第一篇第二十八章基因工程在农业及环保中的应用 (2)
合成的生长激素释放抑制素基因上，而后再把这个基因和大肠杆菌的质粒连接在一起成为一
个重组质粒。这个充当拖车的质粒携带着人工合成的生长激素释放抑制素基因进入大肠杆菌
。当启动子在大肠杆菌中被开动时，生长激素释放抑制素基因也被大肠杆菌当作是自己的一
个基因而充分地表达功能。于是在大肠杆菌细胞内就产生出了人脑生长激素释放抑制素。这
种大肠杆菌和原来的大肠杆菌不一样了，因为它带上了能产生生长激素释放抑制素的基因，
所以叫做工程菌。把这种工程菌放进发酵微生物的发酵罐里，这种工程菌就不断地大量繁殖
，这些工程菌的代谢产物里就产生出了许多治疗疾病的人生长激素释放抑制素(图1-17)。这
些经过改造的大肠杆菌(还可以用枯草杆菌和酵母菌等)产生的工程菌，不正是一座能生产贵
重药品的活的细菌工厂吗？
用这种活的细菌工厂生产的抑制素价格从原来的每克5万美元下降到每克300美元甚至更
。而且这种方法生产的产品比较纯，给人注射后不会出现过敏反应，也就是说不会因为用药
给人体带来副作用。
除抑制素外，激素、淋巴因子、神经多肽、调节蛋白、酶类、凝血因子等人体活性多肽
及某些疫苗对疾病的诊断、治疗和预防有着极其重要的作用，然而因材料来源困难、工艺复
杂，使之造价高昂，许多患者对此望而止步。
基因工程的问世，可以说是给这些患者带来了福音。许多昂贵药品的造价成百甚至上千倍地
下降，从而不再是可望而不可求了。除前文所述抑制素外，下面我们再举一些实例以见一斑
。
干扰素是人及动物产生的一种蛋白质，具有调节免疫功能及抗肿瘤作用。用病毒或抗原
作诱发剂，刺激白细胞或淋巴细胞产生干扰素的方法，数量极少，用于临床试验困难极大。
用基因工程的方法，可以从1升发酵液中得到600微克干扰素，相当于从1000升血液细胞中获
得的量，而且成本也便宜得多。如用普通方法制备1毫克干扰素需花费上万元，而用细菌生
产仅需几美分。这其中的差别简直是天渊之别。目前，干扰素已大量用于临床。
基因工程技术在制药工业中的应用相当广泛且硕果累累，这里所据的例子仅是管中窥豹。相
信基因工程技术将为医药领域提供更多更新的产品，使许多疾病的用药问题随之迎刃而解。
分子听诊器——基因诊断
在英国历史上，维多利亚女王是统治时间最长的君主。有“欧洲的祖母”的称号，不幸的是
，“欧洲的祖母”是一种遗传病——血友病致病基因的携带者。血友病是一种因
先天缺乏某种凝血因子而引起的遗传性出血性疾病。这各病的可怕在于患者都有出血倾向，
而且出血后血液极不容易凝固。患者的这一情况从婴幼儿时逐渐加重。一点轻微的乃至不易
觉察的损伤，对别的孩子来说算不了什么，但在血友病患者的身上却可引起大片的出血，
并可进一步导致严重出血乃至死亡。
除了血友病之外,还有一种医学上称为“镰状细胞贫血病”的遗传病。这种病人的红细胞在
显微镜下观察,像一把又长又弯的镰刀。患有镰状细胞贫血病的病人完全不能进行激烈运动
，而且长期遭受慢性贫血的折磨，也无药物治疗。镰状细胞贫血常见于黑人，发病在幼年时
期，是一种致命的疾病。
诸如此类的遗传病还有很多，据目前所知，只有少数几种常见的遗传性疾病可以根据患
者的体表特征进行诊断外，其他的诊断起来十分复杂。
怎样才能早期诊断这些疾病呢?为此，科学家付出了艰辛的努力，终于找到了基因诊断
的方法。假定某种致病基因有一特定的基因片断。人们为了要找到这一致病基因，就要用人
工方法先合成一单链DNA片段，其碱基序列正好与这一致病基因特有的片段中的一条链互补
。为了方便地识别，还要给这一单链DNA片段打上标记：如果用放射性元素标记，就可用
放射性自显影识别；如果用荧光标记，就可用荧光显微镜识别，等等。这种带有标记的特
定的单链DNA片段就叫基因探针。
如果一患者的疾病是由这一致病基因引起的，那么，其DNA经裂解成单链(如通过加热)
后，与上述基因探针混合，它们就会根据碱基互补关系结合成双链DNA片段。由于基因探针
带有标记，很容易找到这一双链DNA片段，从而也就找到了这一致病基因。
因此，基因诊断是用基因探针来诊断疾病的一种新型诊断技术。用基因探针诊断疾病，
好比军队工程兵用探雷针(相当于检查某种疾病的基因探针)探测地雷(相当于产生某种疾病
的致病基因)一样，灵敏度和准确度均佳，又简单快速，为疾病诊断解决了许多难题。
治病治根——基因疗法
遗传疾病，每年给患者的家庭造成了沉重的经济和精神负担，对于这样的遗传病，原来并没
有什么好的治疗方法。但是基因工程的发展，基因治疗为遗传病的治疗提供了诱人的前景。
1990年，美国在临床治疗上开了基因治疗的先河。
1990年时，阿珊蒂是一个年仅4岁的小女孩，但是，在过去的4年中，她总是生活在玻璃罩中
。隔着透明的玻璃罩，她只能用羡慕的目光看着和她一样大的孩子无拘无束地奔跑在蓝天白
云下，穿行在红花绿草中。但她不能，因为她患有严重的复合免疫缺失症，原因是她继承了
父母亲各自的一个缺失基因，使她的身体不能产生腺苷脱氨酶，而这种酶是人体免疫系统完
成正常功能所必需的。阿珊蒂由于缺少这种酶而使免疫系统停止运转，因此极容易受到病菌
的感染。正因为如此，她就只能采取逃避的办法——生活在玻璃罩里，以隔绝致病菌的侵袭
。因为，即使是对正常人难以
致病的细菌，对她来说都可能是致命的。9月14日这一天，4岁的阿珊蒂成为第一位经美国政
府批准的接受基因疗法的病人。
为对阿珊蒂进行基因治疗，美国的几位科学家组成了一个专家小组。他们从阿珊蒂的体内取
出免疫系统的白细胞，把正常复制的缺失基因插入这种收集物内，然后把经过处理的细胞送
回到阿珊蒂的血液循环系统中。在4个月的时间内，阿珊蒂接受了4次这样的灌注，病情得到
了根本的改善。终于，阿珊蒂获得了一个普通孩子应该拥有的能自由地奔跑、跳跃的权利，
她回到了蓝天白云下，回到了自然母亲的怀抱中。现在的阿珊蒂已是一个健康、活泼、热爱
生活的少女。
生命科学的登月计划
人类从古至今都想揭开生命的奥秘，都想了解人体自身，探究人的生、老、病、死、思维、
记忆等到底是怎么一回事。16世纪，比利时有一位叫维萨里的医生进行尸体解剖，记述了人
体各个器官的结构，为近代人体解剖学奠定了基础，到了20世纪50年代，沃森和克里克提
出了脱氧核糖核酸(DNA)双螺旋结构模型，使人体科学从细胞水平进入分子水平，从人体器
官的解剖进入人体遗传物质——基因组的解剖。
人类基因组就是人类细胞内全部DNA的总和。人类DNA总长为30亿个碱基对。解剖基因组
就是要分析测定这30亿个碱基对的排列顺序，进一步破译核苷酸序列中所含的遗传信息，只
有这样才能认识生物功能，才能解释多种生命现象，才能找到治疗各种疾病的方法。
1986年3月7日美国科学家杜尔贝科在美国《科学》杂志上发表了一篇文章，题目是《癌
症研究的转折点——测定人类基因组序列》。他说，癌症研究的成果使我们认识到：
癌症与其他疾病的发生都与基因有关。所以人们要征服癌症，要治疗疑难病就要在人体内
定位基因、分离基因、研究基因的功能，这样才能预防、诊断和治疗这些疾病。杜尔贝科认
为要测定人的全部基因有两种做法。一种是分散地各自寻找自己感兴趣的基因，另一种方法
是有计划地测定人类的整个基因组序列。杜尔贝科认为测定人类的全部基因序列是任何一个
实验室都难以承担的，应该成为国家级的项目。
在杜尔贝科等众多科学家的倡导、策划下，在美国经过整整5年的讨论，才使政府决
策者、科学家和民众一致认识到：人类所有的疾病，都直接或间接与基因有关，只有把人
体全部基因搞清楚才能使世界上许多疑难病得到根治。于是美国政府在1986年制定了一
项规模宏伟的基础研究规划，这就是“人类基因组计划”。计划中决
定由美国能源部和国立卫生研究院共同出资30亿美元，集中组织力量在15年内完成人类全
部基因组30亿个碱基对的排列顺序的测定和图谱分析。也就是说要把人体内十万个基因
所在的位置定下来，把基因分离出来，研究它的功能，认识基因和疾病的关系。这是一项
十分艰巨的浩大工程。美国基因研究会的科学家雅各布斯把这项工程比喻为在“干草堆中
寻针一样，但意义重大，这可与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划相提并论，共组成
人类自然科学史上的三大计划”。
人人都希望自己的下一代更聪明，将来人类可以通过基因技术预先决定后代的各种生理特征
，如眼睛的颜色、头发的颜色、身高以及寿命等，未来出生的孩子将在其出生以前就具有
了对付上百种疾病的抵抗力。一个新生儿出世时，如果法律准许而他的父母又愿意的话，就
能拿到这个孩子的基因组图。这张图显示这孩子成长过程大概会有多高，是否色盲、秃顶、
发胖，会有什么致命的遗传病等。
参与人类基因组计划的各国科学家达成共识：人体基因组图谱是全人类的财产，有关人类基
因的最基本研究资料，包括DNA测序和基因蓝图等，应该向全世界公开，使基因研究成果免
费共享，尽快造福人类，实现其最大价值。虽然这些成果真正应用于医疗实践可能还要十几
年乃至几十年，但可以预料，随着基因研究资料对全球科学家的公开，以及人们对此更深入
的研究，它必将为全人类带来无可限量的福音。
