百科：基因工程

編者按
　　2015年8月3日，《知識就是力量》雜志非常榮幸邀請到了中國科協(xié)副主席、書記處書記陳章良，聊一聊基因工程在生活領(lǐng)域的最新應(yīng)用成果和發(fā)展前景。
　　陳章良是我國著名的生物學(xué)家之一，也是我國很早的一批轉(zhuǎn)基因科學(xué)家。他在分子生物學(xué)和農(nóng)業(yè)基因工程等領(lǐng)域都取得了豐碩的科研成果，是我國首位因此獲得聯(lián)合國教科文組織青年科學(xué)家獎的人。
　　基因工程是20世紀70年代醞釀出的一項新技術(shù)。它也被很多人稱為生物工程，有些地方（如我國臺灣）還稱作生命技術(shù)。
　　人類發(fā)現(xiàn)，通過基因工程我們幾乎能跨越物種，實現(xiàn)任一生物基因的改良或轉(zhuǎn)移工作?；蚬こ套哉Q生以來，短短的幾十年間，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域，展示出了強大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景，它能夠使人類未來的生活更加美好。

　　當年，美國有一批科學(xué)家率先開始了生物體內(nèi)基因的拼接工作，并提出了基因工程的概念。它是指人類通過一種像手術(shù)刀似的生物酶，將一個生物體內(nèi)控制遺傳性狀的某一段基因準確地剪下來，再拼插到另外一個生物體內(nèi)的DNA中，使得這種生物體有新的遺傳性狀，這一過程就叫基因工程。整個過程像一個系統(tǒng)工程，但我們?nèi)庋蹍s無法看到酶在工作，雖然它確實能發(fā)生。
　　這一發(fā)現(xiàn)令人十分激動，人類終于可以切割、拼接DNA了。試想，人類可以拼制出一個新的生物體，這是一件多么神奇又令人驚訝的事?。?br /> 　　醫(yī)學(xué)上基因工程應(yīng)用捷足先登
　　基因工程最早的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)學(xué)。人類最先研究成功的有重大商業(yè)價值的是基因工程胰島素。
　　眾所周知，糖尿病患者要定期注射胰島素。人類最早的胰島素是從豬、狗等動物胰臟中提取的，過程比較麻煩且研制的藥物也很貴。可能很多人會想問，為什么要從動物體內(nèi)提取胰島素，能不能用人類自己的胰島素呢？后來這一設(shè)想通過基因工程的方法實現(xiàn)了。
　　科學(xué)家將人的胰島素基因克隆出來，拼到某種細菌或酵母里。它會不斷地繁殖生成更多帶有人胰島素基因的新生物體，再從這些新生物體中將人的胰島素蛋白質(zhì)提取出來，制成能注射的胰島素，這個試驗成功后便得到了廣泛應(yīng)用。基因工程胰島素的誕生，為全世界的糖尿病患者帶來了福音。人類終于能用上更安全、更便宜的胰島素了。
　　此外，基因工程也被用于生產(chǎn)疫苗，這類疫苗目前已在醫(yī)學(xué)上被廣泛使用?；蚬こ躺a(chǎn)的疫苗不是來源于整個病毒，只是病毒中的某一段蛋白質(zhì)。但是，人的免疫系統(tǒng)會把這段蛋白質(zhì)當成病毒一樣來處理，會迅速啟動免疫系統(tǒng)攻擊它，產(chǎn)生對抗此病毒的抗體。
　　目前國內(nèi)的乙型肝炎疫苗，基本上都是用基因工程的方法生產(chǎn)的，國內(nèi)有好幾家工廠在生產(chǎn)。我們今后也會針對更多的病毒，生產(chǎn)出更多的基因工程疫苗。
　　基因抗癌藥物成新“救星”
　　近幾年，基因工程制藥業(yè)發(fā)展得很快，尤其是抗癌的新導(dǎo)向藥物?，F(xiàn)在國際上廣泛使用的此類藥物已經(jīng)超過了20多種，可治療肝癌、肺癌、直腸癌、乳腺癌等，還有最近才有的治療皮膚癌的藥物。科學(xué)家們都在集中精力，研制這些基因工程的抗癌藥物。
　　比如基因工程治療肺癌的藥，終于有了一個巨大的突破。這種導(dǎo)向藥物注射到肺癌患者體內(nèi)后，能在肺部識別出肺癌細胞并殺死它，但不會傷害其他正常的細胞。我們稱之為基因工程導(dǎo)向藥物，它能夠像導(dǎo)彈一樣專門識別癌細胞，然后再攻擊它們。肺癌患者用這種藥物替代傳統(tǒng)的化療方式，就能避免掉頭發(fā)、嘔吐、免疫系統(tǒng)損壞、身體機能衰弱等問題。
　　目前，世界上有不少于40種的抗癌癥的導(dǎo)向藥物正處于臨床試驗階段。我們驚喜地發(fā)現(xiàn)：人類終于慢慢接近全新的抗癌領(lǐng)域了，即只消滅癌細胞，不損害正常的人體細胞。相信在未來的醫(yī)藥領(lǐng)域，這類基因工程的抗癌藥物，將成為全球癌癥患者的新“救星”。
　　我曾走訪了北京、天津、上海、蘇州、無錫、廣州、深圳等城市，發(fā)現(xiàn)有一大批科學(xué)家正夜以繼日地做著抗體藥物試驗。他們在為研制基因工程導(dǎo)向藥物而努力。因為癌細胞有不同的類型，每種癌細胞都需要有針對性的抗體來識別它。所以，科學(xué)家們只能一個一個地去尋找，一個一個地去攻克。
　　人類的偉大之處在于，在面對疾病時，學(xué)會了制藥對抗疾病。SARS出現(xiàn)后，我們研制出了SARS疫苗；兇猛的埃博拉病毒也得到了有效控制。我相信有了基因工程后，有朝一日我們也能研制出抗艾滋病的疫苗。
　　基因工程在醫(yī)藥方面得到了有效應(yīng)用。這個領(lǐng)域，誰先研制出某一藥用基因，誰就擁有這個專利，就可以生產(chǎn)這一類醫(yī)用藥物，就能創(chuàng)造出巨大的社會財富。
　　人類的全部基因測序工作已完畢，未來的基因工程制藥領(lǐng)域，將會發(fā)展得特別快，成為一個重要的高科技領(lǐng)域。
　　DNA，即脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid），它是一種分子。DNA是染色體的主要化學(xué)成分。DNA可組成遺傳指令，以引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機能的運作，其主要功能是長期性的信息儲存，可比喻為生物發(fā)育和運作的“藍圖”，而基因是帶有遺傳信息的DNA片段，是遺傳的基本單位。
　　基因工程與“綠色農(nóng)業(yè)”
　　20世紀80年代初我在美國留學(xué)，參與最早一批科學(xué)家研發(fā)轉(zhuǎn)基因植物。自從80年代初世界上第一株轉(zhuǎn)基因植物研發(fā)成功后，這個技術(shù)發(fā)展很快。目前全球有超過20億畝地種植轉(zhuǎn)基因作物。主要有含抗除草劑轉(zhuǎn)基因的大豆、含抗錦鈴蟲轉(zhuǎn)基因的棉花等，這能大大減少農(nóng)藥的噴灑工作，使我們的農(nóng)業(yè)更加“綠色”。
　　我國90%以上的棉花是基因工程棉花，這些棉花的基因中含有抗棉鈴蟲的毒蛋白基因，能夠毒死棉鈴蟲。這種毒蛋白只能毒死某一種特定的害蟲。目前國外的大豆，絕大多數(shù)是基因工程大豆。這些大豆的基因中含有抗除草劑的基因，除草藥噴上后草死了，大豆能抗藥卻不受影響。這都是基因工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，全球已有的基因工程作物包括大豆、玉米、小麥、油菜、棉花、木瓜等。最近美國又剛剛批準了一種基因工程的蘋果?；蚬こ淘谖磥淼霓r(nóng)業(yè)領(lǐng)域還會繼續(xù)發(fā)展，會有抗鹽堿、抗寒、抗旱以及提高質(zhì)量的基因工程農(nóng)作物，其應(yīng)用前景非常廣闊。
　　基因工程拯救了木瓜
　　你們知道嗎，木瓜曾面臨過嚴重的災(zāi)難。當年夏威夷流行著一種番木瓜環(huán)斑病毒，它就像人類的艾滋病一樣，是非常怪的一種病毒。它通過帶這種病毒的蟲傳播，蟲只要吃一口木瓜或木瓜葉，木瓜就感染上病毒了。這種病毒傳播迅速，來勢兇猛，迅速摧垮了夏威夷的木瓜產(chǎn)業(yè)。
　　很快，這一病毒又感染了臺灣的木瓜，然后是海南島的木瓜。你會看到各地的木瓜葉片上，都出現(xiàn)了一圈圈白白的斑紋，一個個青青的木瓜也有了這種斑點。緊接著，青木瓜一個個爛掉，木瓜葉一片片凋落……
　　這個時候，基因工程就上陣迎敵了?？茖W(xué)家們克隆一段番木瓜環(huán)斑病毒基因把它轉(zhuǎn)移到木瓜中，使其能抵抗這種病毒。基因工程救活了這個物種，現(xiàn)在市場上的大部分木瓜就是轉(zhuǎn)基因木瓜。
　　工業(yè)領(lǐng)域的基因工程
　　現(xiàn)在有個新詞叫“生物質(zhì)能源”，它是一種綠色的新能源。它目前也和基因工程聯(lián)手了，這也是基因工程在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的新表現(xiàn)。
　　所謂基因工程的“生物質(zhì)能源”就是把一些生物質(zhì)，如稻草秸稈、玉米秸稈、木薯、甘蔗等，與高效的基因工程細菌一起發(fā)酵后制作出燃料乙醇等生物能源。我們知道酒精燃燒后很干凈，它是一種綠色能源。巴西是世界上的甘蔗產(chǎn)量大國，那里大部分汽車正使用著甘蔗生產(chǎn)的燃料乙醇，省掉了大量石油能源。
　　基因工程在工業(yè)發(fā)酵酒精上的應(yīng)用成效顯著，近幾年這一領(lǐng)域也發(fā)展得越來越快。人們將更合適的基因重組到細菌里，使細菌的發(fā)酵效率越來越高，目前這類細菌的菌種是越來越好了。
　　廣西的北海市，就建了一個現(xiàn)代化的工廠，專門生產(chǎn)木薯燃料乙醇。它是中糧集團投資建設(shè)的。廣西目前能生產(chǎn)幾十萬噸木薯燃料乙醇，這些乙醇在當?shù)氐钠嚴锸褂弥?，也為當?shù)毓?jié)省了很多汽油。
　　當然，除了酒精以外，我們還生產(chǎn)乙醚、丁醇等工業(yè)產(chǎn)品?；蚬こ淘诠I(yè)上還可以生產(chǎn)一系列的小化工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都具有高附加值，能創(chuàng)造出巨大的社會財富。人類到底能在這條路上走多遠，目前還不清楚，這也是極具探索價值的領(lǐng)域。
　　基因工程助力于“環(huán)?！?br /> 　　目前，在環(huán)保領(lǐng)域，基因工程主要應(yīng)用于城市垃圾清理、城市污水處理方面。城市的餐廚剩余物加入基因工程菌后能更高效地分解這些有機物，處理效果非常好。城市的污水處理中，會有一個大大的處理污水的池子，池中加入一些基因工程的微生物后，它們能更高效地分解污水，凈化水質(zhì)。
　　基因工程在未來環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，最終會到什么程度？肯定是會生產(chǎn)出更耐高溫、更高效的細菌菌種。因為發(fā)酵溫度越高，細菌分解城市垃圾和污水的效率就更高，所以這還是值得通過基因工程去研究開拓的，幫助我們進一步提升環(huán)保的效率。