科學(xué)家制備出非孟德爾遺傳線蟲

科學(xué)家制備出非孟德爾遺傳線蟲

2016年09月10日訊 一個(gè)改變了的有絲分裂紡錘體，可防止母本和父本DNA的混合，從而產(chǎn)生了一個(gè)單親的后代。那么它可能對印跡和表觀遺傳學(xué)研究有何影響呢？

性可能是神秘的，但從遺傳學(xué)上來說，接下來會(huì)發(fā)生什么并不神秘。精子遇到卵子，遺傳混合隨之而來，然后，承載著母親和父親混合遺傳屬性的下一代就出生了。

這個(gè)過程被稱為孟德爾遺傳，自古以來，正是通過這種方式，有性生殖的生物--從人類、果蠅到恐龍得以繁衍生息。但事實(shí)證明，他們不一定要這樣。延伸閱讀：挑戰(zhàn)孟德爾和達(dá)爾文定律的基因；自私基因打破百年孟德爾分離定律；Science：當(dāng)CRISPR技術(shù)遇上孟德爾遺傳定律。

在《Nature Biotechnology》發(fā)表的一項(xiàng)研究中，馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的Judith Besseling和Henrik Bringmann，在秀麗隱桿線蟲中描述了一種所謂的“非孟德爾遺傳”的策略。修補(bǔ)有絲分裂紡錘體，可破壞在第一個(gè)胚胎細(xì)胞分裂前發(fā)生的母系和父系遺傳物質(zhì)融合。因此，通過這個(gè)過程所產(chǎn)生的細(xì)胞代表父母其中一方，而不是兩方。

瑞士洛桑大學(xué)的博士后研究員Alexandra Bezler也研究非孟德爾遺傳，她說：“這項(xiàng)研究是開創(chuàng)性的。以前沒有人這樣做過?！?/p>

據(jù)Bringmann介紹，該方法具有廣泛的應(yīng)用范圍，從育種學(xué)和表觀遺傳學(xué)，到合成生物學(xué)?！斑@是一個(gè)很好的概念驗(yàn)證，表明通過改變細(xì)胞的生物學(xué)結(jié)構(gòu)，我們可以制備具有新性能的細(xì)胞--并最終制備出動(dòng)物?！?/p>

孟德爾遺傳并非Bringmann的研究重點(diǎn)。他的實(shí)驗(yàn)室主要集中于睡眠的調(diào)節(jié)和功能，但在遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的背景下，他還研究有絲分裂紡錘體。

在2011年，Bringmann的研究團(tuán)隊(duì)描述了一種方法，通過調(diào)整密碼子的使用，來調(diào)節(jié)線蟲外源蛋白的表達(dá)?；旧?，通過細(xì)胞的tRNA豐度來指導(dǎo)一個(gè)轉(zhuǎn)基因中密碼子的使用，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們可以促進(jìn)或抑制線蟲體內(nèi)的蛋白表達(dá)。他們用來測試這種方法的其中一個(gè)蛋白是GPR-1--有絲分裂紡錘體的一個(gè)組成部分。

在細(xì)胞分裂中期，有絲分裂紡錘體由微管和分子馬達(dá)構(gòu)建而成，定位在分裂細(xì)胞中心的姐妹染色單體，然后在后期把單個(gè)染色體分開，從而確保兩個(gè)子細(xì)胞能接收全部的遺傳物質(zhì)。

GPR-1是這一過程的一個(gè)臨界力調(diào)節(jié)器。GPR-1缺失可削弱紡錘體拉力；蛋白質(zhì)的過度表達(dá)可能分解結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生的不是一個(gè)雙記紡錘體，而是兩個(gè)單極紡錘體。Bringmann想知道，在胚胎發(fā)育的第一次細(xì)胞分裂過程中發(fā)生了什么。

為了弄清這一點(diǎn)，他和Besseling使用密碼子適應(yīng)性來增加GPR-1在秀麗隱桿線蟲生殖細(xì)胞中的特異表達(dá)。然后他們讓一個(gè)精子和一個(gè)卵子受精，并通過時(shí)間推移顯微鏡觀察發(fā)生了什么事。據(jù)預(yù)測，兩個(gè)原核--每一個(gè)都包含一個(gè)親本的遺傳物質(zhì)，被猛拉分離成兩個(gè)子細(xì)胞，才可以融合。因此，從這些胚胎生長起來的線蟲，含有來自父親或母親的遺傳物質(zhì)，而不是兩者兼有。

Bringmann說：“這是一件很酷的事情，并且它是可行的。每當(dāng)你將這些有絲分裂紡錘體混在一起時(shí)，通常會(huì)有一種致命的殺傷力。但在這種情況下，遺傳物質(zhì)的分離是如此的干凈，因此能使胚胎存活下來?！?/p>

為了生動(dòng)地證明這一點(diǎn)，Besseling和Bringmann用綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)記GPR-1過表達(dá)的雌雄同體，用紅色熒光蛋白tdTomato標(biāo)記正常雄性個(gè)體。在正常的孟德爾遺傳中，產(chǎn)生的后代是由完全表達(dá)兩個(gè)蛋白（在雙色覆蓋中它們顯示黃色）的細(xì)胞構(gòu)成的。但是當(dāng)GPR-1過表達(dá)時(shí)，動(dòng)物包含的細(xì)胞是單色的。

在模式生物中，線蟲是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗幸粋€(gè)定義的和不變的細(xì)胞譜系。研究人員已經(jīng)精確地查明在成蟲中哪一個(gè)細(xì)胞是由哪一個(gè)祖細(xì)胞產(chǎn)生的，并且他們可以將這些譜系一直追溯到兩細(xì)胞階段。當(dāng)一個(gè)線蟲受精卵分裂時(shí)，它產(chǎn)生了兩個(gè)細(xì)胞，AB和P1。前者產(chǎn)生特定的體細(xì)胞組織，包括神經(jīng)系統(tǒng)；后者產(chǎn)生其余的體細(xì)胞組織，以及生殖細(xì)胞系。通常情況下，這并不重要，因?yàn)槊恳粋€(gè)細(xì)胞都是相同的。但是使用Bringmann的技術(shù)，如果AB細(xì)胞是父系來源，結(jié)果將是，這條線蟲具有一個(gè)父系的神經(jīng)系統(tǒng)和母系的配子；如果AB細(xì)胞是母系來源（如最常見的情況），則情況可能是相反的。

Bringmann說：“最終，這是克隆動(dòng)物的一種新方法?！?/p>

該小組報(bào)道了28%的相對高的致死率，在一些組合中是63%，可能源于一個(gè)事實(shí)：雄性線蟲沒有Y染色體--它們是“XO”。作為父系來源的配子沒有X染色體，具有父本配子的非孟德爾線蟲，在與雄性交配時(shí)有50 / 50的機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完全不包含X染色體的胚胎。這些細(xì)胞顯然是不能存活的?！?/p>

這種方法有幾個(gè)令人興奮的應(yīng)用，特別是遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)。例如，它使科學(xué)家能夠制備嵌合體動(dòng)物，在這種動(dòng)物中，相同生物體中的不同組織，是由具有不同表型的父母本產(chǎn)生的。Bringmann說：“在這里，整個(gè)基因組，而不是個(gè)體突變，是優(yōu)勢所在?！?/p>

非孟德爾動(dòng)物也應(yīng)該能夠?yàn)檠芯窟z傳印記提供一個(gè)平臺，某些基因的差異表達(dá)取決于它們是母系來源還是父系來源。它們可以被用來研究環(huán)境因素對動(dòng)物后代的影響，一個(gè)叫隔代遺傳的現(xiàn)象。

據(jù)Bringmann介紹，非孟德爾遺傳策略應(yīng)該也適用于其他高等真核生物，包括小鼠，因?yàn)镚PR-1是高度保守的。事實(shí)上，在哺乳動(dòng)物組織培養(yǎng)物中的初步實(shí)驗(yàn)顯示，GPR-1過度表達(dá)可導(dǎo)致相似的增力，雖然尚未在受精卵中嘗試過。

然而，Bezler認(rèn)為，當(dāng)研究人員沿著進(jìn)化階梯向上爬時(shí)，該方法可能不那么有用，因?yàn)槠渌锊⒉慌c線蟲共有嚴(yán)格定義的細(xì)胞譜系。雖然單個(gè)細(xì)胞確實(shí)是母系或父親的起源，但整個(gè)組織可能會(huì)不是。她說：“這將是隨機(jī)的，在每一種動(dòng)物中它將是隨機(jī)的?！边@可能會(huì)使大規(guī)模的分析變得復(fù)雜化。

但至少在秀麗隱桿線蟲中，Bezler看到了相當(dāng)大的希望。她說：“我們訂購了菌株。我們會(huì)用它做一些事情?！?/p>

“人的體細(xì)胞中多了或少了一條染色體就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的傳染病”這是書上說的 為什么單指體細(xì)胞啊

細(xì)胞核內(nèi)由核蛋白組成、能用堿性染料染色、有結(jié)構(gòu)的線狀體，是遺傳物質(zhì)基因的載體。
在生物的細(xì)胞核中，有一種易被堿性染料染上顏色的物質(zhì)，叫做染色質(zhì)。染色體只是染色質(zhì)的另外一種形態(tài)。它們的組成成分是一樣的，但是由于構(gòu)型不一樣，所以還是有一定的差別。染色體在細(xì)胞的有絲分裂間期由染色質(zhì)螺旋化形成。用于化學(xué)分析的原核細(xì)胞的染色質(zhì)含裸露的DNA，也就是不與其他類分子相連。而真核細(xì)胞染色體卻復(fù)雜得多，由四類分子組成：即DNA，RNA，組蛋白（富有賴氨酸和精氨酸的低分子量堿性蛋白，至少有五種不同類型）和非組蛋白（酸性）。DNA和組蛋白的比例接近于1:1。
正常人的體細(xì)胞染色體數(shù)目為23對，并有一定的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。染色體在形態(tài)結(jié)構(gòu)或數(shù)量上的異常被成為染色體異常，由染色體異常引起的疾病為染色體病。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的染色體病有100余種，染色體病在臨床上?？稍斐闪鳟a(chǎn)、先天愚型、先天性多發(fā)性畸形、以及癌腫等。染色體異常的發(fā)生率并不少見，在一般新生兒群體中就可達(dá)0.5%~0.7%，如以我院平均每年3000新生兒出生數(shù)計(jì)算，其中可能有15~20例為染色體異常者。而在早期自然流產(chǎn)時(shí)，約有50%~60%是由染色體異常所致。染色體異常發(fā)生的常見原因有電離輻射、化學(xué)物品接觸、微生物感染和遺傳等。臨床上染色體檢查的目的就是為了發(fā)現(xiàn)染色體異常和診斷由染色體異常引起的疾病。
染色體檢查是用外周血在細(xì)胞生長刺激因子——植物凝集素（PHA）作用下經(jīng)37℃，72小時(shí)培養(yǎng)，獲得大量分裂細(xì)胞，然后加入秋水仙素使進(jìn)行分裂的細(xì)胞停止于分裂中期，以便染色體的觀察；再經(jīng)低滲膨脹細(xì)胞，減少染色體間的相互纏繞和重疊，最后用甲醇和冰醋酸將細(xì)胞固定于載玻片上，在顯微鏡下觀察染色體的結(jié)構(gòu)和數(shù)量。正常男性的染色體核型為44條常染色體加2條性染色體X和Y，檢查報(bào)告中常用46，XY來表示。正常女性的常染色體與男性相同，性染色體為2條XX，常用46，XX表示。46表示染色體的總數(shù)目，大于或小于46都屬于染色體的數(shù)目異常。缺失的性染色體常用O來表示。
人體內(nèi)每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有23對染色體.包括22對常染色體和一對性染色體. 性染色體包括：X染色體和Y染色體。含有一對X染色體的受精卵發(fā)育成女性，而具有一條X染色體和一條Y染色體者則發(fā)育成男性。這樣，對于女性來說，正常的性染色體組成是XX，男性是XY。這就意味著，女性細(xì)胞減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子都含有一個(gè)X染色體；男性產(chǎn)生的精子中有一半含有X染色體，而另一半含有Y染色體。精子和卵子的染色體上攜帶著遺傳基因，上面記錄著父母傳給子女的遺傳信息。同樣，當(dāng)性染色體異常時(shí)，就可形成遺傳性疾病。男性不育癥中因染色體異常引起者約占2%～21%，尤其以少精子癥和無精子癥多見。
哺乳動(dòng)物雄性個(gè)體細(xì)胞的性染色體對為XY；雌性則為XX。
鳥類的性染色體與哺乳動(dòng)物不同：雄性個(gè)體的是ZZ，雌性個(gè)體為ZW。
鴨嘴獸有5對性染色體，25種性別。
[編輯本段]歷史
1879年,由德國生物學(xué)家弗萊明（alther Flemming,1843～1905年）經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。
1883年美國學(xué)者提出了遺傳基因在染色體上的學(xué)說。
1888年正式被命名為染色體。
1902年，美國生物學(xué)家薩頓和鮑維里通過觀察細(xì)胞的減數(shù)分裂時(shí)又發(fā)現(xiàn)染色體是成對的，并推測基因位于染色體上。
1928年摩爾根證實(shí)了染色體是遺傳基因的載體，從而獲得了生理醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。
1956年莊有興等人明確了人類每個(gè)細(xì)胞有46條染色體，46條染色體按其大小、形態(tài)配成23對，第一對到第二十二對叫做常染色體，為男女共有，第二十三對是一對性染色體。
[編輯本段]染色體的三個(gè)關(guān)鍵元素
染色體要確保在細(xì)胞世代中保持穩(wěn)定，必須具有自主復(fù)制、保證復(fù)制的完整性、遺傳物質(zhì)能夠平均分配的能力，與這些能力相關(guān)的結(jié)構(gòu)序列是：
1.自主復(fù)制DNA序列：
20世紀(jì)70年代末首次在酵母中發(fā)現(xiàn)。自主復(fù)制DNA序列具有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，能確保染色體在細(xì)胞周期中能夠自我復(fù)制，從而保證染色體在世代傳遞中具有穩(wěn)定性和連續(xù)性。
2 著絲粒DNA序列：
著絲粒DNA序列與染色體的分離有關(guān)。著絲粒DNA序列能確保染色體在細(xì)胞分裂時(shí)能被平均分配到2個(gè)子細(xì)胞中去。
著絲粒DNA序列特點(diǎn)：（1）一方面在所有的真核生物中它們的功能是高度保守的,另一方面即使在親緣關(guān)系非常相近的物種之間它們的序列也是多樣的。（2）絕大多數(shù)生物的著絲粒都是由高度重復(fù)的串聯(lián)序列構(gòu)成的，然而，在著絲粒的核心區(qū)域，重復(fù)序列的刪除，擴(kuò)增以及突變發(fā)生的非常頻繁，目前的種種研究表明，重復(fù)序列并不是著絲?；钚运仨毜?。（3）有些科學(xué)家提出了可能是DNA的二級結(jié)構(gòu)甚至是高級結(jié)構(gòu)是決定著絲粒位置和功能的因素.即功能的序列無關(guān)性。
3.端粒DNA序列：
為一段短的正向重復(fù)序列，在人類為TTAGGG的高度重復(fù)序列。端粒DNA功能是保證染色體的獨(dú)立性和遺傳穩(wěn)定性。
染色體的分裂分叁種；一是母鐘分裂，這個(gè)一般發(fā)生在受精卵的早期，人類具體就是從一條受精卵分裂為個(gè)體的23對染色體的過程，意思是按照母體藍(lán)圖進(jìn)行子代分裂，被分裂的23對染色體分別可以造出各種組織器官，如果第一條是造肝的，那么它上面的所有造肝的基因片段都被打開，相反其它器官的制造信息都被關(guān)閉，這個(gè)過程母體藍(lán)圖染色體要分裂4次（按幾何級數(shù)分裂）；二是子鐘分裂，按照母體藍(lán)圖分裂的23對人類染色體已經(jīng)在“母鐘分裂”過程中分別被打開，它們各自按照各自的“子代藍(lán)圖”進(jìn)行下面造器官的分裂，一個(gè)個(gè)有機(jī)的器官從此被造出，并且開始發(fā)揮各自的功能，這個(gè)過程子體藍(lán)圖染色體要分裂24次（個(gè)物種染色體的不同，其分裂的次數(shù)也不同，不過一個(gè)總的原則是按染色體數(shù)分裂），在24次分裂后，一個(gè)完整的人體就被造出來；三是孫鐘分裂，一個(gè)獨(dú)立的人體，在生長發(fā)育的過程中，還有一些器質(zhì)性和功能性的東西沒有出現(xiàn)，所以必須再打開，進(jìn)行再分裂。比如七歲兒童脫牙，十多歲少年具有生育能力，有些遺傳病到一定時(shí)候的發(fā)作，等等。
對應(yīng)三種分裂，必須有三種控制分裂發(fā)生的手段。母鐘分裂是“端點(diǎn)（又叫端粒）控制體系”，這種分裂的原始觸發(fā)點(diǎn)在外界，比如飄蕩在空氣中的細(xì)菌，它只要沒有接觸食物或易感物，就永遠(yuǎn)是不產(chǎn)生分裂的原命（見百度詞條“雙命”），一旦接觸，在端點(diǎn)的作用下就開始母鐘分裂。子鐘分裂是受制于子鐘染色體的端點(diǎn)，與外界刺激無關(guān)。孫鐘染色體分裂受制于染色體外相對應(yīng)的一些蛋白質(zhì)，它們的功能僅僅是到一定時(shí)間將這個(gè)包含某信息的片段打開。
依此看來，染色體就是人體的生物鐘。所以我們將第一條受精卵叫“母鐘”，將母鐘分裂出來的23對染色體叫子鐘，將23對染色體造出的各種組織器官所包含的染色體叫“孫鐘”，改變子鐘孫鐘的染色體都不可以改變遺傳，只有改變母鐘的基因才可以造成“變異”。
染色體可以攜帶“遺傳基因”但是不能傳遞“打開信息”，打開某個(gè)基因段的所有信息都是通過染色體端點(diǎn)或染色體外的蛋白質(zhì)發(fā)揮作用才完成分裂或復(fù)制的。分裂是染色體整體的，復(fù)制是染色體某個(gè)基因片段的。
性染色體的發(fā)現(xiàn)
遺傳的染色體學(xué)說的證據(jù)來自于這樣的實(shí)驗(yàn)，一些特殊基因的遺傳行為和性染色體（sex chromosome）傳遞的關(guān)系。性染色體在高等真核生物的兩種性別中是不同的。性染色體的發(fā)現(xiàn)為Sutton-Boveri的學(xué)說提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
在孟德爾以前（1891年）德國的細(xì)胞學(xué)家亨金（Henking,H）曾經(jīng)用半翅目的昆蟲蝽做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂中雄體細(xì)胞中含11對染色體和一條不配對的單條染色體，在第一次減數(shù)分裂時(shí)，它移向一極，亨金無以為名，就稱其為“X”染色體。后來在其它物種的雄體中也發(fā)現(xiàn)了“X”染色體。
1900年麥克朗（McClung, C.E）等就發(fā)現(xiàn)了決定性別的染色體。他們采用的材料多為蚱蜢和其它直翅目昆蟲。1902年麥克朗發(fā)現(xiàn)了一種特殊的染色體，稱為副染色體（accessory chromosome）。在受精時(shí)，它決定昆蟲的性別。1906年威爾遜（Wilson, E.B）觀察到另一種半翅目昆蟲(Proteror)的雌體有6對染色體，而雄性只有5對，另外加一條不配對的染色體，威爾遜稱其為X染色體，其實(shí)雌性是有一對性染色體，雄性為XO型。
在1905年斯蒂文斯（Stevens, N）發(fā)現(xiàn)擬步行蟲屬（Tenebrio molitor）中的一種甲蟲雌雄個(gè)體的染色體數(shù)目是相同的，但在雄性中有一對是異源的，大小不同，其中有一條雌性中也有，但是是成對的；另一條雌性中怎么也找不到，斯蒂文斯就稱之為Y染色體。在黑腹果蠅中也發(fā)現(xiàn)了相同的情況，果蠅共有4對染色體，在雄性中有一對是異形的染色體。在1914年塞勒（Seiler,J）證明了在雄蛾中染色體都是同形的，而在雌蛾中有一對異形染色體。他們根據(jù)異形染色體的存在和性別的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)了性染色體，現(xiàn)在已完全證實(shí)了他們的推論是完全正確的。嚴(yán)格地說異形染色體的存在僅是一條線索，而不是證據(jù)，不能因?yàn)榇嬖诋愋稳旧w，就表明其為性染色體。一定要通過實(shí)驗(yàn)證明這條染色體上存在決定性別的主要基因，方能定論。
[編輯本段]揭開X-染色體的神秘面紗
2005年3月17日，在Nature雜志上發(fā)表的一篇文章宣告基本完成對人類X染色體的全面分析。對X染色體的詳細(xì)測序是英國Wellcome Trust Sanger研究中心領(lǐng)導(dǎo)下世界各地多所著名學(xué)院超過250位基因組研究人員共同完成的，是人類基因組計(jì)劃的一部分。
從屬于NIH的美國國家人類基因組研究院的負(fù)責(zé)人弗朗西絲.柯林斯博士(Francis S. Collins, Ph.D)表示“對X染色體的詳細(xì)研究成果代表了生物學(xué)和醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域進(jìn)展的一個(gè)新的里程碑。新的研究確認(rèn)了X染色體上有1098個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因--有趣的是，這1098個(gè)基因中只有54個(gè)在對應(yīng)的Y染色體上有相應(yīng)功能.....[詳細(xì)]
染色體研究是臨床遺傳學(xué)研究的基礎(chǔ)。測序結(jié)果表明X染色體包涵多達(dá)1100種基因。但另人吃驚的是，與之相關(guān)的疾病也有百余種，如X染色體易碎癥、血友病、孤獨(dú)癥、肥胖肌肉萎縮病和白血病等?？磥磉@條染色體決不容小視！
X染色體對應(yīng)的另一半就是Y染色體。人類Y染色體的測序工作也已經(jīng)完成，并且發(fā)現(xiàn)它并沒有人們之前想象的那樣脆弱。Y染色體上有一個(gè)“睪丸”決定基因則對性別決定至關(guān)重要。目前已經(jīng)知道的與Y染色體有關(guān)的疾病有十幾種。
[編輯本段]染色體及染色體相關(guān)疾病
如果將人類基因組比作一本厚重的書，這本書則由23章組成，而每章都有它自己的故事。到目前為止，已經(jīng)完成基因測序的常染色體還包括5、6、7、9、10、13、14、16、19、20、21、22染色體。染色體疾病的特點(diǎn)是大段的基因缺損或重復(fù)而使患者的智力和外觀發(fā)育甚至身體多個(gè)器官發(fā)生明顯異常，如唐氏綜合病和微缺損癥。
[編輯本段]基因組測序研究的新進(jìn)展
基因組研究以國際人類基因組計(jì)劃為代表，是當(dāng)今生物技術(shù)研究的“熱中之熱”。人類基因組草圖的完成宣告了一個(gè)新時(shí)代——后基因組時(shí)代的到來。目前已經(jīng)完成基因組測序的動(dòng)物還有秀麗線蟲（1998年）、果蠅（2000年）、狗（2004年）和小雞（2004年）等。我國研究人員獨(dú)立完成了水稻、家蠶、雞、吸血蟲等物種的全基因組測序工作。

人大約有多少個(gè)基因？多少個(gè)DNA分子?

幾年前最好的估計(jì)是人類具有10萬個(gè)基因，而當(dāng)人類基因組計(jì)劃完成后，一下子下降為3萬個(gè)基因。運(yùn)用目前最流行的4種基因搜索程序?qū)θ祟惢蚪M全序列進(jìn)行搜索，“基因智慧”的結(jié)果是24500個(gè)，“雙生掃描”的結(jié)果是25600個(gè)，“基因身份證”的結(jié)果是32400個(gè)，“基因掃描”的結(jié)果是45000個(gè)，而最近更多的人則傾向于是2萬個(gè)基因。（1）拿人體來說，其生殖細(xì)胞中有23條染色體，從現(xiàn)在的研究看到，每條染色體上就是一個(gè)DNA大分子，可在這大分子上并沒看到有孟德爾所假想的那樣的“基因”。如果定要認(rèn)為“基因”就在DNA分子上,那么細(xì)胞核內(nèi)的23個(gè)DNA分子如何能控制人體各種各樣數(shù)不勝數(shù)的性狀呢？學(xué)者們設(shè)想DNA分子能分成許許多多的片段，每個(gè)片段就是一個(gè)基因（所以把“基因”稱為DNA片段），由每個(gè)“片段”分別去控制人體各種各樣性狀。那么，人體上應(yīng)有多少不同的性狀？應(yīng)分出多少不同的DNA“片段”（基因）呢？現(xiàn)在學(xué)者們正在對此進(jìn)行激烈的爭論，有人認(rèn)為有10萬個(gè)基因，有人認(rèn)為6萬個(gè)，有人認(rèn)為3萬個(gè)，有人認(rèn)為至少有12萬個(gè)。不管怎么說，這“基因”數(shù)大家都會(huì)認(rèn)為至少是在2萬個(gè)以上，而每個(gè)DNA分子上至少有上千個(gè)基因。這就是說，每個(gè)DNA分子至少要分成上千個(gè)“片段”。那么，這種假設(shè)能否成立？讓我們來思考一些最具體最起碼的問題。
①、從人們的研究看到DNA分子本身排列有序，分子中的各原子都有化學(xué)鍵相連，結(jié)合緊密，并未分成天然的“片段”，那么要把它們分成上千個(gè)片段，且彼此間互不牽連，能獨(dú)立分離，自由組合，這分開它們，克服化學(xué)鍵作用的力在哪兒？
②、即便DNA能分成“片段”，那么當(dāng)DNA分子分成上千個(gè)片段后，它還是不是一個(gè)完整的分子？它到底是以一個(gè)完整的分子發(fā)揮作用，產(chǎn)生功能，還是它本身沒有功能，只讓它上面的“片段”各行其是，各自將各不相同的所謂遺傳信息“轉(zhuǎn)錄”給RNA，再“轉(zhuǎn)譯”給蛋白質(zhì)，從而各自操縱生物五花八門的性狀？從常識看，任何一個(gè)分子（無論有機(jī)物或無機(jī)物分子）都有作為分子的特有功能，而不可能分成“片段”，若要在外力的作用下，強(qiáng)行分成“片段”，其性質(zhì)也完全變了，DNA分子能例外嗎？
③、退一萬步說，即便DNA分子不僅能自由地分成上千個(gè)片段，而且每個(gè)片段也能獨(dú)自操縱蛋白質(zhì)，那么在受精卵細(xì)胞內(nèi)有上萬的片段（基因），當(dāng)它們各自發(fā)揮“功能”而又共同操縱一個(gè)個(gè)體的發(fā)育時(shí)，彼此不“打架”，不相互干擾嗎？如何能使個(gè)體有條不紊的發(fā)育？僅靠幾個(gè)“調(diào)節(jié)基因”、“操縱基因”或別的什么特殊“基因”來起作用能行嗎？再說它們本身又受誰調(diào)節(jié)、操縱？
④、我們再來看生物的性狀。每一個(gè)活的生物個(gè)體，都是一個(gè)不可分割的統(tǒng)一整體，機(jī)體的各部之間，即所有的“性狀”之間，都是相互關(guān)聯(lián)的。拿人來說，人的力氣大小，跑步的快慢等性狀，可直接看到它們與全身的健康情況、平時(shí)的鍛煉情況等直接相關(guān)，不是由某一“基因”能單獨(dú)控制得了的。即便有些性狀看起來似乎只由某一器官控制，譬如人的嗓音，有的尖（銳），有的鈍，這似乎只與聲帶有關(guān)，但實(shí)際它卻與體內(nèi)的雌雄激素等都有關(guān)，以前的太監(jiān)，作了閹割手術(shù)后，其嗓音也會(huì)起變化。再有，各種性狀也是隨內(nèi)外環(huán)境的變化而變化的。人的皮膚顏色不僅受陽光照射的影響，也受自身內(nèi)在狀況的影響，有的病人臉色發(fā)青、發(fā)黃或蒼白等。尤其是人的舌，其舌質(zhì)與舌苔隨時(shí)隨身體狀況的變化而有明顯變化（中醫(yī)由此而查知人體的疾病與健康狀況），從這里更可直接看到人體的局部與整體是息息相關(guān)的，不是彼此獨(dú)立互不影響的。
只怕正是這無數(shù)的事實(shí)與種種的問題也促使基因理論的學(xué)者們思考，因而對基因概念不斷進(jìn)行修改（稱其為“發(fā)展”），只是，發(fā)展到后來的基因概念是怎樣的呢？在《基因概念的發(fā)展》（自然雜志，1979，2）一文中所述的概念卻與孟德爾所假設(shè)的概念完全不同了。孟德爾假設(shè)的基因概念是：基因間互不牽連，能獨(dú)立分離，自由組合。一個(gè)基因控制一個(gè)性狀，且不因環(huán)境的變化而改變，即能穩(wěn)定的遺傳。而文中所述發(fā)展了的概念卻是：“基因間形成相互制約的統(tǒng)一整體，每個(gè)基因是這個(gè)整體中的一個(gè)組成部分。”“一個(gè)基因可以影響許多性狀，許多基因影響同一性狀”。并且“是與內(nèi)外環(huán)境相互作用的”。我們看，這發(fā)展了的概念卻正好是對孟德爾兩規(guī)律進(jìn)行否定：既然稱“基因間形成為相互制約的統(tǒng)一整體”，那它就不可能互不牽連，獨(dú)立分離，自由組合。尤其是“一個(gè)基因可以影響許多性狀，許多基因影響同一性狀?！边@就更不可能按純數(shù)學(xué)的排列組合關(guān)系推導(dǎo)出后代的性狀及數(shù)量比。
“基因”概念的發(fā)展不僅直接否定了遺傳學(xué)的“兩基本規(guī)律”，而且從理論上講也使“基因工程”無法下手操作，因?yàn)榘丛械幕蚋拍睿阂粋€(gè)基因控制一個(gè)性狀，且互不牽連，那么通過對“基因”的剪接、重組，就可創(chuàng)造出新物種來。而發(fā)展了的概念卻說“一個(gè)基因可以影響許多性狀，許多基因影響同一性狀”，那么如何能下手將控制所需性狀的基因切割下來，而不影響其它性狀呢？
其實(shí)，不僅發(fā)展后的基因概念使“基因工程”無法下手操作，就是原有的基因概念，要下手切割基因，從邏輯上也說不過去，我們就拿孟德爾假設(shè)的控制碗豆（莖）高矮的基因來說，如果真有高、矮基因，它們又可以被切割出來，那么當(dāng)人們把它們切割下來后，這碗豆還有沒有高矮？若沒有了高矮，這會(huì)是什么東西？若變成了別的東西，那這基因控制的就不僅僅是高矮，而是整個(gè)植株的狀況！若說還有另一種情況：出現(xiàn)了新高矮，那這控制新高矮的基因又從何來？
自然，在這方面我們還可以提出許多基因理論無法解釋、無法自圓其說的問題來，但無需再多提，下面我們從另外的角度來分析。
（2）由于DNA有忠實(shí)的復(fù)制性，因而確定“基因”在DNA上，DNA是遺傳物質(zhì)?？墒侨藗儾粌H看到DNA與RNA都有忠實(shí)的復(fù)制性，近年來，還看到蛋白質(zhì)也有忠實(shí)的復(fù)制性。中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員劉次全，還作出了蛋白質(zhì)復(fù)制，氨基酸配對模型。那么當(dāng)它們幾者都有復(fù)制性時(shí)，這“基因”該確定在何處？再有，原來以為蛋白質(zhì)沒有復(fù)制性，因而認(rèn)為需聽從DNA的遺傳指令，現(xiàn)在蛋白質(zhì)自身有復(fù)制性時(shí)，它還聽不聽DNA指令？
還有，現(xiàn)在人們還看到一些無機(jī)物小分子也有復(fù)制性，也就是說復(fù)制性并不是生物的特有性質(zhì)，決定生物與非生物有不同本質(zhì)的地方并不在這兒。
（3）從世界六國科學(xué)家聯(lián)手合作的“人類基因組計(jì)劃”所公布的一些資料看，也顯示了“基因”理論的種種矛盾與自我否定。例如，按照基因決定性狀的理論，人與人之間各種“性狀”的明顯差異，尤其是不同人種之間的巨大差異，應(yīng)該在DNA上能直接反映出來。然而，資料上顯示的卻相反：“地球上的每個(gè)人與所有的其他人共享99.99%的相同的基因密碼。來自不同人種的人，比來自同一人種的人，在基因上有更多的相似之處?！?
現(xiàn)在科學(xué)家們也在進(jìn)一步反思與修改“基因”理論：“一個(gè)基因等于一個(gè)疾病或一個(gè)基因制造一個(gè)關(guān)鍵蛋白質(zhì)的概念正在消失?！薄巴Ｖ挂淮沃豢紤]一個(gè)基因的習(xí)慣，開始試圖把集合作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)來一起思考?！钡拇_，科學(xué)家們通過對“人類基因組計(jì)劃”的實(shí)施，其認(rèn)識又進(jìn)了一步，但要真正走出誤區(qū)，還必須認(rèn)識錯(cuò)誤之根源。
（4）認(rèn)為DNA揭示了生命的本質(zhì)及奧秘，那么，DNA的本質(zhì)特征是什么？即是忠實(shí)的復(fù)制性（不變性）與變異無規(guī)律性。由此會(huì)得出什么結(jié)論？前面提到的雅克·莫諾，他在書中說：這忠實(shí)的復(fù)制性是“最根本的生物不變量”，“生物的一切屬性都是以這種基本的分子不變性為基礎(chǔ)”，它“抵制一切變革，一切進(jìn)化?！边@難道就是生物的本質(zhì)與奧秘？由此怎不會(huì)得出我們前面所例舉的那些荒謬結(jié)論？
這“忠實(shí)的復(fù)制性”，實(shí)際是一種機(jī)械的、死的，連非生物也具有的特性，生物所具有的強(qiáng)大的生命活力，不斷變化發(fā)展的特性，尤其是人所具有的無限的學(xué)習(xí)、認(rèn)知、應(yīng)變、創(chuàng)造等等能力，從DNA里絲毫體現(xiàn)不出來，也沒任何“基因”能操縱得了。
“變異無規(guī)律性”，這不僅不是生物的特性，在非生物物質(zhì)里也找不到，宇宙萬事萬物都有其變化的規(guī)律性，我們研究任何學(xué)問都是研究那門學(xué)問中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律性。這DNA所具有的“基本特性”，是與生物所具有的最本質(zhì)的特性完全相反的。人們會(huì)問：孟德爾試驗(yàn)中所出現(xiàn)的性狀變化，難道不是事實(shí)？難道沒有它的物質(zhì)基礎(chǔ)？難道不需要人們?nèi)ふ遗c認(rèn)識其物質(zhì)基礎(chǔ)（實(shí)體）？

求基因工程文章

迄今為止，基因工程還沒有用于人體，但已在從細(xì)菌到家畜的幾乎所有非人生命物體上做了實(shí)驗(yàn)，并取得了成功。事實(shí)上，所有用于治療糖尿病的胰島素都來自一種細(xì)菌，其DNA中被插入人類可產(chǎn)生胰島素的基因，細(xì)菌便可自行復(fù)制胰島素。基因工程技術(shù)使得許多植物具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力；在美國，大約有一半的大豆和四分之一的玉米都是轉(zhuǎn)基因的。目前，是否該在農(nóng)業(yè)中采用轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物已成為人們爭論的焦點(diǎn)：支持者認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因的農(nóng)產(chǎn)品更容易生長，也含有更多的營養(yǎng)（甚至藥物），有助于減緩世界范圍內(nèi)的饑荒和疾?。欢磳φ邉t認(rèn)為，在農(nóng)產(chǎn)品中引入新的基因會(huì)產(chǎn)生副作用，尤其是會(huì)破壞環(huán)境。
基因工程的前景科學(xué)界預(yù)言，21世紀(jì)是一個(gè)基因工程世紀(jì)。基因工程是在分子水平對生物遺傳作人為干預(yù)，要認(rèn)識它，我們先從生物工程談起：生物工程又稱生物技術(shù)，是一門應(yīng)用現(xiàn)代生命科學(xué)原理和信息及化工等技術(shù)，利用活細(xì)胞或其產(chǎn)生的酶來對廉價(jià)原材料進(jìn)行不同程度的加工，提供大量有用產(chǎn)品的綜合性工程技術(shù)。
生物工程的基礎(chǔ)是現(xiàn)代生命科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和信息科學(xué)。生物工程的主要產(chǎn)品是為社會(huì)提供大量優(yōu)質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品，例如生化藥物、化工原料、能源、生物防治劑以及食品和飲料，還可以為人類提供治理環(huán)境、提取金屬、臨床診斷、基因治療和改良農(nóng)作物品種等社會(huì)服務(wù)。
生物工程主要有基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程等5個(gè)部分。其中基因工程就是人們對生物基因進(jìn)行改造，利用生物生產(chǎn)人們想要的特殊產(chǎn)品。隨著DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機(jī)制的秘密一點(diǎn)一點(diǎn)呈現(xiàn)在人們眼前，生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，設(shè)想在分子的水平上去干預(yù)生物的遺傳特性。
美國的吉爾伯特是堿基排列分析法的創(chuàng)始人，他率先支持人類基因組工程 如果將一種生物的DNA中的某個(gè)遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，不就可以按照人類的愿望，設(shè)計(jì)出新的遺傳物質(zhì)并創(chuàng)造出新的生物類型嗎？這與過去培育生物繁殖后代的傳統(tǒng)做法完全不同，它很像技術(shù)科學(xué)的工程設(shè)計(jì)，即按照人類的需要把這種生物的這個(gè)“基因”與那種生物的那個(gè)“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造出新的生物。這種完全按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物科學(xué)技術(shù)，就被稱為“基因工程”，或者稱之為“遺傳工程”。
人類基因工程走過的主要?dú)v程怎樣呢？1866年，奧地利遺傳學(xué)家孟德爾神父發(fā)現(xiàn)生物的遺傳基因規(guī)律；1868年，瑞士生物學(xué)家弗里德里希發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)存有酸性和蛋白質(zhì)兩個(gè)部分。酸性部分就是后來的所謂的DNA；1882年，德國胚胎學(xué)家瓦爾特弗萊明在研究蠑螈細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)的包含有大量的分裂的線狀物體，也就是后來的染色體；1944年，美國科研人員證明DNA是大多數(shù)有機(jī)體的遺傳原料，而不是蛋白質(zhì)；1953年，美國生化學(xué)家華森和英國物理學(xué)家克里克宣布他們發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)果，奠下了基因工程的基礎(chǔ)；1980年，第一只經(jīng)過基因改造的老鼠誕生；1996年，第一只克隆羊誕生；1999年，美國科學(xué)家破解了人類第 22組基因排序列圖；未來的計(jì)劃是可以根據(jù)基因圖有針對性地對有關(guān)病癥下藥。
人類基因組研究是一項(xiàng)生命科學(xué)的基礎(chǔ)性研究。有科學(xué)家把基因組圖譜看成是指路圖，或化學(xué)中的元素周期表；也有科學(xué)家把基因組圖譜比作字典，但不論是從哪個(gè)角度去闡釋，破解人類自身基因密碼，以促進(jìn)人類健康、預(yù)防疾病、延長壽命，其應(yīng)用前景都是極其美好的。人類10萬個(gè)基因的信息以及相應(yīng)的染色體位置被破譯后，破譯人類和動(dòng)植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農(nóng)作物產(chǎn)量開拓了廣闊的前景。將成為醫(yī)學(xué)和生物制藥產(chǎn)業(yè)知識和技術(shù)創(chuàng)新的源泉。美國的貝克維茲正在觀察器皿中的菌落，他曾對人類基因組工程提出警告。
科學(xué)研究證明，一些困擾人類健康的主要疾病，例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關(guān)。依據(jù)已經(jīng)破譯的基因序列和功能，找出這些基因并針對相應(yīng)的病變區(qū)位進(jìn)行藥物篩選，甚至基于已有的基因知識來設(shè)計(jì)新藥，就能“有的放矢”地修補(bǔ)或替換這些病變的基因，從而根治頑癥?；蛩幬飳⒊蔀?1世紀(jì)醫(yī)藥中的耀眼明星?；蜓芯坎粌H能夠?yàn)楹Y選和研制新藥提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為利用基因進(jìn)行檢測、預(yù)防和治療疾病提供了可能。比如，有同樣生活習(xí)慣和生活環(huán)境的人，由于具有不同基因序列，對同一種病的易感性就大不一樣。明顯的例子有，同為吸煙人群，有人就易患肺癌，有人則不然。醫(yī)生會(huì)根據(jù)各人不同的基因序列給予因人而異的指導(dǎo)，使其養(yǎng)成科學(xué)合理的生活習(xí)慣，最大可能地預(yù)防疾病。
人類基因工程的開展使破譯人類全部DNA指日可待。
信息技術(shù)的發(fā)展改變了人類的生活方式，而基因工程的突破將幫助人類延年益壽。目前，一些國家人口的平均壽命已突破80歲，中國也突破了70歲。有科學(xué)家預(yù)言，隨著癌癥、心腦血管疾病等頑癥的有效攻克，在2020至2030年間，可能出現(xiàn)人口平均壽命突破100歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達(dá)到90至95歲。
人類將挑戰(zhàn)生命科學(xué)的極限。1953年2月的一天，英國科學(xué)家弗朗西斯·克里克宣布：我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了生命的秘密。他發(fā)現(xiàn)DNA是一種存在于細(xì)胞核中的雙螺旋分子，決定了生物的遺傳。有趣的是，這位科學(xué)家是在劍橋的一家酒吧宣布了這一重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的。破譯人類和動(dòng)植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農(nóng)作物產(chǎn)量開拓了廣闊的前景。1987年，美國科學(xué)家提出了“人類基因組計(jì)劃”，目標(biāo)是確定人類的全部遺傳信息，確定人的基因在23對染色體上的具體位置，查清每個(gè)基因核苷酸的順序，建立人類基因庫。1999年，人的第22對染色體的基因密碼被破譯，“人類基因組計(jì)劃”邁出了成功的一步。可以預(yù)見，在今后的四分之一世紀(jì)里，科學(xué)家們就可能揭示人類大約5000種基因遺傳病的致病基因，從而為癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病找到基因療法。
繼2000年6月26日科學(xué)家公布人類基因組"工作框架圖"之后，中、美、日、德、法、英等6國科學(xué)家和美國塞萊拉公司2001年2月12日聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。這次公布的人類基因組圖譜是在原"工作框架圖"的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整理、分類和排列后得到的，它更加準(zhǔn)確、清晰、完整。人類基因組蘊(yùn)涵有人類生、老、病、死的絕大多數(shù)遺傳信息，破譯它將為疾病的診斷、新藥物的研制和新療法的探索帶來一場革命。人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果的公布將對生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。隨著人類基因組研究工作的進(jìn)一步深入，生命科學(xué)和生物技術(shù)將隨著新的世紀(jì)進(jìn)入新的紀(jì)元。
基因工程在20世紀(jì)取得了很大的進(jìn)展，這至少有兩個(gè)有力的證明。一是轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物，一是克隆技術(shù)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物由于植入了新的基因，使得動(dòng)植物具有了原先沒有的全新的性狀，這引起了一場農(nóng)業(yè)革命。如今，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，如抗蟲西紅柿、生長迅速的鯽魚等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的誕生。這只叫“多利”母綿羊是第一只通過無性繁殖產(chǎn)生的哺乳動(dòng)物，它完全秉承了給予它細(xì)胞核的那只母羊的遺傳基因?！翱寺　币粫r(shí)間成為人們注目的焦點(diǎn)。盡管有著倫理和社會(huì)方面的憂慮，但生物技術(shù)的巨大進(jìn)步使人類對未來的想象有了更廣闊的空間。
基因工程大事記
1860至1870年 奧地利學(xué)者孟德爾根據(jù)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)提出遺傳因子概念，并總結(jié)出孟德爾遺傳定律。
1909年 丹麥植物學(xué)家和遺傳學(xué)家約翰遜首次提出“基因”這一名詞，用以表達(dá)孟德爾的遺傳因子概念。
1944年 3位美國科學(xué)家分離出細(xì)菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發(fā)現(xiàn)DNA是攜帶生命遺傳物質(zhì)的分子。
1953年 美國人沃森和英國人克里克通過實(shí)驗(yàn)提出了DNA分子的雙螺旋模型。
1969年 科學(xué)家成功分離出第一個(gè)基因。
1980年 科學(xué)家首次培育出世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因小鼠。
1983年 科學(xué)家首次培育出世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因煙草。
1988年 K.Mullis發(fā)明了PCR技術(shù)。
1990年10月 被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的國際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。
1998年 一批科學(xué)家在美國羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國際人類基因組計(jì)劃展開競爭。
1998年12月 一種小線蟲完整基因組序列的測定工作宣告完成，這是科學(xué)家第一次繪出多細(xì)胞動(dòng)物的基因組圖譜。
1999年9月 中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測定人類基因組全部序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之后第6個(gè)國際人類基因組計(jì)劃參與國，也是參與這一計(jì)劃的惟一發(fā)展中國家。
1999年12月1日 國際人類基因組計(jì)劃聯(lián)合研究小組宣布，完整破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測定。
2000年4月6日 美國塞萊拉公司宣布破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼，但遭到不少科學(xué)家的質(zhì)疑。
2000年4月底 中國科學(xué)家按照國際人類基因組計(jì)劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。
2000年5月8日 德、日等國科學(xué)家宣布，已基本完成了人體第21對染色體的測序工作。
2000年6月26日 科學(xué)家公布人類基因組工作草圖，標(biāo)志著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要一步。
2000年12月14日 美英等國科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類首次全部破譯出一種植物的基因序列。
2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6國科學(xué)家和美國塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。
科學(xué)家首次公布人類基因組草圖“基因信息”。

基因研究 各國爭先恐后 基因時(shí)代的全球版圖
讓我們看一下在新世紀(jì)到來時(shí)，世界各國的基因科學(xué)研究狀況。
英國：早在20世紀(jì)80年代中期，英國就有了第一家生物科技企業(yè)，是歐洲國家中發(fā)展最早的。如今它已擁有560家生物技術(shù)公司，歐洲70家上市的生物技術(shù)公司中，英國占了一半。
德國：德國政府認(rèn)識到，生物科技將是保持德國未來經(jīng)濟(jì)競爭力的關(guān)鍵，于是在1993年通過立法，簡化生物技術(shù)企業(yè)的審批手續(xù)，并且撥款1.5億馬克，成立了3個(gè)生物技術(shù)研究中心。此外，政府還計(jì)劃在未來5年中斥資12億馬克，用于人類基因組計(jì)劃的研究。1999年德國研究人員申請的生物技術(shù)專利已經(jīng)占到了歐洲的14%。
法國：法國政府在過去10年中用于生物技術(shù)的資金已經(jīng)增加了10倍，其中最典型的項(xiàng)目就是1998年在巴黎附近成立的號稱“基因谷”的科技園區(qū)，這里聚集著法國最有潛力的新興生物技術(shù)公司。另外20個(gè)法國城市也準(zhǔn)備仿照“基因谷”建立自己的生物科技園區(qū)。
西班牙：馬爾制藥公司是該國生物科技企業(yè)的代表，該公司專門從海洋生物中尋找抗癌物質(zhì)。其中最具開發(fā)價(jià)值的是ET-743，這是一種從加勒比海和地中海的海底噴出物中提取的紅色抗癌藥物。ET-743計(jì)劃于2002年在歐洲注冊生產(chǎn)，將用于治療骨癌、皮膚癌、卵巢癌、乳腺癌等多種常見癌癥。
印度：印度政府資助全國50多家研究中心來收集人類基因組數(shù)據(jù)。由于獨(dú)特的“種姓制度”和一些偏僻部落的內(nèi)部通婚習(xí)俗，印度人口的基因庫是全世界保存得最完整的，這對于科學(xué)家尋找遺傳疾病的病理和治療方法來說是個(gè)非常寶貴的資料庫。但印度的私營生物技術(shù)企業(yè)還處于起步階段。
日本：日本政府已經(jīng)計(jì)劃將明年用于生物技術(shù)研究的經(jīng)費(fèi)增加23%。一家私營企業(yè)還成立了“龍基因中心”，它將是亞洲最大的基因組研究機(jī)構(gòu)。
新加坡：新加坡宣布了一項(xiàng)耗資6000萬美元的基因技術(shù)研究項(xiàng)目，研究疾病如何對亞洲人和白種人產(chǎn)生不同影響。該計(jì)劃重點(diǎn)分析基因差異以及什么樣的治療方法對亞洲人管用，以最終獲得用于確定和治療疾病的新知識；并設(shè)立高技術(shù)公司來制造這一研究所衍生出的藥物和醫(yī)療產(chǎn)品。
中國：參與了人類基因組計(jì)劃，測定了1%的序列，這為21世紀(jì)的中國生物產(chǎn)業(yè)帶來了光明。這“1%項(xiàng)目”使中國走進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)的國際先進(jìn)行列，也使中國理所當(dāng)然地分享人類基因組計(jì)劃的全部成果、資源與技術(shù)。

基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)
運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動(dòng)、植物。
1.轉(zhuǎn)基因魚
生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚（中國）。
2.轉(zhuǎn)基因牛
乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛（阿根廷）。
3.轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒
4.轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄
5.轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯
6.不會(huì)引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆
7.超級動(dòng)物
導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠
8.特殊動(dòng)物
導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠
9.抗蟲棉
蘇云金芽胞桿菌可合成毒蛋白殺死棉鈴蟲，把這部分基因?qū)朊藁ǖ碾x體細(xì)胞中，再組織培養(yǎng)就可獲得抗蟲棉。
[編輯本段]基因工程與環(huán)境保護(hù)
基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。
利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。
基因工程與環(huán)境污染治理
基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。
（通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。）

基因治療可待 醫(yī)學(xué)革命到來
“基因”釋意 現(xiàn)在我們通用的“基因”一詞，是由“gene”音譯而來的?；蚓褪菦Q定一個(gè)生物物種的所有生命現(xiàn)象的最基本的因子。科學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)詞翻譯得不僅音順，意義也貼切，是科學(xué)名詞外語漢譯的典范?；蜃鳛闄C(jī)體內(nèi)的遺傳單位，不僅可以決定我們的相貌、高矮，而且它的異常會(huì)不可避免地導(dǎo)致各種疾病的出現(xiàn)。某些缺陷基因可能會(huì)遺傳給后代，有些則不能?；蛑委煹奶岢鲎畛跏轻槍位蛉毕莸倪z傳疾病，目的在于有一個(gè)正常的基因來代替缺陷基因或者來補(bǔ)救缺陷基因的致病因素。
用基因治病是把功能基因?qū)氩∪梭w內(nèi)使之表達(dá)，并因表達(dá)產(chǎn)物——蛋白質(zhì)發(fā)揮了功能使疾病得以治療?；蛑委煹慕Y(jié)果就像給基因做了一次手術(shù)，治病治根，所以有人又把它形容為“分子外科”。
我們可以將基因治療分為性細(xì)胞基因和體細(xì)胞基因治療兩種類型。性細(xì)胞基因治療是在患者的性細(xì)胞中進(jìn)行操作，使其后代從此再不會(huì)得這種遺傳疾病。體細(xì)胞基因治療是當(dāng)前基因治療研究的主流。但其不足之處也很明顯，它并沒前改變病人已有單個(gè)或多個(gè)基因缺陷的遺傳背景，以致在其后代的子孫中必然還會(huì)有人要患這一疾病。
無論哪一種基因治療，目前都處于初期的臨床試驗(yàn)階段，均沒有穩(wěn)定的療效和完全的安全性，這是當(dāng)前基因治療的研究現(xiàn)狀。
可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制、充分了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病的分子機(jī)理之前進(jìn)行基因治療是相當(dāng)危險(xiǎn)的。增強(qiáng)基因治療的安全性，提高臨床試驗(yàn)的嚴(yán)密性及合理性尤為重要。盡管基因治療仍有許多障礙有待克服，但總的趨勢是令人鼓舞的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止1998年底，世界范圍內(nèi)已有373個(gè)臨床法案被實(shí)施，累計(jì)3134人接受了基因轉(zhuǎn)移試驗(yàn)，充分顯示了其巨大的開發(fā)潛力及應(yīng)用前景。正如基因治療的奠基者們當(dāng)初所預(yù)言的那樣，基因治療的出現(xiàn)將推動(dòng)新世紀(jì)醫(yī)學(xué)的革命性變化。
[編輯本段]基因工程將使傳統(tǒng)中藥進(jìn)入新時(shí)代
5月13日 13日參加“中藥與天然藥物”國際研討會(huì)的中國專家認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因藥用植物或器官研究、有效次生代謝途徑關(guān)鍵酶基因的克隆研究、中藥DNA分子標(biāo)記以及中藥基因芯片的研究等，已成為當(dāng)今中藥研究的熱點(diǎn)，并將使傳統(tǒng)中藥進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。
據(jù)北京大學(xué)天然藥物及仿生學(xué)藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任果德安介紹，轉(zhuǎn)基因藥用植物或器官和組織研究是中國近幾年中藥生物技術(shù)比較活躍的領(lǐng)域之一。
在轉(zhuǎn)基因藥用植物的研究方面，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所分別通過發(fā)根農(nóng)桿菌和根癌農(nóng)桿菌誘導(dǎo)丹參形成毛狀根和冠癭瘤進(jìn)而再分化形成植株，他們將其與栽培的丹參作了形態(tài)和化學(xué)成分比較研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)毛狀根再生的植株葉片皺縮、節(jié)間縮短、植株矮化、須根發(fā)達(dá)等；而冠癭組織再生的植株株形高大、根系發(fā)達(dá)、產(chǎn)量高，丹參酮的含量高于對照，這對丹參的良種繁育，提高藥材質(zhì)量具有重要意義。
果德安說，研究中藥化學(xué)成分的生物合成途徑，不僅可以有助于這些化學(xué)成分的仿生合成，而且還可以人為地對這些化學(xué)成分的合成進(jìn)行生物調(diào)控，有利于定向合成所需要的化學(xué)成分。國內(nèi)有關(guān)這方面的研究已經(jīng)開始起步。
據(jù)了解，中國在中藥研究中生物技術(shù)應(yīng)用方面的研究已經(jīng)漸漸興起，有些方面如藥用植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)，已積累了二三十年的經(jīng)驗(yàn)，理論和技術(shù)都相當(dāng)成熟，而且在全國范圍內(nèi)已形成了一定的規(guī)模。其中，中藥材細(xì)胞工程研究正處于鼎盛時(shí)期。
果德安介紹說，面對許多野生植物瀕于滅絕，一些特殊環(huán)境下的植物引種困難等問題，中國科學(xué)工作者開始探索通過高等植物細(xì)胞、器官等的大量培養(yǎng)生產(chǎn)有用的次生代謝物。研究內(nèi)容包括通過高產(chǎn)組織或細(xì)胞系的篩選與培養(yǎng)條件的優(yōu)化和通過對次生代謝產(chǎn)物生物合成途徑的調(diào)控等，達(dá)到降低成本及提高次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的目的。
此外，近來利用植物懸浮培養(yǎng)細(xì)胞或不定根、發(fā)狀根對外源化學(xué)成分進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的研究也在悄然興起，并已取得了一定的進(jìn)展。
不僅如此，科學(xué)工作者更加重視對次生代謝產(chǎn)物生物合成途徑調(diào)控的研究。這些研究都取得了令人興奮的成果，說明中國的藥用植物的細(xì)胞培養(yǎng)已進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。
果德安認(rèn)為，今后研究的主要方向應(yīng)集中在價(jià)值大且瀕危的藥用植物的組織細(xì)胞培養(yǎng)；對次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生進(jìn)行調(diào)控；一些重要中藥化學(xué)成分的生物轉(zhuǎn)化。另外，還應(yīng)該加強(qiáng)動(dòng)物藥的生物技術(shù)研究。
[編輯本段]基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生
1.基因工程藥品的生產(chǎn)：
許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。
微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。
⑴基因工程胰島素
胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。
將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!
⑵基因工程干擾素
干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。
基因工程人干擾素α-2b（安達(dá)芬） 是我國第一個(gè)全國產(chǎn)化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。
⑶其它基因工程藥物
人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。
2.基因診斷與基因治療：
運(yùn)用基因工程設(shè)計(jì)制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準(zhǔn)確而且迅速。通過基因工程給患有遺傳病的人體內(nèi)導(dǎo)入正?；蚩伞耙淮涡浴苯獬∪说募部唷?br> ◆SCID的基因工程治療
重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或者病毒感染，就會(huì)發(fā)病死亡。這個(gè)病的機(jī)理是細(xì)胞的一個(gè)常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）的基因（ada）發(fā)生了突變?？梢酝ㄟ^基因工程的方法治療。

基因工程——產(chǎn)最高效藥物的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物
轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是一種個(gè)體表達(dá)反應(yīng)系統(tǒng)，代表了當(dāng)今時(shí)代藥物生產(chǎn)的最新成就，也是最復(fù)雜、最具有廣闊前景的生物反應(yīng)系統(tǒng)。就通過轉(zhuǎn)基因動(dòng)物家畜來生產(chǎn)基因藥物而言，最理想的表達(dá)場所是乳腺。因?yàn)槿橄偈且粋€(gè)外泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響到轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。從轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳汁中獲取的基因產(chǎn)物，不但產(chǎn)量高、易提純，而且表達(dá)的蛋白經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性，因此又稱為“動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器”。所以用轉(zhuǎn)基因牛、羊等家畜的乳腺表達(dá)人類所需蛋白基因，就相當(dāng)于建一座大型制藥廠，這種藥物工廠顯然具有投資少、效益高、無公害等優(yōu)點(diǎn)。
從生物學(xué)的觀點(diǎn)來看，生物機(jī)體對能量的利用和轉(zhuǎn)化的效率是當(dāng)今世界上任何機(jī)械裝置所望塵莫及的。因此，通過轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來生產(chǎn)藥物是迄今為止人們所能想象得出的最為有效、最為先進(jìn)的系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺可以源源不斷地提供目的基因的產(chǎn)生（藥物蛋白質(zhì)），不但產(chǎn)量高，而且表達(dá)的產(chǎn)物已經(jīng)過充分修飾和加工，具有穩(wěn)定的生物活性。作為生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因運(yùn)動(dòng)又可無限繁殖，故具有成本低、周期短和效益好的優(yōu)點(diǎn)。一些由轉(zhuǎn)基因家畜乳汁中分離的藥物蛋白正用于臨床試驗(yàn)。
目前，我國在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究領(lǐng)域，已獲得了轉(zhuǎn)基因小鼠、轉(zhuǎn)基因兔、轉(zhuǎn)基因魚、轉(zhuǎn)基因豬、轉(zhuǎn)基因羊和轉(zhuǎn)基因牛。20世紀(jì)90年代，國家“863”高技術(shù)計(jì)劃已將轉(zhuǎn)基因羊——乳腺生物反應(yīng)器的研究列為重大項(xiàng)目。
雖然目前通過轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（家畜）——乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的藥物或珍貴蛋白尚未形成產(chǎn)業(yè)，但據(jù)國外經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)測，大約10年后，轉(zhuǎn)基因運(yùn)動(dòng)生產(chǎn)的藥品就會(huì)鼎足于世界市場。那時(shí)，單是藥物的年銷售額就超過250億美元（還不包括營養(yǎng)蛋白和其他產(chǎn)品），從而使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（家畜）——乳腺生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)成為最具有高額利潤的新型工業(yè)。
2000年12月25日，北京三只轉(zhuǎn)基因羊的問世以及在此之前各種轉(zhuǎn)基因蔬菜、水稻、棉花等，使人們對轉(zhuǎn)基因技術(shù)備加關(guān)注，那么轉(zhuǎn)基因技術(shù)到底是一種什么樣的神秘技術(shù)呢？
北京市順義區(qū)三高科技農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范區(qū)的北京興綠原生物科技中心總畜牧師田雄杰先生介紹說，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和轉(zhuǎn)基因羊的意義，不在于羊本身，而是它們身上產(chǎn)出的羊奶可以提取α抗胰蛋白酶，它們中的每一只都可稱為一座天然基因藥物制造廠，價(jià)值連城。
中國工程院院士、上海兒童醫(yī)院上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所所長曾溢滔先生認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指通過實(shí)驗(yàn)方法，人工地把人們想要研究的動(dòng)物或人類基因，或者是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的藥物蛋白質(zhì)基因，通常稱為外源基因，導(dǎo)入動(dòng)物的受精卵（或早期胚胎細(xì)胞），使之與動(dòng)物本身的基因組整合在一起，這樣外源基因能隨細(xì)胞的分裂而增殖，并能穩(wěn)定地遺傳給下一代的一類動(dòng)物。
田雄杰先生介紹，制備轉(zhuǎn)基因羊，就是將人的α抗胰蛋白酶基因通過顯微操作注進(jìn)母羊受精卵的雄性細(xì)胞核，并使之與羊本身的基因整合起來，形成一體，這種新的基因組可以穩(wěn)定地遺傳到出生的小羊身上。小山羊也成了人工創(chuàng)造的與它們母親不同的新品系，它們的后代也將帶有這種α抗胰蛋白酶基因。這個(gè)過程有些類植物的嫁接術(shù)。
制備轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是項(xiàng)復(fù)雜的工作。目前，在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研制中，外源基因與動(dòng)物本身的基因組整合率低，其表達(dá)往往不理想，外源基因應(yīng)有的性質(zhì)得不到充分表現(xiàn)或不表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)如牛、羊和豬的整合率一般為1%左右。這種情況的原因可能是多方面的，首先是目的基因的問題，不同的外源基因表達(dá)水平不相同，因每個(gè)個(gè)體而異；其次是外源基因表達(dá)載體內(nèi)部各個(gè)部分的組合和連接是否合理等；還有一點(diǎn)更重要，就是外源基因到達(dá)動(dòng)物基因組內(nèi)整合的位置是否合理?？茖W(xué)家還弄不清楚整合在哪個(gè)伴置表達(dá)高，哪個(gè)位置表達(dá)低，人們還無法控制外源基因整合的位置，而只能是隨機(jī)整合。因此，整合率低也就在所難免。
盡管轉(zhuǎn)基因動(dòng)物還有一些技術(shù)亟待解決，但是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究所取得的巨大進(jìn)展，特別是它在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)對生物醫(yī)學(xué)、畜牧業(yè)和藥物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了深刻影響。

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