探索生命

细菌车间

人体中有许多细胞因子（蛋白质），能够增强人的免疫力，杀死各种病菌。所以，有时一个人得了病能不治自愈，就是这个道理。另外，人体蛋白一般副作用小，在治疗上具有较为广泛的临床效应。因此，人体内的这些细胞因子，具有珍贵的药用价值。但是许多细胞因子在人体中的含量很少，不容易提取。

1952年卢瓦和休曼，1953年伯塔尼和韦格尔，都发现微生物中有一种“限制性内切酶”能够将DNA切成小的片段。用同一种限制性内切酶切开的DNA，其末端核苷酸有配对性，能相互辨认和粘连在一起。科学家们一发现这种特点，就立即意识到了它的重要性。他们用限制性内切酶把两份不同的DNA切开，再用DNA连接酶把它们粘合在一起，从而有可能实现人为支配下的基因重新组合。

外源DNA引入大肠杆菌示意图这个发现毫不含糊地得到了证实。但是有了限制性内切酶和DNA连接酶，还需要有运载工具。科学家发现大肠杆菌内存在着一种叫做质粒的环状体，它们能在大肠杆菌细胞内自由出入，自身能不断繁殖，并随着寄主细胞的分裂而被遗传下去。

1973年，美国科学家科恩和博耶用限制内切酶这把化学“手术刀”，把金黄色葡萄球菌携带的抗四环素基因切下来，同时也把质粒的DNA切开，再用DNA连接酶把两个接口封住，这样便重组了一个带抗四环素基因的大肠杆菌质粒DNA。这个质粒和原来的质粒不同，所以叫做重组质粒。然后让这个重组质粒再回到大肠杆菌里去，并在大肠杆菌内“定居”下来，它随着大肠杆菌“一股劲地繁殖”，并表现出抗四环素的特性。

这个实验说明，人们可以把甲种生物的遗传物质转移到乙种生物中去，而接受了转移遗传物质的乙种生物，能把甲种生物的特性表现出来，并且一代代地传下去。这个实验标志着一个十分重要的学科基因工程的到来。

基因工程研究在医药上接二连三地取得重大突破，可以说基因工程在医药上的研究是捷足先登。

就拿胰岛素的生产来说，胰岛素是一种蛋白质，是由胰腺细胞分泌的。如果人体内缺乏胰岛素，就会引起代谢障碍，血液中的葡萄糖含量升高，过多的糖随尿排出，从而引起糖尿病。这种病是一种难以根治的疾病。其中一种糖尿病，只有长期注射胰岛素，才能控制病情的发展，别无他法。

过去，天然胰岛素通常是从猪或牛的胰脏组织中提取，含量低，从40头牛或50头猪的胰脏组织中提取的胰岛素只够一个病人一年的用量，这种产量实在难以满足这么多糖尿病患者的需要。

1977年，美国科学家尤尔利奇和古德曼，从科恩和博耶成功的实验中得到启发，决定用重组基因的方法试一试，看用这种方法是否可以使大肠杆菌生产出胰岛素来。他俩先将小鼠生产胰岛素的基因分离出来，转移到大肠杆菌中去，虽然没有获得表达，但转移的成功为今后利用细菌生产人胰岛素迈出了重要的一步。

1978年9月，美国加利福尼亚大学科学家板仑等人，首先将产生人胰岛素的基因分离出来，把基因拼接到大肠杆菌的质粒上去，这些带着人胰岛素基因的质粒，进入大肠杆菌内，人胰岛素基因竟能够操纵大肠杆菌生产人胰岛素。由于大肠杆菌繁殖快，每繁殖一代只需30～40分钟，从1000升的培养液里就能提取100克人胰岛素，使人们通过细菌来获得大量的胰岛素作为药物的构想成为可能。这是从细菌获得药物的一个成功例子。

让我们再来看看“小人国”的矮人吧。人的身材有高有矮，这是正常的，而被称为“侏儒”的矮人就是不正常的了。侏儒们身材虽矮，但其智力发育与正常人没有什么两样，为什么他们长不高呢？

人的身高，除有遗传因素外，那些不正常的矮人或巨人，都是因为大脑垂体分泌生长激素少或多的缘故。分泌的少人就矮，甚至成为侏儒；分泌过多就会成为巨人。

也许有人要问：对生长激素分泌少的侏儒是否可以用动物的生长激素来医治呢？不行！生长激素有种的特异性，动物的生长激素不能用来治疗人的侏儒症，只能用人的生长激素去医治。但是从60具人尸体的脑子里提取的生长激素，只够一个侏儒患者一年的用量，可以说无法靠此来治疗。

1978年1月，美国加利弗尼亚大学和南旧金山基因技术公司的学者，把小鼠的生长激素基因转移到大肠杆菌中，获得了表达。1979年7月，他们宣布细菌生产人生长激素获得成功。在这次实验中，得到了0.2毫克的人生长激素。

生长激素主要用于治疗侏儒症，同时还是用于治疗烧伤、创伤、骨折、胃出血，加速伤口愈合以及预防老年患肌肉萎缩等的有效药物，当然很受欢迎。

1983年，这家基因公司开始将他们的产品投入生产。到1990年，销售额已达1.5亿美元，其价格也从每国际单位15美元降到5美元。因此，侏儒患者也就有希望长得与正常人一般高了。

干扰素是人体和动物细胞产生的一种蛋白质，它有三种：白细胞干扰素（α型干扰素），成纤维细胞干扰素（β型干扰素）和免疫干扰素（Υ型干扰素）。干扰素对治疗癌症、流感、肝炎等病毒性疾病有疗效。但是天然的干扰素含量很少，难于获得，而且也有种的特异性，人的干扰素不能与动物的干扰素通用。

1980年，美国基因技术公司用基因工程制造α型干扰素取得成功，1986年6月被美国食品与药物管理局批准生产。接着英国和日本政府也相继批准α型干扰素和β型干扰素投放市场。

我国国防医学院的侯云德教授等人研制成功了基因工程αb型干扰素，是已得到国家批准的第一种高技术药物，并已投放市场。

上面所说的这些被转移了这种或那种基因的大肠杆菌，已不是原来的大肠杆菌了，它们的细胞里多了新的遗传物质，科学家给它们取了一个新的名字，叫基因工程菌。

人们在获得基因工程菌后，就要用发酵的方法进行大规模的生产。用来供工程菌生长发育的设备称为发酵罐，又叫生物反应器。由于细胞本身就是一个最好、最精密，也是效率最高的生物反应器，所以在制造生物反应器时，必须根据不同的细胞设计不同的反应器。其要求是非常严格的，必须维持一定的温度和PH值，要防止污染，在运行中要杜绝外界各种其他微生物的进入，培养物不能泄漏，要有过滤或加热灭菌后才能排气的装置等等。所以，要求科学家必须搞清楚各种细胞的代谢机理、温度、PH值、能量等生物细胞的内环境，要在生物反应器的设计上下功夫。

任重而道远，有志者可加入到这项工作中，为更多的患者造福。