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副主席、書記處書記陳章良，聊一聊基因工程在生活領域的最新應用成果和發展前景。

陳章良是我國著名的生物學家之一，也是我國很早的一批轉基因科學家。他在分子生物學和農業基因工程等領域都取得了豐碩的科研成果，是我國首位因此獲得聯合國教科文組織青年科學家獎的人。

基因工程是20世紀70年代醞釀出的一項新技術。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。

人類發現，通過基因工程我們幾乎能跨越物種，實現任一生物基因的改良或轉移工作。基因工程自誕生以來，短短的幾十年間，已廣泛應用于醫藥、農業、工業、環境等領域，展示出了強大的生命力和廣闊的應用前景，它能夠使人類未來的生活更加美好。

當年，美國有一批科學家率先開始了生物體內基因的拼接工作，并提出了基因工程的概念。它是指人類通過一種像手術刀似的生物酶，將一個生物體內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工程，但我們肉眼卻無法看到酶在工作，雖然它確實能發生。

這一發現令人十分激動，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啊！

醫學上基因工程應用捷足先登

基因工程最早的商業應用領域是醫學。人類最先研究成功的有重大商業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提取胰島素，能不能用人類自己的胰島素呢？后來這一設想通過基因工程的方法實現了。

科學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疫苗，這類疫苗目前已在醫學上被廣泛使用。基因工程生產的疫苗不是來源于整個病毒，只是病毒中的某一段蛋白質。但是，人的免疫系統會把這段蛋白質當成病毒一樣來處理，會迅速啟動免疫系統攻擊它，產生對抗此病毒的抗體。

目前國內的乙型肝炎疫苗，基本上都是用基因工程的方法生產的，國內有好幾家工廠在生產。我們今后也會針對更多的病毒，生產出更多的基因工程疫苗。

基因抗癌藥物成新“救星”

近幾年，基因工程制藥業發展得很快，尤其是抗癌的新導向藥物。現在國際上廣泛使用的此類藥物已經超過了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。這種導向藥物注射到肺癌患者體內后，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向藥物，它能夠像導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的化療方式，就能避免掉頭發、嘔吐、免疫系統損壞、身體機能衰弱等問題。

目前，世界上有不少于40種的抗癌癥的導向藥物正處于臨床試驗階段。我們驚喜地發現：人類終于慢慢接近全新的抗癌領域了，即只消滅癌細胞，不損害正常的人體細胞。相信在未來的醫藥領域，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，發現有一大批科學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，學會了制藥對抗疾病。SARS出現后，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。

基因工程在醫藥方面得到了有效應用。這個領域，誰先研制出某一藥用基因，誰就擁有這個專利，就可以生產這一類醫用藥物，就能創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域，將會發展得特別快，成為一個重要的高科技領域。

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成分。DNA可組成遺傳指令，以引導生物發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“綠色農業”

20世紀80年代初我在美國留學，參與最早一批科學家研發轉基因植物。自從80年代初世界上第一株轉基因植物研發成功后，這個技術發展很快。目前全球有超過20億畝地種植轉基因作物。主要有含抗除草劑轉基因的大豆、含抗錦鈴蟲轉基因的棉花等，這能大大減少農藥的噴灑工作，使我們的農業更加“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業中的應用。

目前農業領域，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。基因工程在未來的農業領域還會繼續發展，會有抗鹽堿、抗寒、抗旱以及提高質量的基因工程農作物，其應用前景非常廣闊。

基因工程拯救了木瓜

你們知道嗎，木瓜曾面臨過嚴重的災難。當年夏威夷流行著一種番木瓜環斑病毒，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業。

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。科學家們克隆一段番木瓜環斑病毒基因把它轉移到木瓜中，使其能抵抗這種病毒。基因工程救活了這個物種，現在市場上的大部分木瓜就是轉基因木瓜。

工業領域的基因工程

現在有個新詞叫“生物質能源”，它是一種綠色的新能源。它目前也和基因工程聯手了，這也是基因工程在工業領域應用的新表現。

所謂基因工程的“生物質能源”就是把一些生物質，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量大國，那里大部分汽車正使用著甘蔗生產的燃料乙醇，省掉了大量石油能源。

基因工程在工業發酵酒精上的應用成效顯著，近幾年這一領域也發展得越來越快。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，就建了一個現代化的工廠，專門生產木薯燃料乙醇。它是中糧集團投資建設的。廣西目前能生產幾十萬噸木薯燃料乙醇，這些乙醇在當地的汽車里使用著，也為當地節省了很多汽油。

當然，除了酒精以外，我們還生產乙醚、丁醇等工業產品。基因工程在工業上還可以生產一系列的小化工產品，這些產品都具有高附加值，能創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域。

基因工程助力于“環保”

目前，在環保領域，基因工程主要應用于城市垃圾清理、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。

基因工程在未來環保領域的應用，最終會到什么程度？肯定是會生產出更耐高溫、更高效的細菌菌種。因為發酵溫度越高，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保的效率。