遺傳工程時間
1. 什麼叫遺傳工程
我國有句俗話:「種瓜得瓜,種豆得豆。」這就是說後代總是與父母很相似,人們把這種現象叫做遺傳。植物,還有動物和人類,都是按照自然的遺傳規律,一代一代地繁衍生存下去。後來科學家發現,生物遺傳現象的奧秘,在於每一種生物都有各自的遺傳物質。例如瓜里有瓜的遺傳物質,豆里有豆的遺傳物質,各不相同,互不幹涉,而且能代代相傳。
知道了這個秘密後,科學家們開始大膽設想,希望用人工的方法,把植物體內的遺傳物質取出來重新組合,改變它們的遺傳性能,使植物按照人類規定的「工程圖紙」產生新的一代,培育出符合人類需要的新品種,這就是遺傳工程的主要內容。
人類以前的耕種栽培方法,是選留下最好的種子供第二年播種,年復一年,年年如此。直到19世紀的60年代,生物遺傳規律被發現後,才懂得利用遺傳規律來培育優良植物品種。經過大約100年時間的不懈努力,科學家通過雜交試驗,創造出大量的農作物高產品種,掀起了第一次規模浩大的綠色革命。雜交良種使世界各國的糧食產量大幅度提高,前景十分光明。
可是到了20世紀90年代,地球人口已超過50億,世界糧食產量卻徘徊不前。這時候,人們再一次把求助的目光射向科學家。
看來,必須得拋開傳統的育種方法,打破以往雜交育種中的種種「清規戒律」。用什麼方法才能使農業生產更上一層樓呢?科學家們立刻想到了遺傳工程,這位剛剛進入科技舞台的「神奇魔術師」,大顯身手的時候到了。
過去,植物的雜交只能在同一種類中進行。例如不同品種的玉米可以雜交,但不能同其他植物雜交。這樣,只能提高玉米的產量,卻無法使玉米的優良性質通過雜交引到小麥或高粱中去;反過來,其他作物中有價值的遺傳物質,也無法引入到玉米中來。為了解決這個難題,科學家採用了新奇的基因育種方法。
我們知道,基因是生物細胞中一種很小很小的遺傳單位,如一株高粱能夠耐乾旱,那麼它體內就有一種「耐旱基因」。如果通過遺傳工程,把高粱中的「耐旱基因」移植到玉米之中,就能使產量高而又怕乾旱的玉米也能抵抗乾旱了。
但遺傳工程不是變魔術,說起來挺容易,要做成功卻困難極了。從設想走向實用的10多年時間中,科學家們進行了數不清的實驗,投入了大量的精力,到1982年,終於應用遺傳工程的方法,成功地完成了第一次不同植物之間的「細胞雜交」。他們把大豆和向日葵細胞中的遺傳物質,互相拼接在一起,創造出前所未有的植物——向日豆。向日豆中既有向日葵的基因,又有大豆的基因,它把兩種植物的優點匯集到了一個「人」身上。
第一次的成功,大大增強了科學家的信心,他們決心再接再厲,創造出更多的新奇植物,使糧食產量再次出現飛躍。
要想使糧食獲得豐產,就得有足夠的肥料,尤其是氮肥更為重要。莊稼所需的氮肥主要來自化肥,它是以石油和煤為原料,經過復雜的加工生產出來的,成本很高。然而豆科植物卻例外,它們的根瘤中有許多特殊的細菌——根瘤菌,好像許多「自辦化肥廠」,能直接從空氣中吸收氮氣,並把它固定下來,變成氮肥。可惜的是,水稻、玉米、棉花等作物,並沒有根瘤菌這種「自辦化肥廠」。如果能把根瘤菌的遺傳物質轉移到水稻、小麥中去,這些莊稼豈不就也有「自辦化肥廠」了嗎?科學家立即朝這個方向去努力。不久前,日本科學家將大豆的遺傳基因移植到水稻中,成功地培育出一種新型的高蛋白水稻。
最近,遺傳工程又取得了新的進展。科學家將西紅柿的遺傳基因,移入到土豆中,同時也把西紅柿的抗病毒本領傳給了土豆。這種新培育出的土豆,不僅味道可口,抗病能力也有了提高,並能獲得大面積豐收。
我國的科學家也在這個領域取得了很大的進展。他們將大蒜、胡蔥、玉米的遺傳物質,分別導入青菜的體細胞中,獲得大蒜青菜、胡蔥青菜、玉米青菜的超遠緣雜交植株。然後,採用交叉免疫電泳技術。這是一種很有意思的技術方法,就是先從植物體內分離出各種遺傳物質,放在潮濕的電泳濾紙上,讓它們慢慢「爬行」,由於各種遺傳物質都有各自固定的「爬行」速度,科學家只要測出它們在電泳濾紙上的「爬行」速度,就可以確定出它們是何種遺傳物質。通過這種方法,對供體、受體和雜交植物的組分蛋白分別進行分析,清楚地表明青菜受體細胞內導入的有關外源基因已經與細胞內有關的脫氧核糖核酸(簡稱DNA)發生雜交。
通過遺傳工程在超遠緣雜交領域中取得了一些成功,但是還面臨著許多難以逾越的障礙,其中最大的問題是,難以保持遠緣雜交的長期遺傳穩定性。因為在不同的種之間,或者在親緣關系更遠的不同科、不同目、不同綱之間,雜交雙方存在著很大的差異性,彼此間「接觸」後會很自然地產生排異,難以融合。這有點像在醫學上,要把豬或其他動物的器官,移植到這種器官受損的病人體內,往往是很困難的。即使成功了,這個人體內的動物器官的特徵,也不會成為—種遺傳性狀遺傳給下一代。可以這樣說,如何能使植物超遠緣雜交的成功具備長期的遺傳穩定性,也許是當前所有植物學疑難問題中最使人感興趣的一個,也是最難以解決的一個。不過科學家們堅信,只要進行不懈的努力,在不久的將來必將有新的突破。
2. 什麼是遺傳工程
70年代初興起的一門綜合性技術學科,是遺傳學和工程學結合的產物。遺傳工程就是按照人們預先設計的藍圖,對生物的遺傳物質進行加工和改造,產生符合人類需要的新的遺傳特性,定向地創造生物新類型。由於對遺傳物質的改造採用了體外施工的方法,類似工程設計,具有很高的預見性、准確性和嚴密性,因此稱為遺傳工程。廣義的遺傳工程包括細胞工程和基因工程,狹義的遺傳工程就是指基因工程。
3. 人類基因工程進展如何了什麼時候實現長生不老
我研究證明:人類文明越先進,人類戀愛的年齡就越晚!因為人活得更久再生育,後代能夠繼承到的長壽基因和各種有益基因就越多!
你看老鼠,它們的性成熟時間短,繁殖的時間間隔也就很短。雖然也會有一些長壽的老鼠繁殖後代,但是它們後代能夠繼承到的長壽基因卻會被急劇稀釋,因為短壽基因的老鼠實在是太多了!
人類也一樣,所以現在才會有結婚年齡限定,目的就是逐漸提高人類的壽命上限。也就是說,未來的人類,或許會像西方神話中的精靈一樣,能夠活上千歲。但會因為長時間普遍性的較晚生育,會出現性成熟時間變長的可能。
4. 人類處於遺傳工程的時代時瓦特森和克里柯經歷里有著什麼樣的跡象
自1953年破譯了生命的奧秘到數十年後人類處於遺傳工程的時代時,那個年代被解開的普羅米修斯式的力量才煥發生機。但從一開始,瓦特森和克里柯的經歷里就有一種傲慢的跡象。這一點在瓦特森的經典回憶錄《雙重螺旋體》里被提到。這本回憶錄是一部充滿著無限雄心和不耐煩的故事的書。這種不耐煩是伴隨著權威感和瞧不起人的態度而產生的。瓦特森解釋說:「有好多科學家不但心胸狹窄和頭腦笨拙,而且簡直是愚蠢。」
5. 基因工程公司可以追溯到什麼時候
20世紀70年代初,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克發現了DNA的雙螺旋結構後,美國加利福尼亞大學分子生物學家赫伯特·博耶與斯坦利·科恩及其同事利用重組DNA技術從哺乳動物基因組中切割了一個基因,將它植入大腸桿菌獲得成功。這一突破意味著可以克隆動物基因,對它們進行細致的研究。同時,也意味著可以從遺傳方面給細菌「編製程序」生產蛋白質。風險投資家鮑勃·斯旺森抓住這個機遇,說服博耶成立世界上第一家利用重組DNA技術製造蛋白質用於治療人體疾病的遺傳技術公司,從此,生物工程的產業化誕生了。
6. 遺傳工程的誕生是什麼
盡管艾滋病研究領域進展緩慢,但其他領域的重大成果卻是層出不窮。20世紀中葉,克里克和沃森在分子水平上做出的突破,大體上與其他生物學家的研究齊頭並進,這類研究針對的是一類有趣的特殊病毒,它們專門攻擊細菌。這類病毒的名字叫做噬菌體(「細菌的食客」),它們有著非同尋常的特性,最終導致發現把遺傳物質從一種生物體轉移到另一種生物體的途徑。這些機制的揭秘和新技術的結合,導致出現了這一世紀最令人稱奇的一項科學進展——遺傳工程。
不過研究起始於細菌而不是它們的寄生物。萊德伯格(Joshua Lederberg,1925—2008)在1952年開創了這條途徑。他注意到細菌通過配對結合,過程類似於復雜有機體的性交,來交換遺傳物質。萊德伯格還觀測到有兩種不同的類型,他稱之為M和F。F菌株都含有他稱為質粒的一種物體,會把質粒傳遞給M細菌。後來證明,質粒含有遺傳物質,這是海斯(William Hayes,1918—1994)第二年發現的。幾年前剛剛搞清楚遺傳密碼是由DNA攜帶的;質粒似乎是一種環狀DNA,從細菌染色體的DNA中游離出來。
這一發現為解決醫葯領域中正在面臨的問題提供了立竿見影的幫助。20世紀30年代和40年代發展起來的磺胺葯物和抗生素已經運用多年,許多細菌對它們產生了抗葯性——難以遏制的流行病又開始卷土重來,特別是在醫院里。1959年,有一組日本科學家發現,抗葯性的基因是由質粒攜帶的,一個細菌可以有數個質粒復製件,然後從一個細菌傳遞給另一個。如果把少量具抗葯性的細菌引進一個群體,就會使整個群體迅速地也具有同樣的抗葯性。
與此同時,早在1946年,正獨立對噬菌體進行研究的德爾布呂克和赫爾希發現,來自不同噬菌體的基因可以自發重組。瑞士微生物學家亞伯(Werner Arber,1929—)對這一奇異的突變過程進行了詳細觀察,做出了驚人的發現。細菌在與敵對的噬菌體作戰時採取一個有效的方法:它們用一種酶分解噬菌體的DNA並限制噬菌體的生長,這種酶後來就叫「限制酶」。噬菌體不再活躍,於是細菌繼續自行其是。
到了1968年,亞伯已經可以把限制酶定位,並發現它僅位於那些含有特定核苷酸序列的DNA分子上,這些核苷酸序列恰是噬菌體的特徵。
亞伯密切觀察內在的機制:被分解的噬菌體基因會發生重組。他發現,一旦分裂,DNA的分裂端就是「黏性的」。也就是說,如果細菌的限制酶不在場,不去阻止重組的發生,則在同一位點已被分裂的不同基因將會重組,如果把它們放在一起的話。重組DNA——也就是說,來自於不同物種的DNA碎片通過人工方法而合並——的誕生呼之欲出。
接踵而來的是,1969年貝克維斯(Jonathan Beckwith)及其合作者第一次成功地分離出了單個基因,這是細菌中與糖的新陳代謝有關的一種基因。看來一切已准備就緒。
20世紀70年代初,美國微生物學家內森斯(Daniel Nathans,1928—1999)和史密斯(Hamilton Smith,1931—)拿過接力棒,開始培育各種限制酶,它們能夠在特殊位點上切割DNA。1970年史密斯發現一種酶,能夠在一個特殊位置上切斷DNA分子。內森斯進一步研究這個過程,找到了制備各種核酸片段的方法,研究了它們的特性和傳遞遺傳信息的能力。現在研究者真正走上了重組DNA之路,這就是說,先是分離出核酸,然後使它們以不同形式重組。史密斯和內森斯由於他們的劃時代發現而榮獲1978年諾貝爾生理學或醫學獎。
1973年柯恩和波亞爾(Herbert Wayne Boyer,1936—)把兩種技術——一種技術是把限制酶定位於質粒,另一種技術是分離特殊基因——結合在一起,又導致了一個非凡的突破,這就是所謂的遺傳工程。他們先是切斷從大腸桿菌中發現的質粒,然後把來自不同細菌的基因插入質粒的缺口。再把質粒放回大腸桿菌,於是細菌又像平常那樣復制,但復製得到的細菌卻變換成了別的細菌。這是一個令人驚奇、功力無比的絕技。其他科學家在隨後幾個月里紛紛投入研究,他們用其他物種重復這一過程,把果蠅和青蛙的基因插入大腸桿菌。
但並不是每個人都認為這是好主意。1974年伯格(Paul Berg,1926—)和其他生物學家在美國國家科學院的支持下召開了一個會議,擬定了一份指導方針,要求遺傳工程應該受到嚴密控制。從那時起,雙方的關系一直處於緊張之中,一方希望進一步探討遺傳工程;另一方則擔心會產生不良後果並希望對它有所控制。
但是到了20世紀80年代,遺傳工程師成功地生產了好幾種特殊的蛋白質,滿足了某些病人的需要,如人體生長激素、胰島素、白細胞介素-2和血液凝固溶解劑。它們還可用來生產乙肝疫苗和改善器官移植受體組織的性能。這些產品大多數是在大型發酵罐里生產的,處於嚴格控制的環境中,這樣一來,對這類遺傳工程的反對意見有所減少。再有,遺傳工程已經成功地給某些遺傳性疾病,例如亨廷頓氏病或杜興肌營養不良症,定位了基因標志。
1952年,當美國生物學家布里格斯(Robert William Briggs,1911—1983)和金(ThomasJ.King,1921—2000)成功地實施了一項精細的手術時,一個新的探索領域從此打開。他們移走了一個細胞的核,核里含有全部的遺傳物質,取而代之的是另一個細胞的核,這就是被稱為核移植過程的誕生。
15年後,英國生物學家古爾頓(John Bertrand Gurdon,1933—)在1962年成功地克隆了一個脊椎動物,這是以前從未有過的壯舉,他從南非有爪樹蛙的腸細胞中取出核,把它移植到同一物種未受精的卵(卵細胞)中。於是,一個新的、完全正常的個體開始發育了——原初意義上的克隆。
從古爾頓的突破,到其他人於20世紀70年代在基因和染色體水平上的突破,對生物體在最基本的水平上如何發揮作用的問題取得了新的認識。
當科學家對基因和DNA了解更多時,在遺傳控制方面就有了各種各樣的新前景。控制遺傳特徵的願望自古有之——只舉幾個例子,種小麥的農民、馬匹的馴養者和養鴿愛好者,多少個世紀來都通過雜交來得到所需的動植物品種。然而現在,圍繞基因水平的干預——所有類型的遺傳工程都是如此——成了有爭議的課題。轉基因食品帶來了安全性問題,轉基因種子的不必要播撒帶來了環境安全的擔憂。隨著非洲國家拒絕廉價的轉基因食品——因為他們擔心,進口轉基因種子會污染當地農作物從而失去他們在歐洲的農產品市場——沖突就成了一個政治性難題。
隨著人類基因組工程的完成,另一條通向遺傳工程的途徑——幹細胞研究和基因治療——有了更完備的知識基礎。基因治療的著眼點在於處理或治療已經確認的近3000種遺傳病症。對於許多患者來說,如果沒有治療,將會終生處於痛苦之中,並且常在年輕時就會死去。盡管現在基因治療還沒有被認可為醫學治療,不能用於診治疾病,但是它正在進行必要的臨床測試和安全及功效試驗。科學家都很樂觀,認為它終將是治療遺傳性疾病的有力新工具。
但是,幹細胞研究則面臨著倫理爭議,因為幹細胞(從尚未分化的胚胎中取出的細胞)極為適宜於遺傳工程目的,這時胚胎就成了這一過程中的犧牲品。初生胚胎盡管非常幼小,某些團體還是把它看成是個體生命,因此他們認為,一旦進行幹細胞研究,個體生命就失去了。在核移植技術運用領域,也遭遇倫理問題,當細胞核被放入一個已經去核的卵中時,在某些團體看來,一個潛在的生命已經遭到破壞。
這就是為什麼一隻名叫多莉的綿羊在1997年出生時成為如此轟動新聞的原因。
7. 基因工程誕生在什麼時候
人的素質和健康是人類社會發展的頭等重要大事,要徹底解決這個問題,就必須破譯人類的全部基因。基因工程為解決這個問題提供了技術保證。
基因工程又稱為遺傳工程或重組DNA技術,它是指採用各種酶將基因片段在體外進行切割、連接,進而轉入細菌、細胞,形成自然界沒有的含有新基因的可傳代的新型細菌或細胞或其它生物體。通過遺傳工程可以生產出人類所需要的產物或創造出新的生物。基因工程好比服裝製作,將基因比作布料,將各種酶比作服裝加工工具,如剪刀、縫紉機等,遺傳工程創造出的新產品或新生物好比縫制出的新衣服,從此,人類可以像上帝那樣採用基因工程來改造世界,創造未來。
基因工程誕生20世紀70年代。