为什么基因工程可以“指挥”细菌生产药物

科普中国网 2017-08-20

　　作者：宫珏

　　你知道吗，很多药物都是依靠基因工程来大规模生产的。来了解一下具体情况吧。

　　大自然是药物的宝库，许多具有良好疗效的药物都来自人体或其他生物体产生的天然成分。比如，青霉素就是由青霉菌代谢产生的一种抗生素。在实验室发现的一些药物的疗效很好，但在大规模生产使用时常常会遇到这样的难题：天然物质的化学结构复杂，人工合成起来非常麻烦，而如果从原本发现这些天然物质的地方进行提取，也只能得到很少的量，无法满足大规模使用的需求。而这个时候，小小的细菌就可以解决这个问题。

　　细菌适应环境的能力很强，对生长环境不挑剔，繁殖也很快，因此只需要比较低的成本就可以“饲养”很多细菌来为我们服务。不过，这些细菌本身并不产生我们需要的药物，如何才能让它们学会生产药物的本领呢？

　　一种生产抗生素的放线菌

　　科学家通常利用基因工程的方法解决这个问题。此类药物通常是人体或其他生物体内的蛋白质，或是由酶类催化产生的，而这些蛋白质又是在相应的基因“指挥”下合成的。如果能够找出对应药物生产的基因，把它们带入到细菌的体内，并让它们发挥作用，细菌也就能够替代原来的生物体生产药物了。

　　在基因工程的研究中，人们首先会对能产生天然药物的生物体进行研究，从它的细胞中找到“指挥”药物合成的遗传基因。此后，科学家会利用一种叫作聚合酶链式反应（PCR）的方法复制出许多药物合成所需的基因，并把它们连接在作为载体的质粒（一种小的环状DNA分子）上。人们会首先利用剪切DNA分子的酶类把质粒“剪开”，然后再利用连接酶将基因片段“粘贴”进去。这样的载体做好后，它们会被导入到细菌体内。于是，质粒中的基因就可以在细菌体内复制，并且“指挥”细菌生产药物了。