人造忠良——基因工程

劉夙

基因工程：全人類的私人定制

解釋清楚基因工程很困難，不過理解基因工程可以先從最近在網(wǎng)上流行的一個(gè)叫“2048”的小游戲說起。這個(gè)游戲很簡單，你需要移動(dòng)在一個(gè)4×4的方格里不斷生成的數(shù)字2或4，讓它們合并產(chǎn)生更大的數(shù)，直到最后合并出2048。這個(gè)游戲讓很多人愛不釋手，一開始玩就根本停不下來。不過，有人玩著玩著就覺得，光是數(shù)字未免太枯燥了，如果能把數(shù)字換成別的什么，比如中國的朝代（兩個(gè)商可以拼成一個(gè)周，兩個(gè)周可以拼成一個(gè)秦），或是從古到今的哲學(xué)家的頭像（兩個(gè)柏拉圖可以拼成一個(gè)亞里士多德，兩個(gè)亞里士多德可以拼成一個(gè)笛卡兒），那就更帶勁兒了。這個(gè)游戲是用Java語言編寫的，所以只要通過修改程序源代碼就可以實(shí)現(xiàn)上面那樣的替換，甚至做出像三維版、六角形版之類更有創(chuàng)新性的版本。我自己摸索著制作了一個(gè)“植物分類學(xué)”（兩個(gè)亞種合成一個(gè)種，兩個(gè)種合成一個(gè)系，等等）版2048，通過DIY來私人定制合乎自己心意的游戲模塊，游戲就變得更加有趣了。

基因工程的原理和改編2048游戲源代碼相似，都是定制所需的特殊功能。生物體基因里的遺傳密碼描繪出了每一種生物的形態(tài)和習(xí)性—比如合成某種化學(xué)物質(zhì)的能力。如果我們能像修改游戲代碼一樣修改生物的基因，那就可能通過DIY的方法把生物改造成我們想要的樣子。當(dāng)然，就像能夠?qū)?048隨心所欲地進(jìn)行改造的人未必能改得了大型游戲《仙劍奇?zhèn)b傳5》（假如這個(gè)游戲的源代碼能公開的話）一樣，人們?cè)跊]有完全弄懂生物基因調(diào)控的全部奧秘之前，也只能先摸索著對(duì)生物進(jìn)行一些基因改造工作，其中遺傳密碼較為簡單的微生物相對(duì)來說是比較好改造的。

剪刀膠水湊基因

除了一部分病毒之外，生物的遺傳信息總是儲(chǔ)存在DNA之上。要想對(duì)生物進(jìn)行基因改造，首先你得學(xué)會(huì)怎么修改DNA，就像要修改游戲的話，首先得學(xué)會(huì)用編輯器調(diào)出源代碼一樣。DNA分子猶如一條寫著長長的遺傳密碼的紙帶，要修改其上的遺傳密碼，必須先在指定位置把這條紙帶剪開，插入一段新紙帶或用一段新紙帶替換掉一段舊紙帶之后，再把它們重新粘起來。1970年，美國生物學(xué)家哈密爾頓·史密斯（Hamilton O. Smith）和他的學(xué)生肯特·威爾考克斯（Kent W. Wilcox）發(fā)現(xiàn)了第一種能夠在特定的序列處把DNA切斷的酶，這就是DNA限制酶。后來科學(xué)家又陸續(xù)得到了幾百種DNA限制酶，可以識(shí)別數(shù)十種不同的DNA序列，被稱為能剪斷DNA的“魔法剪刀”。在此之前的1967年，還有三個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶，可以把斷開的DNA粘起來，堪稱 “魔法膠水”。

有了剪刀和膠水，人類就可以按自己的意圖對(duì)DNA進(jìn)行各種各樣的拼接了。1972年，美國的保羅·伯格（Paul Berg）等人把一種噬菌體的基因剪下來，插到了另一種叫SV40的病毒的DNA里（同時(shí)剪切插入的還有大腸桿菌的一套基因），這樣就第一次制造出了人工拼接的DNA。伯格本來想用這種插入新基因的病毒感染大腸桿菌，檢驗(yàn)它是否能夠繁殖——如果感染成功，就表明插入的噬菌體基因發(fā)揮了作用。但是，由于擔(dān)心這種半人造的病毒泄露到實(shí)驗(yàn)室外面，造成不可控的后果，伯格放棄了這個(gè)打算，把它們?nèi)间N毀了。

1973年，美國的斯坦利·科恩（Stanley Cohen）等人則在試管中把兩個(gè)能抵擋抗生素的基因拼接到細(xì)菌和真菌特有的一種叫“質(zhì)粒”的環(huán)形DNA分子里面，又把拼接后的質(zhì)粒放回大腸桿菌體內(nèi)。正如他們所期待的，這些拼接的質(zhì)粒不但可以像原來一樣正常地復(fù)制，還讓原來不耐那種抗生素的大腸桿菌有了抗藥性。這就是人類歷史上最早的基因工程。后來，伯格獲得了1980年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，科恩則獲得了1986年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

有了這些成功的先例，把細(xì)菌改造成藥物生產(chǎn)車間的技術(shù)便水到渠成了，只要像科恩往大腸桿菌的DNA里插入抗藥性基因一樣，把能夠生產(chǎn)藥物的基因插入微生物的DNA中，獲得重組DNA，并且保證插入的基因能夠正常運(yùn)行就可以了。

生物制藥初獻(xiàn)藝

用基因工程生產(chǎn)的最早的兩種藥物，一種是重組人胰島素，另一種是重組人生長激素。胰島素是由胰島分泌的一種激素，功能是促進(jìn)細(xì)胞分解葡萄糖。如果胰島細(xì)胞受到損害，不能分泌足量胰島素，那么人體血糖含量就會(huì)升高，多余的血糖會(huì)進(jìn)入尿中，這就是I型糖尿病。糖尿病是一種對(duì)人體危害很大的慢性病，對(duì)于I型糖尿病患者來說，注射胰島素顯然是最有效的療法。但是，人體內(nèi)的胰島素含量極少，以前的人們只能從豬、牛的胰腺中提取胰島素作為代用品。從幾十千克的動(dòng)物胰腺中只能提取1克胰島素，其價(jià)格之昂貴可想而知。而且，動(dòng)物胰島素的藥效也遠(yuǎn)不如人胰島素。比起胰島素來，另一種叫生長激素的藥物價(jià)格曾經(jīng)更加昂貴。這種激素是由人的腦垂體分泌的，主要作用之一是促進(jìn)兒童身體生長，因此可以用來治療一種叫“垂體性侏儒癥”的遺傳病（這種病的患者垂體不能分泌足量的生長激素，結(jié)果造成身體發(fā)育緩慢，個(gè)頭矮小）。可是，生長激素只能從人體內(nèi)獲取，要得到1克生長激素，需要幾十具尸體的腦垂體。更恐怖的是，1983～1985年間，法國有約2000名侏儒癥兒童注射了同一牌子的生長激素，其中有一百多人死于克-雅二氏癥，這正是因?yàn)樯L激素在提取過程中不慎被朊病毒污染而造成的。

因此，基因工程的出現(xiàn)大大幫助了這兩種激素的生產(chǎn)。1978年，用大腸桿菌生產(chǎn)的重組人胰島素宣告成功；1979年，用大腸桿菌生產(chǎn)重組人生長激素的夢(mèng)想也實(shí)現(xiàn)了。用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的這兩種激素在1982年和1985年先后進(jìn)入市場(chǎng)，原本供不應(yīng)求、價(jià)格高昂的藥物，現(xiàn)在終于變得貨源充足、質(zhì)量可控，而且連普通人也承受得起。

除此之外，通過微生物基因工程生產(chǎn)的藥物還有促卵泡素、凝血因子、血清白蛋白、白介素、干擾素等，這些藥物可以用于治療像血友病這樣的遺傳病，或是惡性腫瘤、肝炎這樣的重癥。當(dāng)然，和我們關(guān)系最密切的基因工程藥物還是疫苗，比如現(xiàn)在的乙型肝炎疫苗就是用工程酵母菌生產(chǎn)的重組疫苗。

風(fēng)口浪尖轉(zhuǎn)基因

基因工程不僅用在微生物改造上，也可以用于改造更高等的動(dòng)植物，這就是俗稱的“轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物”。盡管轉(zhuǎn)基因植物的研發(fā)已經(jīng)比較成熟，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)有20多年歷史了，而轉(zhuǎn)基因鮭魚之類的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物也通過了安全檢驗(yàn)準(zhǔn)備上市，但是因?yàn)榉N種原因，很多人對(duì)這些被基因工程改造的高等生物心存疑慮，這就影響了轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物在社會(huì)上的接受度。相比之下，商業(yè)化更早的轉(zhuǎn)基因微生物工程算是幸運(yùn)地經(jīng)過了輿論的考驗(yàn)。

然而，科學(xué)家還一直希望用微生物基因工程來做更多的事情，比如用來合成生物汽油緩解能源危機(jī)。改造后的微生物還可能用來降解油污、二噁英、塑料等平常在自然環(huán)境中很難降解的污染物。當(dāng)然，和轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物相同，即使這些技術(shù)開發(fā)成功，它們也只會(huì)在被民眾普遍接受之后才可能得到廣泛應(yīng)用。endprint