一、基因技術(shù)的核心——基因工程

基因工程又稱為基因重組工程，就是采用類似工程設(shè)計的方法，將某一個(或幾個)特定基因經(jīng)過人工有目的地改造、修飾后，通過表達載體導(dǎo)入另一種屬生物細胞中，使其產(chǎn)生人們所預(yù)期的、有生化活性的蛋白質(zhì)的整個工藝過程。形象地說即對基因進行“剪”、“粘”、“載”、“住”等四步簡單的處理。

基因工程是改造生命、復(fù)制生命的基礎(chǔ)，但絕不是像許多人想像的那么深奧。科學(xué)家利用“剪刀”、“粘膠”、“運載工具”、“宿主”來完成改造基因并使其表達工作。首先利用限制性內(nèi)切酶將載體DNA剪切開(一般在細菌基因改造時經(jīng)常使用的是一種稱為“質(zhì)?！钡男⌒虳NA環(huán))，再利用限制酶將目的基因從其他生物的基因組中切割出來(要注意的是，兩次使用的限制酶往往是同一種酶，或者兩種不同的酶卻可以切割出互補的“尾巴”即黏性末端)，然后使用連接酶將目的基因與載體DNA相連接成一條完整的DNA鏈，最后將它送入宿主細胞內(nèi)得以繁殖。把帶有目的基因植入受體細胞中的方法目前有以下幾種:第一種是轉(zhuǎn)形法，即使用一些能把外源基因密集聚合在細菌或細胞表面的鹽類溶液，讓細胞們快速而且欣然接受所有的DNA。第二種是原生質(zhì)融合法，即利用電壓穿孔或溫和化學(xué)溶解處理，讓欲改造的細胞及攜帶有外源基因的細胞表面，產(chǎn)生一些暫時性的孔疏現(xiàn)象，然后再讓它們緊密地依偎在一起，相互交換遺傳物質(zhì)，便達到改造目的。第三種是基因槍法，即把外源基因涂覆在微細金屬粒子上，而后利用高壓氣體推動，將金屬粒子打進動植物細胞核內(nèi)。第四種是病毒載體或反轉(zhuǎn)錄病毒法，即利用病毒具有感染力，將病毒的毒性削弱到某種程度，或是剪除致病的基因，留下具有感染力的基因，就可以利用病毒的感染力，把其所攜帶的外源基因送入細胞內(nèi)。第五種是顯微注射法，即直接使用一支非常纖細的玻璃針頭，把裝載有外源基因的液體注入到細胞核內(nèi)。第六種是精子載運法，即先將精子與外源基因放在一起，讓外源基因混入精子，使其產(chǎn)生融合(轉(zhuǎn)形作用)，再將轉(zhuǎn)形的精子在體外與卵子結(jié)合，待育成胚胎后，送入子宮孕育。有時單單應(yīng)用前述某一種方法，成功率往往不大理想，這時可以考慮組合以上數(shù)種方法，聯(lián)合變化使用。事實上，把基因送入目標(biāo)細胞的技術(shù)，不斷有各種新創(chuàng)意方法或輔助儀器設(shè)備出現(xiàn)，而這些都是為了更快速、更精準(zhǔn)地改造生命。

與基因技術(shù)相關(guān)聯(lián)的還有轉(zhuǎn)基因技術(shù)。

1.轉(zhuǎn)基因動物

轉(zhuǎn)基因動物就是用實驗的方法(通常采用顯微注射技術(shù))將人們所需要的目的基因?qū)雱游锏氖芫牙铮敉庠椿蚺c動物本身的基因(染色體)整合在一起，外源基因就能隨細胞的分裂而增殖，在體內(nèi)得到表達，并能穩(wěn)定地遺傳給后代。1982年世界上第一只轉(zhuǎn)基因動物——“巨鼠”的產(chǎn)生，就是把大白鼠的生長激素導(dǎo)入到一借腹懷孕的母鼠體內(nèi)，生下一個比正常小鼠體格大一倍的“巨鼠”。

轉(zhuǎn)基因動物可以用來生產(chǎn)基因藥物，最理想的表達場所是乳腺。因為乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響到轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。從轉(zhuǎn)基因動物的乳汁中獲取的目的基因產(chǎn)物產(chǎn)量高，易提純，具有穩(wěn)定的生物活性。20世紀(jì)90年代中期，國際上成立了數(shù)十家轉(zhuǎn)基因動物公司，轉(zhuǎn)基因牛、綿羊和豬的成功實例有十多種，生產(chǎn)出貴重的藥用蛋白如α₁抗胰蛋白酶、人紅細胞生成素(EPO)、人凝血因子Ⅸ、蛋白質(zhì)C、tPA等。我國于1996年10月在上海奉辛動物實驗場成功研制出5頭有目的基因整合的轉(zhuǎn)基因羊(3頭公羊，2頭母羊)，其中一頭母羊已于1997年9月產(chǎn)下小羊羔進入泌乳期，其乳汁中有活性的人凝血因子Ⅸ的表達是治療血友病的珍貴藥物。

2.轉(zhuǎn)基因與克隆

自從克隆綿羊“多利”誕生以后，在全球范圍引起很大震動。究竟轉(zhuǎn)基因動物與克隆動物有何不同？這是一個人們普遍關(guān)心的問題。

英國羅斯林研究所研制成功的克隆綿羊是把體細胞的細胞核移植進一個去掉細胞核的卵細胞中，組裝成一個類似受精卵的細胞，這個組裝的細胞發(fā)育成小羊“多利”。它是無性繁殖的產(chǎn)物，成為克隆。它的價值在于它的理論意義:突破了有性生殖的框架，證明高等動物也可以由無性生殖來繁衍。而轉(zhuǎn)基因羊的研制是將外源基因(如有藥用價值的人類基因)通過顯微注射等方法導(dǎo)入到受精卵的原核中，然后受精卵移植到受體母羊體內(nèi)，讓其發(fā)育成小羊。出生的小羊如帶有所注射的外源基因(即整合了外源基因)，就有可能表達這種外源基因的產(chǎn)物。轉(zhuǎn)基因羊的意義在于它的以下應(yīng)用價值:可以用來大量廉價地生產(chǎn)珍貴的藥物，為遺傳病患者造福。轉(zhuǎn)基因羊可以通過兩個途徑大量繁殖:一是有性繁殖。這即轉(zhuǎn)基因羊與普通羊交配，后代中有一半是轉(zhuǎn)基因羊。二是核移植，也就是克隆，所有后代都是轉(zhuǎn)基因羊。這樣一來我們就可以從轉(zhuǎn)基因羊身上(乳腺里)源源不斷地得到人類所需要的目的基因產(chǎn)物。

利用轉(zhuǎn)基因動物的技術(shù)，我們既可以加快作物和家畜品種的改良速度，提高米、麥、肉、奶、蛋等食物的品質(zhì)，又可以生產(chǎn)珍貴的藥用蛋白，為遺傳病患者造福?？梢哉f，基因動物技術(shù)對人們千百年來追求的豐衣足食、益壽延年兩大目標(biāo)都將作出巨大貢獻。