生命的奥秘-第3章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！


是Aa（生物学上叫杂合体）那么产生的后代就是这样：Aa×aa（自由结合）
↓AaAaaaaa高矮就是说高矮的概率各占50％如果雄性豌豆是AA（生物学上叫纯合体）；那么产生的后代就是这样：Aa×aa（自由结合）
↓AaAaAaAa高就是说；下一代肯定都是高的。
把孟德尔的这一发现推而广之；我们人体的高矮、胖瘦、黑白、手的大小、嗓音的高低、眼睛的形状等等都是由从父母遗传下来的因子决定的。这些遗传因子；后来被生物学家们称为基因；是生命得以延续的活载体。
孟德尔用遗传因子解释遗传非常有道理；但遗憾的是他不能告诉我们那个颗粒状的基因在哪里；是什么样子。揭开基因神秘面纱的是美国的细菌学家艾弗里和后来的噬菌体小组。噬菌体是一种低等微生物；以细菌细胞为寄主。它的结构十分简单；形如蝌蚪；外部是一个蛋白质膜；膜里面包着脱氧核糖核酸（即DNA）。特别有趣的是；当它侵犯细菌的时候；好像是一个注射器；先用尾部末端扎在细菌的细胞膜上；然后将体内的DNA全部注入到细菌的细胞里面去；而把蛋白质外壳留在外部；再没有什么用了。侵入细菌中
9
的DNA；利用细菌细胞内的物质；坐享其成；不断地制造自己的后代；直到后代太多；把细菌细胞彻底吃掉；才又分散四处；继续侵入其他细菌。就像前面我们在细胞工厂里看见的那样。
噬菌体的所作所为告诉我们；噬菌体的遗传繁殖就是通过其体内的DNA来实现的。
基因是什么？基因就是DNA。DNA是一个大分子；样子很像摩天大楼里的楼梯；螺旋状伸展。楼梯两侧的扶手是核苷酸长链；梯的阶级是配对的碱基连接而成的。一个小鼠的DNA大约含有1。2万个核苷酸对；一个人的一个DNA分子大约含有30亿个核苷酸对。正是由于DNA的千差万别；才有了各种生物各不相同的遗传性状与功能。
再严格一点；说基因就是DNA并不十分准确；而准确的说法是；基因是DNA分子中的某一个片段（即核苷酸片断）；是DNA长链上占有一定位置的遗传单位。一个DNA分子上具有若干个〃基因〃；每个基因大约有1000个碱基对长短。一个基因能够控制生物体一种性状。据测算；小病毒的DNA上只有4～5个基因；大肠杆菌的DNA含有3～4千个基因；而我们人体的DNA所含的基因大约有10万个。基因在染色体上并不是固定不动的；排列在细胞内染色体上的成串基因；有时以不规则的方式不停地运动；变换着位置；并且可以从一个细胞跑到另一个细胞中去。
现在；我们可以用另外一种语言把孟德尔的思想做一个表述：生物在生长发育时；细胞要分裂；细胞核中的DNA能自我复制；一个变成两个；两个DNA所带的遗传信息完全一样。在有性繁殖中；精子含有父方体细胞DNA的半数；这些DNA上携带着父本的全部特征；卵子也带有母方体细胞DNA的半数；和全部的母本特征。精卵结合后；重新组成了DNA一个整数。父母双方的遗传特征在新一代中都会保留下来。生物能够遗传的秘密全在于此。
创造新生命
我们掌握了遗传的秘密；就可以在必备的条件下；用人工方法将甲生物的基因与乙生物的基因重新组成一体；从而达到创造新生命的目的。
DNA重组；也叫基因工程；是在分子水平上进行的；通过四个步骤的操作就可以完成。
第一步；制备所需要的基因。我们称之为目的基因。它含有全套的遗传信息。DNA分子包含的基因很多；但在细胞内的含量很少；要制备起来并不是件容易的事。好在生物学家经过了无数次的摸索与尝试；找到了一些行之有效的方法；如超速离心法、噬菌体摄取法、反录酶法、分子杂交法、霰弹枪法、合成法等。根据制备的基因的不同；采用不同的方法；就可以得到预想的目的基因。
第二步；体外重组DNA。先选好适合运送目的基因的车子——载体；然后在生物体外使目的基因的片断与载体的DNA结合起来；形成杂合子；有点类似把东西绑到小车上。为此；要用限制内切酶在特定的切点上；把载体的DNA分子切开；再用DNA连接酶把目的基因与载体DNA切断处连接起来；形成一个完整的DNA杂合子。
第三步；基因转移。就是将DNA杂合子；向已经选定的生物受体细胞（或
10
叫宿主细胞、寄主细胞）中转移；让重组的DNA杂合子在受体细胞中自主复制、转录、翻译得以表达。
第四步；筛选。引入受体细胞中的DNA杂合子；属于外源性DNA分子；不一定受欢迎；并且受排挤的占多数；只有少数分子才可能立稳脚根；落地开花。这就需要筛选；把受排挤的老老实实取回来；只留下那些成功的淘金者；把所携带的遗传信息表达出来（指导蛋白质的合成）；受体细胞就有了新的遗传性状。这就达到了遗传工程的预期目的——改变生物的遗传特性或者制造出某种新的生命类型。1977年美国加州的科学家；将生长激素释放抑制因子的基因转入大肠杆菌；在大肠杆菌培养液中；生产出了这种由14种氨基酸组成的多肽激素。仅仅用了9升培养液；就提取到了5毫克激素。这相当于从50万只羊的下丘脑中；所能提取到的激素量的总和。1979年；美国又利用细菌生产人的胰岛素；以满足医治糖尿病的需要。他们用基因工程把人的胰岛素导入大肠杆菌；用几公斤培养大肠杆菌的发酵液；就生产出了3～4克胰岛素；相当于过去从100公斤家畜的胰脏中提取的数量；而且生产过程简单；容易操作；从中可见基因工程的妙处。
DNA在体外重组的技术难度较大；不易掌握；而细胞融合的方法也能使遗传基因重组和变异；也能创造新种；所以已被广泛采用。
1975年英国剑桥大学的科学家米尔斯坦因和科勒；首次成功地实验出了单克隆抗体。克隆是从英文〃Clone〃一词音译来的；原意是无性繁殖。他们将肿瘤细胞与淋巴细胞融合形成杂交瘤细胞。这种杂交瘤细胞具有两种亲代细胞的特性；既能活跃地生长；又有不断分泌特异抗性抗体的功能。过去常规方法都是由血清中提取抗体；用这种方法提取出的抗体；是一种多抗体的混合物；故称之为〃多克隆抗体〃。而用杂交瘤细胞生产抗体；一种杂交瘤细胞只能产生具有一种特异性的抗体；因而称之为〃单克隆抗体〃。
同一年在美国；哈尔森等人用两种野生的同属异种的绿色烟草和郎氏烟草的叶片细胞；溶解掉细胞壁后；分离出原生质体并将其融合在一起；将形成的这个杂交细胞；成功地培育了新的烟草植株。这种新烟草具有两种野生烟草亲本的特性。由于体细胞杂交不是由性细胞的融合而实现的；因此是〃无性杂交〃。无性杂交生成的杂交细胞就是超性杂种。
种间细胞融合的技术；可以在植物与植物之间；动物与动物之间；微生物与微生物之间进行远缘杂交；甚至可以在动物与植物与微生物之间进行细胞融合；形成杂交物种。在科学家的实验室里；你现在就可以看到一些怪模怪样的杂种；如土豆—蕃茄；山绵羊；大豆—烟草；芹菜—胡萝卜等等以前想都不会想的动植物。
酶是一种具有高度皱折结构的蛋白质大分子；有高速高效的催化作用；是处于生物与非生物交界地带的特殊物质。可以说；离开酶；生物的新陈代谢、物质合成、能量转化以及降解都会统统停止。
酶有如此的活力；如果能人工合成该有多好。科学家们也正奋斗在这条道路上。首先；他们测算；一个单细胞中包含有千种不同的酶；在生物界中酶的种类有数百万种。目前已经发现的仅仅2000多种。对这些已经发现的酶；进行结构上的分析；以作为合成这种酶的基础。
由于有了光谱分析；人类的基因结构可以被精确地分析出来；并且可以在细菌的DNA中找出与人类基因相似的基因。科学家们可以通过直接对细菌的基因进行修饰；使其具有与人的基因相同结构的〃完善拷贝〃；这样就可
11
以通过细菌来生产我们人类所需要的酶蛋白。美国的科学家已成功地将人的胰岛素基因植入细菌细胞中；由这种细菌生产出了一种新的药物—人胰岛素；不会像以往使用牛胰岛素那样容易触发患者的变态反应。药物专家认为这种人胰岛素药效快；疗效好。可以说；细菌生产人胰岛素为我们悄悄地揭开了酶商品世界帷幕的一角；好戏还在后头呢。
微生物貌不惊人；能量却不小。它的体内有上千种酶、几千个基因；只要掌握了微生物与高等生物都能通用的遗传密码；人就可以控制改造微生物；利用微生物参与工业生产；这就是现代意义上的发酵。
一般来说；通过现代发酵技术生产某种生物制品需要经过三个阶段；首先要运用基因重组和杂交瘤技术生产出工程菌或细胞株；接着是大量培养细胞或进行细菌发酵；再就是将细胞与产品从发酵液中分离出来；进行纯化和后处理；获得最终产品。在这一过程中；实际操作要解决许多工艺技术问题。
比如说；在实验室里核酸的转化量每天只有10－14克；而在实际生产中要达到106克才具有规模效益；许多产品都是蛋白质、多肽类物质（如抗生素、激素、酶等药品）；对发酵过程的温度、PH值；以及某些微生物酶的作用十分敏感；需要严格的监测控制；发酵液中产物的浓度很低；含量极少；对分离提纯的技术要求精益求精；等等。
尽管如此；只要技术水平能一步步提高；利用发酵工程生产生物制品前景十分乐观。以磁性细菌为例；它能在体内自己合成10～20个磁性超微粒。
之所以叫磁性超微粒；是因为这种微粒驱使菌体沿着磁力线从上向下运动。
将磁性超微粒从菌体中分离出来；可以分析出它们都是些四氧化三铁结晶；很容易固定葡萄糖氧化酶；大约1微克（10－6克）细菌生成的超微粒可以固定200微克的葡萄糖氧化酶。而相比之下；人工制造的磁性超微粒；1微克只能固定1微克；固定能力相差200倍。固定在磁性细菌生产的天然超微粒上的酶；活性也提高40倍。还可以将磁性细菌与绵羊的红血球融合。因此；科学家们相信这终将会给人类攻克癌症带来希望。因为人工合成的磁性超微粒往往不均匀；颗粒也大；导入人的血球很困难；且易使细胞毒化。而天然的磁性超微粒均匀一致；可以先将酶、抗体以及抗癌药物固定其上；再导入白血球和免疫细胞里；从体外进行磁性诱导；有可能最终制伏癌细胞而又不毒化正常细胞。
只要搞清磁性细菌合成超微粒的机理；就可以运用生物技术的基本手段；利用大肠杆菌大量生产这种神奇的微粒；以造福人类。
生物学上有一个原理；杂交的后代性能比其父母代具有明显的优越性；然而；不同种间又有不亲合性；杂交后无法产生种子。现在有了植物细胞工程技术；可以进行离体试管授精和幼胚培养；克服了杂交育种的障碍。
这里所说的〃试管婴儿〃是人工种子；用人工方法直接制成种子；进入市场使新品种迅速推广应用。这些人工种子是杂交生成的体细胞胚（也叫胚状体）；用富含营养和其他必要成分的凝胶物质包裹起来；制成外观、功能与天然种子相似的颗粒。在适宜的环境条件下；这些人工种子和天然种子一样可以发芽生成为新的植株。
人工种子与天然种子相比有许多优点：可以在室内生产；不受外界环境条件的影响；可提高育种效率；一个新播种用通常方法培育需要7～8年时间；而用人工种子只要3～4年；可以缩短一半时间；还可以在培养基和凝胶物中加进所需要的物质成分（如生长激素、有用农药、化肥……）人工种子
12
播种后生长出来的植物就有一定的抗逆性；人工种子大小均匀；出苗整齐；好贮存和运输。
植物受精技术自1962年试验成功以来；在小麦与黑麦杂交、甘蓝与大白菜杂交等40多种植物上都获得了成功。利用幼胚培养技术也在小麦与大麦等13个属间杂交上获得成功。最近几年；美、日、法、加拿大等国家都在人工种子研究方向上加大了投资力度；商品化的程度也提高了；许多人工制作的水稻、玉米、棉花、胡萝卜、柑桔、芹菜、莴苣等植物的种子；已先后登台亮相。
有了生物工程技术；科学家就可以让饲养业改天换地；让人们面对产肉多、产奶多的牛；产毛多的羊；长得快又省料的瘦肉型猪而且不暇接。
1985年；韩国首次成功地培育出4只〃超体鸡〃。方法是通过给一般火鸡和母鸡吃控制细胞分裂的药；使它们的染色体增加为117个（比一般的78个多了39个）。这种鸡重3430克；比一般鸡（1900克）重78％。
1988年；墨西哥的波托西牧场在墨西哥国立自治大学专家的协助下；已培育出一种矮小的瘤牛。他们选择了六代〃布拉曼斯〃瘤牛分别进行基因处理；逐代培育；每代牛都变矮20厘米左右。最先用的瘤牛；成年后的体重可达1200公斤；身高1。8米。经过多代培养；目前育出的矮牛体重只有135公斤；身高仅90厘米。这样；饲养矮牛所需要的饲料只是正常牛的1／10；而产奶量可达正常牛的1／2；有5倍的效益。再加上这种矮牛一年可生4头新牛；效益就更高了。