科学家如何玩转基因

　　作者：陈火英

　　　2016年10月28日 ，中国科学家在人体内利用革命性的CRISPR-Cas9基因编辑技术治疗肺癌，这在全世界尚属首例。那么，科学家如何玩转基因的呢？

　　人是怎样把基因传递给子女的？答案很清楚，是通过精细胞和卵细胞相互融合即受精作用，把基因传递给了下一代，这就是一种基因转移现象。除了精细胞和卵细胞能通过受精作用转移基因外，基因转移还有其他途径吗？答案是肯定的，细菌病毒就能转移基因。噬菌体是一种能“吃”大肠杆菌的病毒，它能将已经“吃掉”的有鞭毛大肠杆菌中的基因转移到新的宿主中，使原本没有鞭毛的新宿主大肠杆菌长出鞭毛。

　　基因转移是一种极具吸引力的自然现象，能不能借人之手操纵基因呢？很多科学家虽早已进行探索，试图从多个方面积极寻找转移基因的条件，却都以失败而告终。直到1967年和1968年，科学家发现了“DNA连接酶”和“限制性核酸内切酶”，人为转移基因才曙光初露。这两种酶是能够用来“拆卸”和“安装”DNA的工具酶。所谓DNA连接酶就是能把DNA的片断相互连接起来的蛋白质，而限制性核酸内切酶是一种能在DNA分子内部的一定区段把DNA切割开来的蛋白质。

　　有了这两种酶后，渴望进行转移基因的科学家们，迫不及待地开始对DNA“动手术”了。其中最早公布结果的是美国斯坦福大学的伯格，他在1972年就依靠这两种酶把两种病毒“重新组装”成了一种“重组病毒”。他所用的一种病毒是使猿猴生肿瘤的病毒，名叫SV40；另一种是“吃”大肠杆菌的病毒，名为λ噬菌体。当他把“重组病毒”的结果公之于世后，立即遭到质疑。科学家担心，这种重组病毒一旦进入人的肠道，是否会引起肿瘤？伯格在质疑声中无言以对，只能放弃。

　　不过，伯格的校友科恩却在质疑声中开始了自己的试验。他的试验材料是两种大肠杆菌的质粒。一种名为R6-5，另一种名为PSC101，在R6-5上有一个卡那霉素的抗性基因，而在PSC101上存在着四环素的抗性基因。科恩用限制性核酸内切酶从R6-5上切下了卡那霉素抗性基因，利用DNA连接酶将它“重新组装”在PSC101质粒上。当科恩得到的重组质粒进入大肠杆菌后，由于重组质粒拥有两种抗生素的抗性基因，因此大肠杆菌在加有卡那霉素和四环素的培养基上照样能顺利地生长和传代。这个实验的成功大大鼓舞了科恩，他立即与美国的另一位科学家博耶联手，用限制性核酸内切酶从非洲爪蟾的基因组中切下了rRNA（核糖体RNA）基因，同时用限制性核酸内切酶在细菌质粒上切了一个切口，然后用DNA连接酶使rRNA基因与细菌质粒组装在一起，在生物体外得到了“重组质粒”。当他们把重组质粒与大肠杆菌放在一起培养时，重组质粒居然进入了大肠杆菌，大肠杆菌也因得到重组质粒而能产生非洲爪蟾的rRNA了。这是按照科恩与博耶事先设计的目的，人为地把动物的基因转送到细菌中而取得成功的尝试，自此为生命科学开启了一个新的领域——“基因工程”。人类可以像工程领域中一样，通过“规划”和“设计”，使符合设计目的的基因（目的基因）在生物体外与基因的运载体（载体）重新组装，重组DNA在进入生物体（受体）以后，目的基因在受体内正常地发挥作用，这一系列过程就是基因工程。

　　关键词：基因工程   基因转移

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