生命的奥秘-第3章

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我们只要供给细胞工厂足够的原料；它就能够转化出工作所必需消耗的能量；并能够制备生产过程需要的基本材料。各种细胞工厂所用基本材料的种类和数目差不多都一样；不外乎常用的20种氨基酸。所以；我们不必担心哪一家的工厂会因基本材料不同而交不出我们要求的产品。更妙的是；只要我们能够把工作内容安插在这家工厂的录音机上；这家工厂不单是会替我们制造产品；还会不断替我们复制我们给它的片段录音带。即使在扩建新工厂之后；每一家新工厂还是会忠实地为我们制造产品。
下面；我们具体说说如何完成这个任务的。
第一步；我们选用具有某种性质的工厂；我们叫它E厂（事实上是一种大肠菌的细胞）吧！这个工厂内除了主要的工作房之外；还有更小的并且是独立的小工作房。我们可以施加种种压力破坏此工厂的围墙；把这些小工作房中的小型录音带（细胞学里的名字叫质体）收集起来。
第二步；我们请一位高明的录音师；它能很快地从录音带的形式认出工作内容的起始点和终止点。我们交给这位专家两盘录音带。一盘是由人家小工作房抢过来的；另一盘上则录有我们所需产品的制造程序。我们请他剪掉前一盘的一部分；剩下的大部分；我们以A带称之。同时把后一盘录音带中我们所需的那一小段剪下来；我们称之为B带。
第三步；把B带补进A带的空隙里；成为A＋B。
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第四步；派一种能冒充E厂守卫的东西进入E厂充当守卫；然后将A＋B的加工录音带混进E厂里面。这样；我们只须守着E厂；看它工作的时候有没有将我们期待的产品制造出来就是了。因为这种细胞工厂能够很快的繁殖；所以；只要有一个工厂成功；几十小时之后；我们就可以拥有109以上那么多的生产工厂了。
上述四步中；最重要的是第二步所提出的录音带专家。在生物工程里；它的名字叫限制酶。除了限制酶；还需要其他很多种酶来共同完成作业。生物体中几乎任何生理反应均需要各种酶；否则谈不上什么生命的奥妙。
遗传的奥秘
〃种瓜得瓜；种豆得豆〃早已是人们的常识；孩子像父母更是习以为常。
但为什么会像呢？是什么力量使得生物的遗传特性一代一代传下来的？科学家们用了一百年的时间给我们提供了比较满意的答案。
不能说孟德尔是一个地地道道的生物学家；因为他的职业不是科学；然而；职业并不能决定一个人的科学成就的大小。深居修道院的孟德尔连续8年研究豌豆；发现控制豌豆各种性状的遗传物质；是呈颗粒状的成对存在的因子；完成了遗传学的经典之作。按孟德尔的观点；这些呈颗粒状成对存在的因子可以自由组合；以此决定下一代的性状。表现出来的性状能大致说明生物体一定有哪个遗传因子和一定没有哪个遗传因子。如果把豌豆的高矮这对性状用A与a表示出来；高豌豆的遗传因子既可以是Aa；也可以是AA；而矮豌豆的则必定是aa。如果雄性豌豆是Aa（生物学上叫杂合体）那么产生的后代就是这样：Aa×aa（自由结合）
↓AaAaaaaa高矮就是说高矮的概率各占50％如果雄性豌豆是AA（生物学上叫纯合体）；那么产生的后代就是这样：Aa×aa（自由结合）
↓AaAaAaAa高就是说；下一代肯定都是高的。
把孟德尔的这一发现推而广之；我们人体的高矮、胖瘦、黑白、手的大小、嗓音的高低、眼睛的形状等等都是由从父母遗传下来的因子决定的。这些遗传因子；后来被生物学家们称为基因；是生命得以延续的活载体。
孟德尔用遗传因子解释遗传非常有道理；但遗憾的是他不能告诉我们那个颗粒状的基因在哪里；是什么样子。揭开基因神秘面纱的是美国的细菌学家艾弗里和后来的噬菌体小组。噬菌体是一种低等微生物；以细菌细胞为寄主。它的结构十分简单；形如蝌蚪；外部是一个蛋白质膜；膜里面包着脱氧核糖核酸（即DNA）。特别有趣的是；当它侵犯细菌的时候；好像是一个注射器；先用尾部末端扎在细菌的细胞膜上；然后将体内的DNA全部注入到细菌的细胞里面去；而把蛋白质外壳留在外部；再没有什么用了。侵入细菌中
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的DNA；利用细菌细胞内的物质；坐享其成；不断地制造自己的后代；直到后代太多；把细菌细胞彻底吃掉；才又分散四处；继续侵入其他细菌。就像前面我们在细胞工厂里看见的那样。
噬菌体的所作所为告诉我们；噬菌体的遗传繁殖就是通过其体内的DNA来实现的。
基因是什么？基因就是DNA。DNA是一个大分子；样子很像摩天大楼里的楼梯；螺旋状伸展。楼梯两侧的扶手是核苷酸长链；梯的阶级是配对的碱基连接而成的。一个小鼠的DNA大约含有1。2万个核苷酸对；一个人的一个DNA分子大约含有30亿个核苷酸对。正是由于DNA的千差万别；才有了各种生物各不相同的遗传性状与功能。
再严格一点；说基因就是DNA并不十分准确；而准确的说法是；基因是DNA分子中的某一个片段（即核苷酸片断）；是DNA长链上占有一定位置的遗传单位。一个DNA分子上具有若干个〃基因〃；每个基因大约有1000个碱基对长短。一个基因能够控制生物体一种性状。据测算；小病毒的DNA上只有4～5个基因；大肠杆菌的DNA含有3～4千个基因；而我们人体的DNA所含的基因大约有10万个。基因在染色体上并不是固定不动的；排列在细胞内染色体上的成串基因；有时以不规则的方式不停地运动；变换着位置；并且可以从一个细胞跑到另一个细胞中去。
现在；我们可以用另外一种语言把孟德尔的思想做一个表述：生物在生长发育时；细胞要分裂；细胞核中的DNA能自我复制；一个变成两个；两个DNA所带的遗传信息完全一样。在有性繁殖中；精子含有父方体细胞DNA的半数；这些DNA上携带着父本的全部特征；卵子也带有母方体细胞DNA的半数；和全部的母本特征。精卵结合后；重新组成了DNA一个整数。父母双方的遗传特征在新一代中都会保留下来。生物能够遗传的秘密全在于此。
创造新生命
我们掌握了遗传的秘密；就可以在必备的条件下；用人工方法将甲生物的基因与乙生物的基因重新组成一体；从而达到创造新生命的目的。
DNA重组；也叫基因工程；是在分子水平上进行的；通过四个步骤的操作就可以完成。
第一步；制备所需要的基因。我们称之为目的基因。它含有全套的遗传信息。DNA分子包含的基因很多；但在细胞内的含量很少；要制备起来并不是件容易的事。好在生物学家经过了无数次的摸索与尝试；找到了一些行之有效的方法；如超速离心法、噬菌体摄取法、反录酶法、分子杂交法、霰弹枪法、合成法等。根据制备的基因的不同；采用不同的方法；就可以得到预想的目的基因。
第二步；体外重组DNA。先选好适合运送目的基因的车子——载体；然后在生物体外使目的基因的片断与载体的DNA结合起来；形成杂合子；有点类似把东西绑到小车上。为此；要用限制内切酶在特定的切点上；把载体的DNA分子切开；再用DNA连接酶把目的基因与载体DNA切断处连接起来；形成一个完整的DNA杂合子。
第三步；基因转移。就是将DNA杂合子；向已经选定的生物受体细胞（或
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叫宿主细胞、寄主细胞）中转移；让重组的DNA杂合子在受体细胞中自主复制、转录、翻译得以表达。
第四步；筛选。引入受体细胞中的DNA杂合子；属于外源性DNA分子；不一定受欢迎；并且受排挤的占多数；只有少数分子才可能立稳脚根；落地开花。这就需要筛选；把受排挤的老老实实取回来；只留下那些成功的淘金者；把所携带的遗传信息表达出来（指导蛋白质的合成）；受体细胞就有了新的遗传性状。这就达到了遗传工程的预期目的——改变生物的遗传特性或者制造出某种新的生命类型。1977年美国加州的科学家；将生长激素释放抑制因子的基因转入大肠杆菌；在大肠杆菌培养液中；生产出了这种由14种氨基酸组成的多肽激素。仅仅用了9升培养液；就提取到了5毫克激素。这相当于从50万只羊的下丘脑中；所能提取到的激素量的总和。1979年；美国又利用细菌生产人的胰岛素；以满足医治糖尿病的需要。他们用基因工程把人的胰岛素导入大肠杆菌；用几公斤培养大肠杆菌的发酵液；就生产出了3～4克胰岛素；相当于过去从100公斤家畜的胰脏中提取的数量；而且生产过程简单；容易操作；从中可见基因工程的妙处。
DNA在体外重组的技术难度较大；不易掌握；而细胞融合的方法也能使遗传基因重组和变异；也能创造新种；所以已被广泛采用。
1975年英国剑桥大学的科学家米尔斯坦因和科勒；首次成功地实验出了单克隆抗体。克隆是从英文〃Clone〃一词音译来的；原意是无性繁殖。他们将肿瘤细胞与淋巴细胞融合形成杂交瘤细胞。这种杂交瘤细胞具有两种亲代细胞的特性；既能活跃地生长；又有不断分泌特异抗性抗体的功能。过去常规方法都是由血清中提取抗体；用这种方法提取出的抗体；是一种多抗体的混合物；故称之为〃多克隆抗体〃。而用杂交瘤细胞生产抗体；一种杂交瘤细胞只能产生具有一种特异性的抗体；因而称之为〃单克隆抗体〃。
同一年在美国；哈尔森等人用两种野生的同属异种的绿色烟草和郎氏烟草的叶片细胞；溶解掉细胞壁后；分离出原生质体并将其融合在一起；将形成的这个杂交细胞；成功地培育了新的烟草植株。这种新烟草具有两种野生烟草亲本的特性。由于体细胞杂交不是由性细胞的融合而实现的；因此是〃无性杂交〃。无性杂交生成的杂交细胞就是超性杂种。
种间细胞融合的技术；可以在植物与植物之间；动物与动物之间；微生物与微生物之间进行远缘杂交；甚至可以在动物与植物与微生物之间进行细胞融合；形成杂交物种。在科学家的实验室里；你现在就可以看到一些怪模怪样的杂种；如土豆—蕃茄；山绵羊；大豆—烟草；芹菜—胡萝卜等等以前想都不会想的动植物。
酶是一种具有高度皱折结构的蛋白质大分子；有高速高效的催化作用；是处于生物与非生物交界地带的特殊物质。可以说；离开酶；生物的新陈代谢、物质合成、能量转化以及降解都会统统停止。
酶有如此的活力；如果能人工合成该有多好。科学家们也正奋斗在这条道路上。首先；他们测算；一个单细胞中包含有千种不同的酶；在生物界中酶的种类有数百万种。目前已经发现的仅仅2000多种。对这些已经发现的酶；进行结构上的分析；以作为合成这种酶的基础。
由于有了光谱分析；人类的基因结构可以被精确地分析出来；并且可以在细菌的DNA中找出与人类基因相似的基因。科学家们可以通过直接对细菌的基因进行修饰；使其具有与人的基因相同结构的〃完善拷贝〃；这样就可
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以通过细菌来生产我们人类所需要的酶蛋白。美国的科学家已成功地将人的胰岛素基因植入细菌细胞中；由这种细菌生产出了一种新的药物—人胰岛素；不会像以往使用牛胰岛素那样容易触发患者的变态反应。药物专家认为这种人胰岛素药效快；疗效好。可以说；细菌生产人胰岛素为我们悄悄地揭开了酶商品世界帷幕的一角；好戏还在后头呢。
微生物貌不惊人；能量却不小。它的体内有上千种酶、几千个基因；只要掌握了微生物与高等生物都能通用的遗传密码；人就可以控制改造微生物；利用微生物参与工业生产；这就是现代意义上的发酵。
一般来说；通过现代发酵技术生产某种生物制品需要经过三个阶段；