生物与遗传工程出现时间与发展历史

生物与遗传工程出现时间与发展历史
生物与遗传工程
出现时间与发展历史

生物与遗传工程出现时间与发展历史
遗传工程
根据遗传学原理,按照人们预先设计的生物蓝图,对生物的遗传物质进行有计划的操作,以达到定向改造生物的遗传组成,使其获得新的遗传性状,这个工程称为遗传工程.
“遗传工程”有广义和狭义之分.广义的“遗传工程”包括细胞水平上的遗传操作（细胞工程）和分子水平上的遗传操作（基因工程）；狭义的“遗传工程”就是基因工程（genetic engineering）——参见重组DNA技术（recombinant DNA technology）,1980年Hobom B.采用合成生物学（synthetic biology）的概念,2000年Kool E.重新定义合成生物学为基于系统生物学的遗传工程,由于人工DNA的合成、全基因乃至基因组的合成,21世纪遗传工程已经进入了人工设计与合成生物系统的基因结构、基因调控网络、乃至基因组的时代.
一种遗传学技术,借助生物化学的手段,将一种生物细胞中的遗传物质取出来,在体外进行切割和重新组合,然后引入另一种生物的活细胞内,以改变另一种生物的遗传性状或创造新的生物品种,也叫基因工程.
俗话说：“庄稼一枝花,全靠肥当家.”在肥料中,氮肥又是最重要的一种.
各种庄稼在生长过程中都需要大量的氮肥.可偏偏大豆、花生等豆科作物却可以少施氮肥,甚至不施氮肥,也会长得很好.这是为什么呢?原来每棵豆科作物自己都有许多“小化肥厂”.这些“小化肥厂”就是生长在它们根部的大批根瘤菌.根瘤菌有个特殊的本领——固氮.它们能够把空气中的氮气收集起来,制造成氨,不断地供给豆科作物使用.
除了豆科作物,其他农作物像小麦、水稻、玉米、高粱等,都没有这样的“小化肥厂”,要想获得高产,就要施大量的氮肥.
有没有一种办法,让这些禾本科的作物自己制造氮肥,自给自足?在出现了“遗传工程”这门新科学以后,这种幻想才有了实现的可能.
什么是遗传工程
“遗传”,说的是生物方面的事儿；“工程”,说的是建筑方面的事儿.
“遗传”和“工程”怎么连在一起呢?难道人们可以像设计新的建筑物那样,来设计新的生物吗?
不错,正是这样.遗传工程这门新科学,要干的就是这件事.
大家都知道,各种生物都跟它们的上一代基本相同,也能生出和它们基本相同的下一代来.这种现象叫做遗传.但是,下一代跟上一代又不可能完全相同,总会发生一些极细微的差异.这种现象叫做变异.那么,遗传和变异是由什么决定的呢?经过科学分析,现在已经断定,这种物质就是核酸.核酸主要集中在每个细胞核里.生物的下一代接受了上一代的核酸,这些核酸对它们的生长和发育起着决定性的作用.所以只要深入研究核酸的化学结构,就可以揭开遗传和变异的奥秘.
核酸是一种非常复杂的化合物,它有两种：一种是脱氧核糖核酸,通常用DNA代表；另一种是核糖核酸,通常用RNA代表.
我们就以脱氧核糖核酸来说吧,它是一种高分子长链多聚物,一个分子是由几十个到几十亿个以上的核苷酸组成的.核苷酸又可以分成四种类型.这四种类型的核苷酸的排列次序不同,就决定了各种生物的遗传性.核苷酸好比电报字码,电报字码虽然不多,编排顺序却可以千变万化,每一组不同的字码编排代表一个中文意思.同样的道理,核苷酸虽然只有四种类型,成千上万个核苷酸编排顺序的不同,就成了不同的遗传基因.正因为核苷酸的编排顺序类似电报密码,人们就把它称作“遗传密码”.生物就靠脱氧核糖核酸分子长链上的各种不同的“遗传密码”,保证遗传性状一代一代传递下去.如果“遗传密码”出了一点错误或遗漏,必然会影响下一代的生长发育而发生变异.
既然遗传基因就在脱氧核糖核酸分子长链上,那么,人们如果识别了这些密码,能不能通过增添或除去一些基因,有目的地改造生物呢?
遗传工程就是根据这种设想产生的.它用类似工程设计的办法,先对生物进行设计,把一种生物体内的脱氧核糖核酸分子分离出来,经过人工“剪切”,重新组合,再安到另一种生物的细胞里,使这种生物具有某些新的结构和功能.
给细菌做手术
把这种设想变成现实,当然不是一件容易的事情.现在许多国家的科学家都在研究这项技术,并且已经摸出了一些门道.
举个例子来说,我们想使某种细菌能像蚕一样合成丝蛋白,产生出蚕丝来,就可以把蚕的脱氧核糖核酸的分子分离出来,“剪切”下来制造丝蛋白的“基因”.再从细菌的细胞里提取出一种叫“质粒”的脱氧核糖核酸分子,把它和“剪切”下来的基因接在一起,再送回到细菌的细胞里去.
这个办法说起来简单,可是要做到这一点起码要有两种酶.因为脱氧核糖核酸的分子非常小,要用电子显微镜才看得见,要把它链卜的制造丝蛋白的“基因”“剪切”下来,当然不能用普通的剪刀,而要用一种“限制性核酸内切酶”.这是一种蛋白质,它有个特殊的本领,能识别脱氧核糖核酸分子上特定的位点,把它分成长短不一的片断.有时候恰到好处,剪下来的是整个基因,有时候也会把基因剪坏.那也不要紧,因为到目前为止,已经发现了上百种限制性核酸内切酶,等于有了上百种各种各样的剪刀,总能挑选到一种合适的不会把基因剪坏的“剪刀”.细菌细胞内的一种叫做“质粒”的脱氧核糖核酸分子,也要用同样的“剪刀”来剪,这样才能使两个“切口”正好互相吻合.为了使它们连接得更加牢靠,还要用另一种酶,叫做连接酶,把接缝抹掉.
经过了这样一套手术,细菌将会像蚕那样合成丝蛋白,有了生产丝的本领.
到现在为止,这个办法还处在试验阶段,没有实际应用.但是我们相信,沿着这条道路走下去,将来总有一天,可以把动植物的遗传基因移植到细菌里去,或是把细菌的遗传基因搬到动植物细胞中来.这样,人们就有可能创造出许多新品种的生物.到了那个时候,遗传工程这套新技术,就会广泛地应用到农业、工业、医学和国防上去,使这些领域发生惊人的变化.
人工创造生物新品种
人家知道,培育优良品种是提高粮食产量和质量的重要途径.目前最有效的育种方法是有性杂交.但是,这种方法只能在同种生物之间或者亲缘关系很近的生物之间才能进行,亲缘关系远的生物,如禾本科作物小麦和豆科作物大豆就不能杂交,因为它们的生殖细胞不能结合.
“遗传工程”不受这个限制.目前科学家们想把豆科作物的根瘤菌里能固氮的基因取出来,移植到生活在小麦、水稻、玉米这些庄稼根旁边的细菌里去,使这些细菌也有固氮的本领.这种本领能一代一代传下去,不断地供给植物氮肥.
科学家们还准备采取另外一种办法,干脆不用细菌帮忙,直接把根瘤菌的固氮基因移植到小麦、水稻、玉米这些庄稼的细胞里去,使它们自己就能固氮.如果这个办法成功了,就等于给每棵庄稼办了一个“小化肥厂”.现在我国农村每个生产队每年都要买化肥,将来这一大笔钱就可以省下来了.
让细菌给我们制药
遗传工程在工业生产上,也将产生很大的影响.我们也来举一个例子：
治疗糖尿病的特效药胰岛素,目前是从猪、牛等牲畜的胰腺中提取出来的.一吨胰腺只能生产半两多一点的胰岛素,远远跟不上糖尿病病人的需要.如果我们把胰腺细胞里产生胰岛素的基因移植到大肠杆菌里去,就能使大肠杆菌产生胰岛素.大肠杆菌的繁殖比高等生物快得多,在合适的条件下,繁殖一代只要25分钟,最多也超不过两小时.这项试验一旦成功,胰岛素的产量就可以大大增加,成本也可以大大降低.
治疗遗传疾病
遗传工程还能帮助人治疗遗传性疾病.
有的人成了天生的白痴,同由于他们身体的细胞里缺少了一种“半乳糖酶”.医生为了治这种病,就可以把细菌产生半乳糖酶的“基因”提取出来,移植到病人身体的细胞里去,使病人自己能产生半乳糖酶,这就有可能把白痴治好.这种应用遗传工程的医治办法叫做基因治疗.
据统计,人类的遗传疾病有一两千种之多,目前大多是不治之症.随着遗传工程的发展,将来有可能成为可治之症.这是多么令人高兴的事情啊!
遗传工程是一门新兴的科学,这几年发展很快,许多国家都在研究.但是国外也有些人反对搞遗传工程.他们害怕产生出容易引起癌症的病毒或细菌,使癌症广泛流行；害怕产生出耐抗菌素的新菌种,给治病造成困难；还害怕扰乱和破坏了正常细胞的功能,造成奇怪的疾病……在美国,这个问题曾引起了科学界激烈的争论,还规定了一些安全措施.
对遗传工程的种种顾虑,都是根据现有的知识推测出来的,是不是真的那么危险,还要通过实验来确定.我们开展这项研究工作,当然要认真对待,采取必要的安全措施,但是害怕是完全不必要的.
一门新科学给人类带来的是祸还是福,其实并不决定于这门科学本身,就像原子能那样,既可以用来造福于人类,也可以用来做杀人武器.我们研究遗传工程,应该努力发展它对人民有利的方面,限制和消灭它对人民有害的方面,更要警惕和反对利用遗传工程进行生物战争.我们相信遗传工程一定能成为人类改造自然、征服自然的有力工具.