二、应运而生的基因工程

当人们对生物体内主管遗传的 DNA 的内部结构和它们“行动”机制的秘密一步一步了解得相当清楚以后，特别是了解到遗传密码是由信使 RNA 转录表达的以后，生物学家不再满足于仅仅去探索、去揭开生物遗传的秘密，而是跃跃欲试，想从分子的水平去干预生物的遗传了。他们设想，如果将一种生物的 DNA 中的某个遗传密码切割下来，再连接到另外一种生物的 DNA 链上去，将 DNA 重新组织一下，是不是就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型呢？

这种设想与过去培养生物让它们自己去生长、繁殖后代的传统做法完全不同，相反，它和技术科学的工程设计十分相像，将这种生物的这个“基因” 与那种生物的那个“基因”，按照人类的需要去重新“施工”、“组装”成

新的基因组合并由此而创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物的产生的科学技术就叫“基因工程”，或者叫“遗传工程”。

“基因工程”的第一支施工队伍是美国斯坦福大学教授科恩统领的。在1973 年，科恩带领着他的队伍从大肠杆菌里取出两种不同的质粒。所谓质粒就是细菌体内比细菌染色体更小的环形 DNA。这种环状 DNA（质粒）上只有几个基因，细菌体内有无质粒对细菌的生存都无碍大局。这种环状 DNA 能自由进出细菌的细胞。科恩从大肠杆菌中取出的质粒，各自具有一个抗药基因，但这两种质粒上的抗药基因是决定抗不同药物的。科恩等一班人，就是把这两种质粒上的抗药基因“裁剪”下来，再把这两个基因“拼接”在同一质粒中。新拼接而成的质粒叫“重组质粒”或“杂合质粒”，更使科恩等人兴奋的是，当这种“杂合质粒”进入大肠杆菌能抵抗两种药物了，而且由这种大肠杆菌产生的后代都具有双重抗药性，这表示“杂合质粒”在大肠杆菌的细胞分裂时也能像大肠杆菌中的染色体那样自我复制了。虽然这种双抗药性的大肠杆菌对人类毫无价值，但这种大肠杆菌的出现，标志着基因工程的首次胜利。

1974 年，科恩等再次把金黄色葡萄球菌的质粒（上面具有抗青霉素的基因）和大肠杆菌的质粒“组装”成“杂合质粒”，也顺利地把这种“杂合质粒”“送入”大肠杆菌体内，凡是得到这种质粒的大肠杆菌再也不会在青霉素环境下呜呼哀哉了，这说明，金黄色葡萄球菌质粒上的抗青霉素基因，由“杂合质粒”带到大肠杆菌体内了，不仅是金黄色葡萄球菌质粒上的基因进入大肠杆菌，更重要的是外来基因在大肠杆菌体内同样也发生作用（或者说能够表达）。

两次试探性的研究，都取得了预期效果，使科恩的信心倍增。1974 年，他从非洲爪蟾细胞中取出 DNA，并在实验室中，从非洲爪瞻的 DNA 上“裁剪” 一段与大肠杆菌的质粒“拼接”。拼接成功了，拼接后的质粒带着非洲爪赡的基因进入大肠杆菌了，大肠杆菌真的产生了非洲爪蟾的核糖体核糖核酸

（rRNA）。这又是科恩第一次做的跨越生物门类的基因拼接的外科手术，两栖动物的基因能在细菌里发挥作用，也能在细菌里不断复制的事实告诉人们，基因工程完全可以不受生物种类的限制，可以按照人类的意愿去拼接基因，创造新的生物，如创造缫丝的大肠杆菌、制药的大肠杆菌等等。

当科恩取得了第三次的成功后，他立即以 DNA 重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。

由科恩首次取得成功的基因工程不仅打破了不同物种在亿万年中形成的天然屏障，预示着任何不同种类生物的基因都能通过基因工程技术重组到一起。科恩的专利也同样标志着人类确实可以自己的意愿、目的，定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型。科恩专利技术引起了全球轰动，在短短几年中，世界上许多国家的上百个实验室开展了基因工程的研究。

科恩的专利技术，至少包括四方面的内容。一是取得符合人们要求的 DNA 片段，这种 DNA 片段就叫“目的基因”；二是将目的基因与质粒或病毒 DNA 连接成重组 DNA（质粒和病毒 DNA 称做载体）；三是把重组 DNA 引入某种细胞（这种得到目的的基因的细胞称受体细胞）；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。

在获取目的基因方面，生物学家采用了物理、化学和生物学方法，都取得成功。

1966 年，美国的伯恩斯蒂尔等用密度梯度离心和分子杂交法，成功地从非洲爪蟾中分离出 rRNA 基因，1969 年仍是美国的科学家夏皮罗用分子杂交法又成功地从大肠杆菌中分离出 DNA，这个 DNA 片段实际上是乳糖操纵子的一部分。到 70 年代，人工合成基因获得成功。1970 年，印度血统的美籍学者科兰纳首次用深化方法合成了有 77 个核苷酸对的酵母的丙氨酸的结构基因。1972 年，巴梯摩尔、斯派戈尔曼、列捷尔等领导的实验室各自用反向转录酶合成了家兔和人的珠蛋白基因，这是首次合成的真核生物基因。1973 年，科兰纳再次得手，他合成了具有 126 个核苷酸对的大肠杆菌酪氨酸转移RNA（tRNA）基因。唯一使科兰纳感到不满足的是，基因虽然合成，但该基因因缺少“零部件”而无法启动。为了使合成的基因能发挥作用，科兰纳等经过三年埋头苦干，在 1976 年 8 月，终于使大肠杆菌酪氨酸转移 RNA（tRNA）基因顺利地转录出酪氨酸 tRNA。

1977 年，美国加里被尼亚大学的博耶紧步科兰纳的后尘，用化学方法合成了人生长激素抑制因子的基因。人生长激素抑制因子是人脑、肠管、胰腺中分泌出来的一种神经激素，它能抑制甲状腺刺激激素，促胃液素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，对肢端肥大症、急性胰腺炎和糖尿病等多种疾病都有医疗价值。博耶合成这个基因后，立即将这个人工合成的基因与大肠杆菌质粒重组，重组 DNA 在质粒运载下顺利地进入大肠杆菌，这个人工合成的基因在大肠杆菌中为博耶制造出 5 毫克人的生长激素抑制因子。这 5 毫克生长激

素抑制因子可以说是人造基因献给博耶的厚礼。你可千万不要以为 5 毫克微

不足道，如果用传统的办法从绵羊中提取，那就要有 50 万个绵羊脑袋才会提

取到 5 毫克生长激素抑制因子。

用基因工程创造新生物的最大优越性是可以在短期内培育出新的生物类型，而且可以由基因工程创造的新生物生产人们期望的生物产品。除人生长激素抑制因子外，还有如胰岛素、干扰素等，也已可以用基因工程的方法获得。