從對基因本質的研究到現代基因工程看基礎研究的重要性

【摘 要】文章論述了科學家100多年來對基因本質艱辛探索的歷程，最終使基因工程成為現實，并帶來了巨大的經濟和社會效益的過程，以及基礎研究的重要性。基礎研究是科技創新的基礎，是社會發展的第一原動力。美國及絕大多數發達國家在很大程度上就是由于基礎性的科學和工程研究使得技術創新成為可能，促進了經濟社會快速發展。

【關鍵詞】基因本質 基礎研究 重要性

【中圖分類號】R394 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2011）19－0051－01

基因作為遺傳學中的專用術語，對其本質的每一個研究進展都意味著遺傳學乃至整個生物學的一次革命和突破，也使基因工程成為現實，體現了基礎研究的重要性。

一 孟德爾兩大定律的發現奠定了遺傳學的基礎和遺傳學發展的序幕

奧地利科學家孟德爾通過8年的植物雜交試驗，提出了遺傳因子的概念，并發現了遺傳學的兩大規律，奠定了遺傳學的基礎。遺傳學家也從此踏上了尋找基因實體的深入探索之路。

薩頓和鮑維里提出“遺傳因子位于染色體上”的“薩頓—鮑維里假想”，即后來被證實的遺傳的染色體理論。遺傳學家約翰遜提出“基因”概念，并一直延續至今。摩爾根和他的學生們利用果蠅作了大量的潛心研究，發現了遺傳學的第三大定律，并建立了著名的基因學說，他還繪制了著名的果蠅基因位置圖，首次完成了當時最新的基因概念的描述，即基因以直線形式排列，它決定著一個特定的性狀，且能發生突變并隨著染色體同源節段的互換而交換，它不僅是決定性狀的功能單位，而且是一個突變單位和交換單位。至此，人們對基因概念的理解更加具體和豐富了，但基因的本質仍然是一個謎。

二 對基因遺傳學本質的基礎研究和突破奠定了基因工程的基礎

基因到底是何物？其物質結構和化學組成怎樣？它是怎樣決定遺傳性狀的？比德爾和塔特姆提出一個基因一個酶學說，證明基因通過它所控制的酶決定著代謝中生化反應步驟，進而決定生物性狀。鮑林（L.C.Pauling）與合作者在研究鐮刀型細胞貧血癥時推論基因決定著多肽鏈的氨基酸順序，這樣20世紀40年代末至20世紀50年代初，基因是通過控制合成特定蛋白質以控制代謝決定性狀原理變得清晰起來。1944年艾弗里、麥卡蒂等人首次用實驗明確證實：DNA是遺傳信息的載體。1952年赫爾希和蔡斯進一步證明遺傳物質是DNA，而不是蛋白質。1953年美國分子生物學家沃森和英國分子生物學家克里克通力協作，根據X射線衍射分析，提出了著名的DNA雙螺旋結構模型，進一步說明基因成分就是DNA，它控制著蛋白質合成。基因本質的確定為分子遺傳學發展拉開了序幕，也為基因工程奠定了基礎。

三 基因工程誕生，關于基因本質的基礎研究終于結出豐碩的成果

1966年魏斯和理查德森發現了DNA連接酶，1968年斯密思分離出第一個內切酶。有了切割DNA的內切酶和連接酶，就可以對DNA進行體外加工。1971年，納贊應用斯密思的內切酶切割SV－40病毒的DNA，獲得了第一個DNA的內切圖譜。1972年，美國斯坦福大學醫學中心的伯格等人選擇SV40（猴病毒）為研究對象，打開SV40的環狀DNA分子，把從λ噬菌體中切割下來的基因片段接到打開的SV40DNA分子上，成功地進行了λ－噬菌體與SV－40病毒DNA的體外拼接，獲得了新的DNA分子，幸運地成為世界上第一位操作基因重組DNA分子的科學家。基因工程的正式誕生是以科恩和博耶1973年建立的基因工程的基本模式為標志。他們將大腸桿菌體內的兩個不同的質粒提取出來，拼接成一個雜合的質粒。當雜合質粒被導入大腸桿菌后，它能在大腸桿菌內復制并表達雙親質粒的遺傳信息。這是基因工程的第一個成功的克隆轉化實驗。科恩和博耶的實驗向人們證實，基因工程很容易打破不同的物種之間的界限，可根據人們的目的和意愿定向地改造生物的遺傳特性，甚至創造新的生命類型。從此，基因工程進入快速發展時期，并結出豐碩的成果。

1977年，基因工程正式宣布成功——吉爾伯特通過轉基因大腸桿菌合成了胰島素和干擾素；1980年，第一只經過基因改造的老鼠誕生；1996年，第一只克隆羊誕生；1999年，美國科學家破解了人類第22組基因排序列圖；……2003年，人類基因組計劃完成……積累了100多年的揮灑著許多科學家心血的艱辛的基礎研究終于釋放出和即將釋放出巨大的能量。

現在，基因工程已廣泛應用于生化藥物、臨床診斷、基因治療、改良農作物品種、生物防治劑化工原料、提取金屬和治理環境等，帶來了巨大的經濟效益。如自從1982年，用于治療糖尿病的第一個基因工程藥物人胰島素的批準上市以來，現已有近40種基因工程蛋白質藥物投放市場，主要用于治療癌癥、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、細菌感染、骨損傷、創傷、代謝病、外周神經病、矮小癥、心血管病、糖尿病、不孕癥等疑難病。

從對基因本質的基礎研究到基因工程，經歷了100多年的艱辛的基礎研究歷程，如果沒有這一系列的基礎研究，就不可能揭示生命的本質，更何談基因工程、基礎研究何等重要！

參考文獻

［1］韓洛川.生物技術學導論［M］.西安：陜西人民教育出版社，2006.7

〔責任編輯：陳晨〕