七月幻想

基因工程及其对人类社会的影响

一、基因工程
基因工程是人类根据一定的目的和设计，对DNA分子进行体外加工操作，再引入受体生物，以改变后者的某些遗传性状，从而培育生物新类型或治疗遗传疾病的一种现代的、崭新的、分子水平的生物工程技术。发明基因工程的思想渊源，在于可以应用体外的DNA来改变生物的遗传性状。这一概念可以追溯到1944年艾弗里等人发现DNA可以导致肺炎球菌的遗传转化。50年代以来，就不断有各种DNA转化生物的遗传性状并用于育种实践的报道，这些工作，可以认为是基因工程的前驱。
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真正进行基因工程，还得有目的、有计划（设计）地对DNA进行体外加工，把某些DNA分子“剪”断，再与另外的DNA分子片段重新连接。用来剪断DNA分子的是一种“分子剪刀”，叫做DNA限制性内切酶，简称内切酶。早在1962年，阿伯（W·Arber）就发现大肠杆菌对外来侵入的DNA有限制作用。他认为，这是由于菌体内有一种酶，对外来的DNA起切割、分解的作用，从而预言了DNA限制性内切酶的存在。1968年，斯密思（H·O·Smith）分离出第一个内切酶。1971年，纳赞（D·Nathans）应用斯密思的内切酶切割SV-40病毒的DNA，获得了第一个DNA的内切图谱（通称“物理图谱”physical map）。为此，阿伯、斯密思和拉赞共享了1978年的诺贝尔奖。
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有了切割DNA的内切酶，而1966年魏斯（B·Weiss）和理查德森（C·C·Richardson）就已经发现了DNA连接酶，这就可以对DNA进行体外加工了。1972年，伯格（P·Berg）等人用这两种酶成功地进行了λ-噬菌体与SV-40病毒DNA的体外拼接。1977年，基因工程正式宣布成功——吉尔伯特（W·Gilbert）分别将编码胰岛素和干扰素（这是两种有用的药物）的DNA经过体外重新拼接后，导入大肠杆菌中，分别使大肠杆菌合成了胰岛素和干扰素。伯格和吉尔伯特曾荣获1978年的诺贝尔化学奖（其中吉尔伯特的获奖主要是因为DNA测序方法的研究）。同时获奖的还有桑格F·Sanger，他完成了φX噬菌体DNA的全测序。
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自70年代末以来，基因工程发展迅速。1980年，肯普（J·D·Kemp）和霍尔（T·H·Hall）将大豆种子的贮藏蛋白基因引入向日葵中，得到“向日豆”（sunbean）。近年来维尔莫特（I·Wilmut）将人的AAT蛋白基因导入绵羊体内，使羊奶中含有人的AAT蛋白（一种治疗囊性纤维变性的药物），都是比较有名的例子。维尔莫特所在的英国罗斯林研究所曾向德国一家药厂出售一头这样的转基因羊，获得50万英镑。维尔莫特研究小组继克隆羊多莉之后，又对含有人AAT蛋白基因的转基因羊进行了克隆，无性繁殖出两头分别名为波莉和莫莉的克隆羊。
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基因工程的研究目前在我国也已经普及，获得了累累硕果。

二、基因工程对人类社会的影响


　　基因（Gene）一词是由丹麦遗传学家约翰森建议使用并沿用至今。1865年，科学家提出了遗传因子的分离和自由组合假设，为探索生命遗传的奥妙拉开了序幕。1944年，艾佛里证明遗传物质的本质是脱氧核糖核酸，即DNA。随着遗传学及相关学科的发展，一门走向改造生物的新科学——基因科学应运而生。
　　基因工程（genetic engineering），也叫基因操作、遗传工程，或重组体DNA技术。它是一项将生物的某个基因通过基因载体运送到另一种生物的活性细胞中，并使之无性繁殖（称之为"克隆"）和行使正常功能（称之为"表达"），从而创造生物新品种或新物种的遗传学技术。一般说来，基因工程是专指用生物化学的方法，在体外将各种来源的遗传物质（同源的或异源的、原核的或真核的、天然的或人工合成的DNA片段）与载体系统（病毒、细菌质粒或噬菌体）的DNA结合成一个复制子。这样形成的杂合分子可以在复制子所在的宿主生物或细胞中复制，继而通过转化或转染宿主细胞、生长和筛选转化子，无性繁殖使之成为克隆。然后直接利用转化子，或者将克隆的分子自转化子分离后再导入适当的表达体系，使重组基因在细胞内表达，产生特定的基因产物。 基因工程中内外源DNA插入载体分子所形成的杂合分子又称为嵌合DNA或DNA嵌合体（DNA chimera）。构建这类重组体分子的过程，即对重组体分子的无性繁殖过程又称为分子克隆（molecular cloning），基因克隆（gene cloning）或重组 DNA（recombinant DNA）。科学界遍认为，生物技术和信息技术的发展将成为21世纪关系国家命运的关键技术。 基因工程的研究会在各个领域对人类社会产生深远的影响。

　　一、基因工程对医疗领域的影响。
　　在生物医学领域，许多疾病的发生与基因有关，但目前的分析技术还无法达到基因水平。利用基因芯片则可检测出疾病的遗传倾向并作出准确诊断，由此影响整个医疗模式，特别是制药工业，将开发出很多基因水平的药物。
改进对疾病的诊断；及早检测出由遗传因素导致的疾病；合理的药物设计；基因疗法以及对药物的控制：药物基因组学“习惯药物”。
　　人类基因组工程研究取得的技术成果和资源已开始对生物医学研究产生深刻的影响，并将给更广泛的生物学研究和临床医学带来革命。越来越详细的基因组图谱的绘制完成．有助于研究人员寻找诸如脆弱的X综合征、1型和2型神经纤维瘤、遗传性结肠癌，阿耳茨海默氏症和家族乳腺癌等几十种与遗传疾病有关的基因。
　　分子医学的新时代已经开始显现。这个新时代的特点不是治疗疾病的症状。而是寻找引起疾病的根本原因。医学研究人员还将能够根据新的药物和免疫疗法技术，设计新的治疗机制、避开可能引发疾病的环境条件、通过基因疗法更换出现缺损的基因。
　　人类基因治疗是目前生命科学的热点问题，可能从来没有一个问题像基因治疗那样如此受到人们的注意。 人类基因治疗是有意改变人体活细胞的遗传物质以预防或治疗疾病。体细胞基因治疗是改变身体已分化细胞DNA的程序，这些细胞没有能力将这种改变传递给下一代。生殖系基因治疗是改变生殖细胞的程序，这些细胞能将改变传递给下一代。
　　人类体细胞基因治疗就是人类疾病的基因校正，其方法有三：①体外法：将病人的细胞取出，在体外加入正常基因校正细胞，在将校正后的细胞放回到病人体内，使新的功能得到表达，治疗疾病。目前批准的100多个基因转移临床方案是采用这种方法。②原位法：将新基因直接引入病人疾病部位（如癌块、肺树内膜等），可用病毒宿主或裸露的DNA引入。③体内法：将宿主注入血流，将治疗性基因以安全有效的方式带至组织，目前尚未研制成功。

　　二、基因工程对农业、畜牧、养殖的影响。
　　利用基因工程，可以得到抗病虫害和耐旱的农作物；体质、生殖力和抗病力更强的牲畜；更有营养的农产品；生物杀虫剂：掺到食品里的可食用维生素；烟草等作物的环保新用途。认识植物和动物的基因组，将使我们培育出更强壮、更抗病的动植物，降低农业成本并且为人类提供更有营养、不含杀虫剂的食物。人们已在农业领域开始使用生物工程种子种植抗病、抗旱并且几乎不需要施加杀虫剂的农作物。由于农作物和牲畜更加健康，农民能够增加产量和减少浪费。
　　利用基因工程，可以为人类提供质量更高、数量更多的食品。但目前，对转基因生产出的食品的安全性问题还存在一些不同的看法，这需要继续对转基因食品的研究，以求早日解决这类问题。转基因技术进入21世纪农业领域的趋势是无法逆转的。转基因技术在农业上的应用，最根本的目的就是解决日益膨胀的地球人的吃饭问题。

　　三、基因工程对社会科学的影响。
　　基因工程与通常的研究计划不同，后者似乎仅在应用时才发现与价值问题有关，而它本身就与许多价值问题纠缠在一起。因此，人类基因组计划包含着一个子计划，称为人类基因组计划的伦理、法律和社会影响（ELSI）。
　　1.基因工程使我们能够在有办法预防、治疗、治愈很早就能预测的疾病，若发现一个青少年有疾病的基因，他在40时或以后发病，那么现在他们生病了吗？他们是病人吗？说他们是病人可能会使他们难以找到工作或被追缴纳更高的保险费。这些携带者似乎处于健康人与病人的中间状态，所以要求我们重新审议健康和疾病的定义。
　　2.基因工程以及基因知识的应用不应该给病人、当事人、受试者以及利益相关者造成伤害，应该有利于他们，在利害均存在时应权衡利害得失，对造成的损害要给予赔偿。 无论在基因研究，还是在基因知识的应用是都必须坚持知情同意或知情选择原则。对于可能携带不利基因的任何人，都应公正对待，不得歧视。保护个人和家庭的基因隐私。
　　3.克隆技术有很大的实用价值。现在的问题是，能否将克隆技术移用于"人"？ 在人的克隆问题的争论更激烈，涉及社会伦理问题也更突出。首先无性繁殖复制的人体，将彻底搞乱世代的概念。克隆人与细胞核的供体既不是亲子关系，也不是兄弟姐妹的同胞关系。他们类似于"一卵多胎同胞"，但又存在代间年龄差。这将在伦理道德上无法定位，法律上的继承关系也将无以定位。其次，克隆人破坏了人的尊严。人在实验室里的器皿中像物品一样被制造出来，这样无性繁殖的人不是真正的人，而只是有人形的自动机器。每个生命都是独一无二的，都有独特的个人品性， "复制人"恰恰剥夺了这一点。 再次，人类生育模式由于克隆人技术的成熟。"自己生自己"的生育模式在许多方面又给伦理学提出了许多解决不了的难题。克隆人还可能造成人类的性别比例失调。第四，如果克隆人是为了"优生"。这种"优生"克隆规划由谁来实施？是否要将人类分成值得克隆的优良者与不值得克隆的劣等者。 只有禁止克隆，才能避免是对不值得克隆的劣等者的严重伤害。

　　四、基因工程对其它领域的影响。
　　1.新能源（生物燃料）；检测污染物的环境监督；防止生物战和化学战；安全有效地清除有毒废物。1994年，美国能源部利用基因组工程研究形成的新能力启动了微生物基因组计划，对有益于能源生产、改善环境、减少有毒废物和工业加工的细菌进行基因组测定。
　　2.在确定微生物基因组计划中完整的基因组特点所获得的信息，将使人类深入了解诸如光合系统等与新能源有关的生物技术、能在极端环境下发挥作用的微生物系统、能对可重复利用的资源和废料进行新陈代谢的有机物。预计的好处还包括对多种新产品、处理技术、测试方法的开发，打开通向更清洁的环境的大门。生物制造行业将利用无毒化学材料和酶，降低生产成本，提高工业加工的效率。纸浆的漂白、斜纹布的石洗、玻璃杯上口红印迹的清除、酿酒过程中淀粉的分解、奶酪生产过程中奶蛋白的凝结等等均已开始使用微生物酶。在卫生保健领域，测定微生物的基因排列可以帮助研究人员发现新的人类基因，并获得对致病病原体的了解。
　　3.对微生物世界更深人的了解，还将有助于对地球上生命的适应性变化和生命限度的了解。此外，新的基因技术已经使我们能够更精确地确立微生物的多样性，确定对维持或恢复大大小小生态系统的作用和完整性至关重要的微生物。对微生物界的研究，最终将为我们了解生物的相互作用和进化史提供模式。
　　4.科学家已经为像烟草这样的作物找到了其他用途。一位研究人员已在实验室中利用基因工程技术培育出一些新烟草，这些烟草能够产生一种可分解TNT和二硝基甘油等爆炸物的菌酶。仅仅通过在污染地区种植这些特殊的作物，就能够清除要数百年时间才能在土壤里分解的废物。
　　5.利用基因检测技术，开创DNA法医学（身份鉴定）
罪犯可能会在犯罪现场留下 DNA，这可以用来确定犯罪嫌人；为错误地受到犯罪指控的人洗冤；鉴定犯罪和灾难的分害者；确定亲子和其他家庭关系；确定濒危和保护物种，为野生动物官员提供帮助（有可能用来控告偷猎者）；查明也许会污染空气、水。土壤和食品的细菌和其他生物体；为器官移植手术匹配器官捐献者和接受者；为牲畜养殖和育种确定种系；鉴别鱼子酱和葡萄酒等消费品的真假。为了鉴别个体，法医要扫描DNA中人各不同的大约10个区域，并且用这些数据建立受检者的特征资料（有时称为DNA指纹）。
　　6.利用基因技术，研究生物考古学、人类学、进化和人类的迁移
通过谱系里的种系突变研究进化；以母系基因进遗传为基础研究不同人群的迁移情况；研究Y染色体上的突变找出父系的谱系和迁移路线；把突变进化里的断点与人口年龄和历史事件作比较。掌握基因组学将有助于我们了解人类进化和我们与所有其他生命共有的生物机理。人类和诸如实验鼠等其他生物之间的"比较基因组学"。已指引我们发现了不同物种里与疾病和行为有关的相似基因。比较不同微生物的整个基因组的DNA序列，将为我们提供一个新的视角来研究古细菌、真核生物和原核生物这三个生命领域的关系。
　　7.在对基因问题的研究过程中，每进一步，对超级计算能力的依赖也会随之愈加强烈；而这反过来也推动了超级计算自身的性能更进一步。基因计算，成为和平时期超级计算机厮杀的新战场。目前的芯片制造工艺已经达到0.1微米，当线宽到达50个硅原子这一理论极限时，我们就会发现IT业的视野终会受到量子力学的左右，这将同蛋白质（几个基因共同作用所引发的天文数字般的组合功效）计算所要考虑的问题惊人的相似。所以，也有人设想，在我们通过超级计算机把蛋白质分子的相互作用和折叠方式搞清楚以后，说不准会研制出一种真正基于蛋白质的超级计算机。果真如此，也许今天的基因研究将是一个质变的起点。

　　综上的所述，基因工程的研究与发展，将是对人类社会的各个方面产生深远的影响。基因工程将使人类的生活的更加完美、人类的寿命更长久，人们的身体更健康。工业革命使人类社会进入资本主义，希望基因工程也能够将人类社会带入新的厉程。