生物工程漫话 什么是生物工程 我们生活在一个知识爆炸,科技成为第一生产力的时代.大家对一些时 髦的名词一定不陌生:计算机网络,信息高速公路,卫星通讯,移动电话等. 那么,大家可能也对另一个时髦名词有所耳闻——生物工程. 如今,无论在发达国家还是发展中国家,生物工程都被列为优先发展的 领域.它也是当前新技术革命的三大支柱之一.这三大支柱是:微电子,生 物工程和新材料.科学家们预测,生物工程将在 21 世纪的高科技发展中扮演 主要角色. 由于生物工程的发展,特别是基因工程的出现,人类进入了一个能按自 己需要创造新生物的伟大时代,它的意义,绝不亚于原子裂变和半导体的发 现. 世界范围内出现的"生物工程热"不是偶然的.它为解决世界面临的如 能源,粮食,人口,以及污染严重等诸多难题开辟了新途径,直接关系到医 药卫生,轻工食品,农牧渔业及能源,化工,冶金等传统产业的革新和新兴 产业的形成,它的发展将极大地造福人类. 生物工程如此"热门",如此重要,那么生物工程到底是什么 其实, 它对我们来说也并不陌生.我们周围就有许多传统生物工程的产品:如食品 类有面包,酸奶,乳酪,酱油,味精;酒类有啤酒,葡萄酒,威士忌酒;药 品类有各类抗生素(如常见的青霉素,头孢霉素),胰岛素,乙肝疫苗,小 儿麻痹症疫苗,流感疫苗;生活用品类如奶酪,洗衣粉等等. 当然,生物工程这门学科还包括更多,更深奥的,还不为我们所知的东 西. 生物工程是神奇的.但在这神奇的学问背后,还有诸多的学科作后盾, 是它们的综合运用才产生了今天的生物工程学. 70 年代初,微电子学兴起,计算机开始应用,分子生物学,细胞生物学 和遗传学得到不断的发展和完善.人们在此基础上,利用这些生物科学中的 新成就,如基因重组,杂交瘤,固定化酶和细胞大规模培养等技术,结合了 发酵和生化工程原理,开始以工业规模经营和加工生物材料(包括微生物, 动植物细胞及其组成部分),为社会提供优质,廉价的商品和服务.于是, 现代意义上的生物工程学形成了. 从生物工程的含义中我们可以看出,生物工程有两大突出特点:一是多 学科的合作,二是与实际应用密切联系.这两个特点我们还将在以后的介绍 中不断感受到. 生物工程的内容 生物工程在将来世界经济方面的作用如此振奋人心,它创造出的奇迹一 个又一个,如此令人赞叹不已,是因为它有五个强大而富有生命力的技术系 统:基因工程,细胞工程,酶工程,微生物发酵工程和生化工程.我们先看 看它们究竟为何"物".
基因工程 也叫遗传工程,或 DNA 重组技术.这一技术在生物工程中的地位举足轻 重.基因工程简单地说,就是对不同生物的遗传物质——基因,在体外使用 一种工具酶,用人工的方法,进行"剪切","组合","拼接",使遗传 物质按照我们的意愿重新组合,然后通过运载物质(质粒,噬菌体,病毒等) 转入微生物体内或动,植物细胞内,进行无性繁殖,并使我们需要的基因在 细胞中表达出来,产生出我们所需要的产物或组成新的生物类型. 这一技术于 1973 年在美国首次获得成功. 当时斯坦福大学的科恩和旧金 山加州大学的博耶共同实现了这一 DNA 重组实验.他们共做了三个实验,我 们介绍其中的一个. 大家知道,DNA(脱氧核糖核酸)是细胞内的遗传物质,基因就是 DNA 的一个小片段.生物的一切性状诸如花蝴蝶美丽的花纹,翩翩的两翅之所以 如此而不会长成其他的模样,都是由这小小的许多基因加之周围环境的作用 形成的. 科恩和博耶将南非蟾蜍的 DNA 与质粒 PSC101(细胞内的一个细胞器,作 为 DNA 的运载物质)连接,得到了重组质粒,然后把这个重组过的质粒植入 到大肠杆菌的细胞里,于是大肠杆菌就产生出了原来本是南非蟾蜍产生的物 质. 科恩和博耶重组 DNA 实验的成功,成了当今轰动于世的基因工程的起 点,科恩和博耶也被誉为"重组 DNA 之父".人类社会从此就能按照他们开 创出来的方法,组构各式各样的工程菌,也能使它表达原来宿主的生物学特 性,生产原不能生产的产品,提供原不能提供的服务了. 现在,人类作为进化程度最高的高级动物,可以通过一整套的基因工程 技术,使人类所特有的产生胰岛素之类物质的能力,转移到进化程度最原始 的原核生物——细菌的细胞内,还能在细菌里指挥和控制合成胰岛素的机 器,产生出胰岛素,这难道不是人间奇迹吗 细菌生产的人胰岛素在 80 年代就已投入市场销售, 这也只不过是许多例 子中的一个,还有许多生动的例子:如能自动脱毛的绵羊,超级鼠,巨鱼, 用细菌生产的没有蛋壳的鸡蛋等等.基因工程的巨大潜力还等着我们不断去 开发. 细胞工程 细胞工程这个名词也是最近几十年才时兴起来的, 尤其是 1975 年英国剑 桥大学的米尔斯坦发展了杂交肿瘤细胞技术以及单克隆抗体的作用,使细胞 工程开始为世人所瞩目. 米尔斯坦和另外一位英国科学家科勒合作,经过一段时间的耐心探索, 制定了自己的实验目标:他们取来小鼠脾脏用来制备浆细胞,再用它与骨髓 瘤细胞进行融合操作,得到的杂交肿瘤细胞既能象骨髓瘤细胞那样繁衍,又 能不停地分泌对付红细胞的抗体.由于小鼠脾脏细胞免疫后只分泌一种抗 体,因此杂交肿瘤细胞在克隆化后,即无性繁殖后所产生的抗体是免疫性均 一的,这就现在人们熟知的"单克隆抗体".它确实是一个制造纯抗体的理 想小工厂.为此,米尔斯坦和科勒获得了 1984 年的诺贝尔医学和生物学奖.

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