规则型，兰 花则属于不规则型。科学家们认为不规则型花是由规则型的花经过千百万年的进化 形成的。高等植物花型的研究对揭开植物进化之谜具有重要意义。 罗达博士在过去10年中对金鱼草进行了研究， 发现金鱼革中一对称为CYC和 DICH的基因对花形状的形成起着关键的作用。当它们发挥作用时，金鱼等的花就发 育成不规则型；当它们发生变异而无法发挥作用时，金鱼草的花就发育成规则型。 罗达博士在实验中利用一种称为“转座子”的跳跃基因”这种基因在活动时可 以插入到金鱼草的基因中，使插入部分的金鱼草基因失去活力。罗达博士和他的同 事们用这种方法培育了8万株金鱼草， 从中筛选出了花形状变异为规则型的植株。 通过分析跳跃基因插入金鱼草基因的位置，他们终于发现了这一对控制花形状形成 的基因。 花形状基因的研究对生物技术和生物基础理论均具有重要意义，它可以揭示基 因如何控制生物发育，以及植物主体形成基本结构的分子机理。同时，这一研究还 具有非常重要的商业应用价值，利用它可望培育出许多形状独特的珍奇花卉。 畜牧业的革命性变革 伴随着农业正在出现的许多变化，畜牧业也发生着革命性变革。研究人员正在 开发具备提高食品产量特点的遗传工程“超级动物”。他们还在创造一种转基因动 物，这种动物可以用来作为生产医药产品的“化学工厂”，也可以为人类器官移植 提供原料。澳大利亚阿德莱德大学的科学家们，已经开发出一个遗传工程新品种猪。 与普通猪相比， 饲养这个新品种的效率要高30％，并且可以提前7周上市销售。澳 大利亚联邦科学与工业组织已开始生产遗传工程绵羊。这种绵羊也比普通绵羊的生 长速度快30％。目前，他们给这种绵羊导人另一种基因，以提高羊毛的生长速度。 在美国威斯康星大学，科学家们通过改变孵化雌火鸡的基因提高火鸡的产蛋量。 与非孵化雌火鸡相比，孵化雌火鸡产蛋量要少是人一1／3，在一般鸡群中其比例接 近20％。由于“孵化影响产量并使成本增加”，研究人员急于制止雌火鸡的“孵化 天性”。生物学家通过控制生成催乳激素基因，限制了雌火鸡的正常“孵化天性”。 这种新型遗传工程火鸡不再表现出孵化这一母性本能，从而使产蛋量增加。 畜牧业方面的许多前沿研究出现在“制药”这一新领域。研究人员把禽和畜类 转变成“生物工厂” 、 生产药物。 医用产品和营养补充剂。1996年4月，＆斑叽 mTharlsgen－ics公司宣布， 一只携带BR－96抗体生成基因的转基因山羊出生，取 名格雷斯（GraCe） 。BR－96抗体是由施贵宝公司研制开发的一种单克隆抗体，可 以运送共轭的抗癌药物。预期到格雷斯1岁时，它可以生产4千克多实验用抗癌药物。 而GenZyrn公司也正在准备试验一种可以生产抗凝血药物――凝血酶的转基因山羊。 还有一些类似于Genz的公司，也希望将来能用转基因制药动物作为药物生产工厂， 其费用只有化学生产工厂的一半。规外见公司总裁指出，该公司新建的造价1000美 元的生产治疗高歇氏病药物的工厂，不久可能会被12只山羊所取代。顺便说一句， 格雷斯目前的身价高达100万美元，是有史以来最贵的山羊。 1997年2月，位于美国弗吉尼亚洲的PPL制药公司宣布，一头名叫罗西（RO8ie） 的转基因牛犊诞生。 这头奶牛的如中含有为人体提供必要氨基酸的人a一乳蛋白， 从而可以绝不能吮奶的早产婴儿提供丰富的营养。 美国科罗拉多州博尔德的＆m的 增即公司，也制造出了能生产血红蛋白的转基因猪。 1997年2月22日， 这种新的制药技术又朝商业用途迈进了一大步。52岁的苏格 兰胚胎学家威尔马特门anWimu）等宣布，他们成功地克隆了历史上第一只哺乳动物 ――只名叫“多利” （Dell）的绵羊。威尔马特把成年羊体细胞的DNA“装入”正 常绵羊卵细胞以取代卵细胞的DNA， 把这种卵置于体外培养，然后移入另一只母羊 的子宫。‘步利”的诞生是新兴生物技术时代的一个里程碑。它使人们有可能大规 模生产精确拷贝的哺乳动物，这些拷贝的动物与其原版毫无二致。 在宣布 “多利” 的诞生不久， 威尔马特与美国PPL制药公司坎贝尔 （KeithCampbell） 博士领导的科研小组合作， 又成功地克隆出第二只名叫波利 （Poly）的绵羊。这只绵羊的生物密码中含有一个改造过的人类基因。研究人员在 胎羊细胞中加入了一个人类基因，让细胞在实验平皿中生长，然后再用增强的细胞 克隆出绵羊。这项实验甚至让有些通常出言谨慎的科学家大为吃惊。正如美国普林 斯顿大学的分子遗传学家西尔弗（I－eeSilver） 博士说：“‘多利’之后，尽管 每个人都期待着这将会发生，但都认为它会是5一10年以后的事情。” 以往，人们只是可以根据精确的数量定义标准，有目标和高效地把无生命的物 质和能量转化成物品。当遗传操作与克隆技术结合之后，科学家可以定量地衡量标 准、可预测性和效率，根据需求制造并大批量生产各种动物。农业、制药和化学公 司计划大量订制和克隆动物，用作生产各种药物和医用产品的化学工厂。肉食加工 业也对克隆技术发生兴趣。如果能够按照精确的肥一瘦比例标准大批量生产，将有 助于实施严格的质量控制，而这在过去都是不可能的事情。 从克隆动物那里还可以大量获取人类器官移植所需的器官。大批量生产精确的 动物复制品，使生物工业所特有的质量控制得以实现，这是外源性器官移植成为生 物技术世纪的一项主要商业的必要前提。生物技术公司如Nextra n和Alexam等，正 在把人类基因导人动物胚胎的种系内，以使动物的器官更好地与人类基因组匹配， 减少发生异体排斥的可能性。Nextran 公司已经在进行用转基因猪的肝脏帮助治疗 急性肝衰竭的临床1斯实验， 病人同时也在等待会适的人的器官供体。这种体外治 疗方法是把猪的肝脏放入容器并置于床边，医生通过病人的腿部静脉将血液系入猪 的肝脏， 然后经颈静脉把血液再泵回到病人体内。据Nextran公司总裁马文・米勒 （MarvnMiler）估计，这种转基因猪肝脏的商业价值每个高达1．8万美元。在美国 每年就有10万以上的病人因不能及时获得人类器官而死亡，所以外源性器官的商业 市场非常大。华尔街的投资公司SalOInohaere估计，到2010年，全世界将有45万人 受益于外源性器官移植。新兴的器官工业的市场价值可能会超过激亿美元。（参见 里夫金：《生物技术世纪》） 世界的全面重塑 基因技术除了在医药医疗领域、农业畜牧业领域产生革命性的变革外，还在林 业、能源、环境、采矿等许多行业产生重大影响。它对人类的生活产生了广泛的影 响，在某种程度上解除了我们的一些恐惧和忧虑，解决了许多曾经困扰我们的问题。 在林业领域，人们在寻找可以导人树种的基因，使得树木能速生、抗病，更适 合冷、 热及干旱。据报道，Calgene公司分离到一种控制植物纤维素形成的酶的基 因，希望通过增加这种酶来创造出细胞壁中纤维素含量高的树种，为纸浆和造纸工 业发明一种更加有利可图的“摇钱树”。 在能源领域，利用基因技术，人们尝试用可再生的资源来代替传统的已经日趋 减少的煤、石油和天然气。譬如，用从糖和粮食中提取的乙醇来用做机动车所用的 动力燃料，这一前景是鼓舞人心的。因为，粮食和糖不象石油，是可以再生的，似 乎是取之不尽的，这就为解决人类迟早要发生的能源危机开辟了新路。 在清洁环境中生物技术也提供了优良的工具。人们的思路是，用生物体特别是 微生物清除或治理有害的环境污染物。据介绍，研究人员正在用遗传工程霉菌、细 菌和藻类等作为“生物吸收”系统，来捕获包括汞、铜、锅、铀和铅等在内的污染 金属和放射性元素。 在采矿业，人们已经开发了新的微生物来替代来炼矿石的机器和矿工。对于用 常规方法难以提炼的粗矿石，微生物将提供更经济的粗练和加工方法… 以基因为基础的生物技术对我们生活的影响是全面的，有些技术刚刚开始运用， 有些还只是一种可能性。不管怎样，基因诺给我们的前景是诱人的，特别是在财富 的创造方面，都给人们提供了巨大的机会。这是下一章的主题… ------------ 图书在线制作