在人類揭開自然界神秘面紗的征途中，基因工程已經(jīng)從科幻小說(shuō)中的幻想變成了現(xiàn)實(shí)中最令人心潮澎湃的科學(xué)實(shí)踐。從古代農(nóng)業(yè)中簡(jiǎn)單的育種選擇到當(dāng)代科學(xué)家對(duì)基因精準(zhǔn)的編輯，人類對(duì)遺傳技術(shù)的掌握已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了革命性的飛躍。

設(shè)想一下，如果我們能夠更精準(zhǔn)地操控生命的基礎(chǔ)代碼，那么治愈那些曾被認(rèn)為是絕癥的遺傳疾病、大幅提升糧食生產(chǎn)效率、“定制”生物以滿足工業(yè)需求……都將成為可能。同時(shí)，這些進(jìn)步也帶來(lái)了復(fù)雜的新挑戰(zhàn)、新問(wèn)題：基因工程將如何塑造我們的明天？在改善人類生活的同時(shí)，如何確?；蚬こ叹邆渖锇踩?、順應(yīng)社會(huì)倫理，從而避免潛在的負(fù)面影響？

基因工程緣起

自農(nóng)業(yè)革命伊始，人類便投身于改變物種基因的偉大事業(yè)，這是一場(chǎng)歷時(shí)彌久的探索。在古代，盡管先民們尚未掌握遺傳學(xué)的深層規(guī)律，他們卻憑借直觀的觀察，樸素地認(rèn)識(shí)到某些生物特性能夠從親代傳遞至子代。簡(jiǎn)言之，他們對(duì)于“遺傳”這一概念已有了初步的認(rèn)識(shí)?；趯?duì)遺傳現(xiàn)象的理解，先民們開始嘗試通過(guò)篩選具有特定特性的個(gè)體進(jìn)行配對(duì)，以此培養(yǎng)出符合人類需求的新品種。這一過(guò)程就是“人工選擇”，它與英國(guó)生物學(xué)家達(dá)爾文所描述的“自然選擇”相輔相成，共同成為驅(qū)動(dòng)新物種形成和物種多樣性的核心動(dòng)力。在達(dá)爾文的經(jīng)典著作《物種起源》中，他對(duì)這兩種選擇機(jī)制均進(jìn)行了深入的探討和闡釋。正是得益于數(shù)千年的人工選擇，人類得以成功培育出多樣化的農(nóng)作物和家畜品種，極大地豐富了我們的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和生活資源。

遺傳學(xué)的發(fā)展使育種技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的科學(xué)時(shí)代。雖然當(dāng)時(shí)的人們尚未完全了解基因的本質(zhì)，但遺傳學(xué)的理論和方法已經(jīng)極大地提高了人工選擇的效率。除了傳統(tǒng)的雜交技術(shù)，科學(xué)家們還開發(fā)出了誘變育種技術(shù)，利用化學(xué)物質(zhì)或輻射誘發(fā)基因突變，并通過(guò)人工選擇來(lái)培育具有特定特性的植物和動(dòng)物。直到今天，許多重要的經(jīng)濟(jì)作物和家養(yǎng)動(dòng)物，包括雜交水稻、觀賞植物、肉雞、家豬和奶牛等，都是通過(guò)人工選擇培育出來(lái)的。然而，科學(xué)家們并不滿足于此，他們開始思考：“如果我們能夠直接操控基因，是否會(huì)創(chuàng)造出更適應(yīng)人類需求的動(dòng)植物品種呢？”

基因是什么

要實(shí)現(xiàn)直接操控基因這一目標(biāo)，首先需要弄清楚基因到底是什么。20世紀(jì)中葉，科學(xué)家逐漸揭示了基因的本質(zhì)—一段脫氧核糖核酸，簡(jiǎn)稱DNA。隨后，美國(guó)分子生物學(xué)家詹姆斯·沃森和英國(guó)生物學(xué)家弗朗西斯·克里克構(gòu)建了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型?；谶@一發(fā)現(xiàn)，克里克進(jìn)一步提出了中心法則，闡明了遺傳信息從DNA到RNA（核糖核酸），最終傳遞到蛋白質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程。也就是說(shuō)，在生物體內(nèi)，遺傳信息被編碼于DNA分子中，在機(jī)體需要時(shí)被轉(zhuǎn)錄至RNA，最后根據(jù)RNA上的信息合成蛋白質(zhì)，這一過(guò)程被稱為“翻譯”。蛋白質(zhì)在細(xì)胞中扮演著多種角色，如生物催化劑（酶）、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的構(gòu)建成分（結(jié)構(gòu)蛋白）及細(xì)胞信號(hào)分子等，它們是生物體功能和特性的決定性因素。中心法則的提出，為后續(xù)的遺傳學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。

隨著人們對(duì)基因本質(zhì)的理解進(jìn)一步加深，如何精確操控基因成為科學(xué)界關(guān)注的前沿問(wèn)題。20世紀(jì)50年代末，幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的重大突破為基因工程的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

科學(xué)家最先面臨的挑戰(zhàn)是如何獲取并制備基因，這在本質(zhì)上涉及合成DNA的過(guò)程。生物體內(nèi)的DNA在細(xì)胞分裂前會(huì)自我復(fù)制，確保每個(gè)新細(xì)胞都得到一份完整的遺傳信息副本。這一復(fù)制過(guò)程是由DNA聚合酶催化的。1958年，美國(guó)科學(xué)家阿瑟·科恩伯格發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的DNA聚合酶，并利用這一發(fā)現(xiàn)，在試管中成功合成了一段DNA，這是人類歷史上首次實(shí)現(xiàn) DNA的人工合成。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，凱瑞·穆利斯發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR），該技術(shù)通過(guò)周期性地改變溫度，模擬了DNA的自然復(fù)制過(guò)程。通過(guò)這一過(guò)程，目標(biāo)DNA片段可以被指數(shù)級(jí)放大，從而在短時(shí)間內(nèi)大量合成特定DNA，極大地提高了操控基因的效率和實(shí)用性。

成功獲取基因后，科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)是如何將這些基因有效地引入細(xì)胞，并確保它們能在細(xì)胞分裂過(guò)程中穩(wěn)定地傳遞。這一過(guò)程被稱為基因克隆，它涉及一系列精密的科學(xué)步驟。

首先，我們需要一個(gè)基因載體—一種能夠在細(xì)胞內(nèi)自主復(fù)制的DNA片段。最常用的載體是經(jīng)過(guò)改造的細(xì)菌質(zhì)粒。質(zhì)粒是細(xì)菌中的小型環(huán)狀DNA，它們不僅能夠自我復(fù)制，而且有一種讓細(xì)菌細(xì)胞不得不保留它們的機(jī)制，即攜帶抗生素抗性基因。這種基因賦予細(xì)胞對(duì)特定抗生素的抵抗力，從而使其在含有抗生素的環(huán)境中更具生存優(yōu)勢(shì)。

然而，即便有了載體，如何將目標(biāo)基因嵌入其中仍是一個(gè)問(wèn)題。這就需要用到限制性內(nèi)切酶—一種能夠識(shí)別并切割特定DNA序列的酶。BamHI就是一種限制性內(nèi)切酶，它專門識(shí)別并切割DNA上的GGATCC序列（在G和G之間切割）。經(jīng)BamHI切割后，DNA末端會(huì)形成特定的“黏性末端”，這些末端可以與相同限制性內(nèi)切酶切割產(chǎn)生的末端形成穩(wěn)定的連接（見圖1）。假設(shè)我們有一個(gè)含有BamHI識(shí)別位點(diǎn)GGATCC的質(zhì)粒和一個(gè)兩端同樣帶有BamHI識(shí)別位點(diǎn)的目標(biāo)基因，通過(guò)使用BamHI對(duì)兩者進(jìn)行切割，質(zhì)粒就會(huì)變?yōu)榫€性質(zhì)粒，而目標(biāo)基因兩端形成“BamHI黏性末端”。將這些切割產(chǎn)物混合，并加入DNA連接酶，就可以將目標(biāo)基因的“黏性末端”與質(zhì)粒的末端連接起來(lái)，形成一個(gè)新的閉合環(huán)狀DNA分子（已包含了外源基因）。通過(guò)這種方式，外源基因得以整合進(jìn)質(zhì)粒載體，并可以被轉(zhuǎn)入細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)基因的克隆和表達(dá)。該技術(shù)的精妙之處在于，它不僅使我們能夠?qū)⑻囟ɑ蛞爰?xì)胞，還能確保這些基因在細(xì)胞的生命周期中穩(wěn)定傳遞。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)中使用的質(zhì)粒載體一般都經(jīng)過(guò)人工改造，在特定部位嵌入了多種不同的限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)，科學(xué)家便可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)的需要，選擇恰當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切酶來(lái)精確切割基因和載體，實(shí)現(xiàn)精確的DNA操作。這一技術(shù)策略不僅能實(shí)現(xiàn)基因的克隆和表達(dá)，而且標(biāo)志著DNA重組技術(shù)的重要進(jìn)展。

在20世紀(jì)六七十年代，包括限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)大多已經(jīng)成熟，人類也具備了克隆基因的能力。在20世紀(jì)70年代末，基因工程領(lǐng)域迎來(lái)了向應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)向的契機(jī)。

基因工程正式啟航

基因泰克（Genetech）作為首家上市的基因工程公司，標(biāo)志著生物技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。該公司由重組DNA技術(shù)的先驅(qū)赫伯特·伯耶參與創(chuàng)立?；蛱┛送瞥龅氖讉€(gè)產(chǎn)品是重組胰島素，這是治療糖尿病的革命性藥物。

胰島素是由胰島分泌的激素，主要功能是降低血糖水平。對(duì)于1型糖尿病患者而言，由于胰島功能受損，他們必須通過(guò)注射胰島素維持血糖穩(wěn)定。在重組胰島素誕生之前，胰島素的供應(yīng)主要依賴于從動(dòng)物體內(nèi)提取。這種方式不僅成本高昂，而且由于動(dòng)物胰島素與人胰島素之間存在氨基酸序列的差異，可能導(dǎo)致患者產(chǎn)生免疫反應(yīng)，影響治療效果。此外，從人類遺體中提取的胰島素同樣無(wú)法滿足廣泛的醫(yī)療需求?；蛱┛斯纠没蚬こ碳夹g(shù)合成的重組胰島素不僅解決了供應(yīng)問(wèn)題，還極大地提高了治療效果，成為糖尿病治療史上的一個(gè)里程碑。

隨著制藥技術(shù)不斷進(jìn)步，制藥公司對(duì)胰島素基因進(jìn)行了進(jìn)一步的改造，通過(guò)引入特定的突變基因，開發(fā)出了具有改良特性的胰島素。例如，甘精胰島素通過(guò)在分子結(jié)構(gòu)的特定位置用甘氨酸替代天冬氨酸，并增加兩個(gè)精氨酸，延長(zhǎng)了胰島素的作用時(shí)間，為患者提供了更為便捷的治療方案。這種通過(guò)改變蛋白質(zhì)氨基酸序列來(lái)優(yōu)化其生物性質(zhì)的技術(shù)被稱為蛋白質(zhì)工程，這是基因工程領(lǐng)域的又一重要進(jìn)展。

自重組胰島素成功上市以來(lái)，一系列基因工程產(chǎn)品相繼問(wèn)世，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如，生長(zhǎng)激素、紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等已經(jīng)成為治療相關(guān)疾病的有效藥物。然而，并非所有基因工程產(chǎn)品都達(dá)到了預(yù)期的臨床效果。例如，白細(xì)胞介素2是一種在免疫細(xì)胞成熟過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的細(xì)胞因子，盡管初步研究顯示白細(xì)胞介素2具有抑制腫瘤生長(zhǎng)的潛力，但由于副作用難以控制，其臨床應(yīng)用仍然受限。另一個(gè)例子是干擾素，這是一種具有廣泛抗病毒活性的細(xì)胞因子。基因工程合成的干擾素在治療某些病毒性疾病和惡性腫瘤方面已顯示出顯著療效，但要實(shí)現(xiàn)將其變?yōu)椤叭f(wàn)能藥”的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，仍有很長(zhǎng)的路要走。

以上提及的基因技術(shù)通常涉及利用基因工程使宿主細(xì)胞（通常是細(xì)菌，有時(shí)也包括酵母）產(chǎn)生具有藥用價(jià)值的蛋白質(zhì)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在科學(xué)家可以在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)引入多個(gè)外源基因，并通過(guò)突變來(lái)調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞基因的表達(dá)水平，從而改變細(xì)胞的代謝途徑，促使其合成特定的化學(xué)分子。這種技術(shù)被稱為代謝工程技術(shù)，可以視為基因工程的高級(jí)形式。在這一領(lǐng)域，美國(guó)科學(xué)家杰伊·基斯林取得了令人矚目的成就。他在酵母細(xì)胞中引入了編碼兩種酶的基因，這兩種酶能夠合成青蒿酸；通過(guò)進(jìn)一步的基因操作，提高了青蒿酸前體化合物的合成效率，并減少了其消耗。通過(guò)發(fā)酵過(guò)程，改造后的酵母可大量生產(chǎn)青蒿酸，再通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將青蒿酸高效轉(zhuǎn)化為青蒿素，從而大大降低了青蒿素的生產(chǎn)成本，為瘧疾治療做出了重大貢獻(xiàn)。

從植物到動(dòng)物的遺傳改良

起初，基因技術(shù)主要聚焦于微生物細(xì)胞領(lǐng)域的應(yīng)用，隨著研究逐步深入，其觸角已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出微生物領(lǐng)域?，F(xiàn)在，基因工程被廣泛地應(yīng)用于植物和動(dòng)物的遺傳改良，極大地豐富了生物技術(shù)的內(nèi)涵。

植物的基因工程

抗蟲玉米

植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵工具是根癌農(nóng)桿菌，這是一種在自然環(huán)境中能夠引發(fā)植物腫瘤的細(xì)菌。根癌農(nóng)桿菌攜帶有一個(gè)名為Ti的質(zhì)粒，質(zhì)粒中包含一個(gè)特殊的DNA片段—T-DNA。當(dāng)植物遭到損傷時(shí)，根癌農(nóng)桿菌便會(huì)趁機(jī)從傷口處侵入植物組織，并將T-DNA注入植物細(xì)胞內(nèi)，并將其整合入植物的基因組中。T-DNA上的基因表達(dá)會(huì)促使植物細(xì)胞增殖，形成腫瘤。在基因工程領(lǐng)域，科學(xué)家們會(huì)將目標(biāo)外源基因插入T-DNA，利用根癌農(nóng)桿菌這一特性，實(shí)現(xiàn)植物的轉(zhuǎn)基因。

20世紀(jì)80年代，基因工程技術(shù)迎來(lái)了一個(gè)重要的里程碑—第一種抗蟲害玉米問(wèn)世。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，這種玉米擁有了蘇云金桿菌毒素基因，通常情況下，該毒素在蘇云金桿菌孢子中以晶體形式存在。這些晶體被特定昆蟲（如鱗翅目、鞘翅目和雙翅目昆蟲）攝入后，會(huì)在昆蟲消化道的堿性環(huán)境中溶解，溶解后的毒素則會(huì)與昆蟲消化道細(xì)胞的特定受體結(jié)合，破壞昆蟲腸道的完整性，導(dǎo)致昆蟲死亡。此外，蘇云金桿菌毒素展現(xiàn)出的高度專一性意味著它對(duì)特定昆蟲具有殺傷力，對(duì)哺乳動(dòng)物則無(wú)毒性，因此，蘇云金桿菌毒素常被用作生產(chǎn)生物農(nóng)藥。隨著植物基因工程技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)使玉米表達(dá)這種毒素的特性，科學(xué)家成功培育出了具有抗蟲害特性的轉(zhuǎn)基因玉米。這不僅提高了作物產(chǎn)量，還有助于減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

繼成功培育出抗蟲害玉米之后，科學(xué)家利用蘇云金桿菌毒素基因進(jìn)一步開發(fā)了抗蟲害棉花、土豆、西紅柿和水稻等作物。這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提升了作物產(chǎn)量，也減少了農(nóng)民對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴。然而，這些轉(zhuǎn)基因作物的推廣也引發(fā)了一些爭(zhēng)議。

首先，人們擔(dān)心昆蟲可能逐漸對(duì)蘇云金桿菌毒素產(chǎn)生耐受性，這可能會(huì)降低轉(zhuǎn)基因作物的抗蟲效果。這是農(nóng)業(yè)科學(xué)家們長(zhǎng)期、密切關(guān)注的問(wèn)題。其次，人們擔(dān)憂蘇云金桿菌毒素可能對(duì)非目標(biāo)昆蟲造成傷害。1999年，有報(bào)道指出，轉(zhuǎn)基因玉米的花粉可能污染了帝王蝴蝶的食物來(lái)源—馬利筋（一種北美地區(qū)常見的草本植物），從而對(duì)這種蝴蝶的生存構(gòu)成威脅。盡管后續(xù)研究認(rèn)為轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)帝王蝴蝶的影響微乎其微，但這類作物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的長(zhǎng)期影響仍需要進(jìn)一步研究。再次，關(guān)于蘇云金桿菌毒素的人體安全性也存在疑問(wèn)。盡管目前的研究顯示，這種毒素對(duì)哺乳動(dòng)物無(wú)毒，但公眾對(duì)其是否可能引起過(guò)敏反應(yīng)以及蘇云金桿菌的基因是否會(huì)通過(guò)消化系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至人體細(xì)胞中仍存有疑慮。不過(guò)，現(xiàn)在還沒有足夠的研究證據(jù)證明轉(zhuǎn)基因植物會(huì)造成以上提及的種種問(wèn)題。

黃金大米

另一種引人關(guān)注的轉(zhuǎn)基因作物是在2000年前后開發(fā)的“黃金大米”。這種大米的開發(fā)基于這樣一個(gè)事實(shí)：在許多以水稻為主食的發(fā)展中國(guó)家，由于貧困人口難以獲得多樣化的食物，而水稻本身又不含維生素A，便導(dǎo)致不少人患上了維生素A缺乏癥。缺乏維生素A會(huì)導(dǎo)致夜盲癥、免疫力下降，嚴(yán)重時(shí)，還可能使人失明。在南亞和東南亞的貧困地區(qū)，維生素A缺乏癥較為常見。

“黃金大米”通過(guò)在水稻中引入幾個(gè)與胡蘿卜素合成相關(guān)的基因，使大米富含胡蘿卜素，從而呈現(xiàn)黃色。這種大米能夠?yàn)槿梭w提供足夠的胡蘿卜素，而胡蘿卜素在體內(nèi)可轉(zhuǎn)化為維生素A，有助于解決維生素A缺乏問(wèn)題。然而，“黃金大米”也面臨爭(zhēng)議，主要集中在其必要性上。批評(píng)者認(rèn)為，維生素A缺乏的根本原因是貧困導(dǎo)致的單一食物結(jié)構(gòu)，因此，消除貧困和促進(jìn)食物多樣性是更有效的解決辦法，而不僅僅是在大米中增加胡蘿卜素。由于這些爭(zhēng)議，“黃金大米”的實(shí)際應(yīng)用一直存在障礙。

動(dòng)物的基因工程

轉(zhuǎn)基因小鼠

繼轉(zhuǎn)基因植物之后，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究也開啟了生物技術(shù)的新篇章。1981年，科學(xué)家利用顯微注射技術(shù)成功創(chuàng)造出世界上第一只轉(zhuǎn)基因小鼠，這標(biāo)志著動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的誕生。

在應(yīng)用顯微注射技術(shù)時(shí)，必須將外源基因直接注入受精卵中。然而，這種方法存在一些局限性：外源基因可能會(huì)隨機(jī)地插入動(dòng)物基因組的多個(gè)位置。這不僅可能導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，還可能干擾原有基因及新引入基因的正常表達(dá)。為了克服這些挑戰(zhàn)，科學(xué)家隨后開發(fā)了更多、更為精細(xì)的技術(shù)方法。

其中一種被廣泛采用的技術(shù)方法是利用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行基因編輯。胚胎干細(xì)胞形成于胚胎發(fā)育的早期階段，具有分化為體內(nèi)任何類型細(xì)胞的潛力。通過(guò)在體外條件下精確操作，科學(xué)家可以將外源基因整合到胚胎干細(xì)胞的特定位點(diǎn)。隨后，這些經(jīng)過(guò)基因編輯的干細(xì)胞被植入動(dòng)物胚胎中。最后，正常發(fā)育出生的動(dòng)物體內(nèi)的部分細(xì)胞就是來(lái)源于轉(zhuǎn)基因的胚胎干細(xì)胞，從而形成“嵌合體”。

由于其生殖細(xì)胞中可能同時(shí)包含轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因的類型，這些嵌合體動(dòng)物的后代有部分可能完全繼承了轉(zhuǎn)基因特征。通過(guò)篩選嵌合體動(dòng)物的后代，科學(xué)家就能夠培育出完全轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物。這一技術(shù)方法不僅提高了基因編輯的精確度，也為生物醫(yī)學(xué)研究和潛在的治療應(yīng)用開辟了新的道路。

轉(zhuǎn)基因小鼠的出現(xiàn)，對(duì)于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究至關(guān)重要。這些經(jīng)過(guò)基因改造的小鼠攜帶著特定的基因，展現(xiàn)出多種多樣的生物學(xué)特性，為科學(xué)研究提供了豐富的模型。例如，將致癌基因引入小鼠基因組，科學(xué)家便能夠在小鼠的自然生命周期內(nèi)觀察癌癥的發(fā)展過(guò)程，深入探究其發(fā)病機(jī)制。

轉(zhuǎn)基因小鼠的應(yīng)用不僅限于基礎(chǔ)科研，在應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。1975年，科學(xué)家開創(chuàng)性地將“免疫過(guò)的小鼠脾細(xì)胞”（一種已經(jīng)通過(guò)特定抗原刺激引發(fā)免疫反應(yīng)的細(xì)胞）與骨髓瘤細(xì)胞融合，創(chuàng)造出能夠持續(xù)分泌特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。這一重大技術(shù)突破，促成了單克隆抗體的誕生。單克隆抗體以其卓越的特異性而著稱，它們專一地靶向并識(shí)別單一的抗原表位。這種獨(dú)特的能力使得單克隆抗體在檢測(cè)和治療疾病方面表現(xiàn)出非凡的精確度，有“生物導(dǎo)彈”之稱，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供了強(qiáng)大的工具。

然而，由于早期的單克隆抗體是小鼠源性的，與人類抗體存在差異，可能引發(fā)人體的免疫排斥反應(yīng)，限制了其臨床應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，培育出攜帶人類免疫球蛋白基因的小鼠。這些小鼠產(chǎn)生的單克隆抗體是完全人源性的，有效避免了免疫排斥問(wèn)題，極大地提高了治療的安全性和有效性。如今，完全人源性的單克隆抗體已經(jīng)成為治療腫瘤、自身免疫疾病等眾多疾病的有力工具，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著重要作用。

轉(zhuǎn)基因家畜

轉(zhuǎn)基因小鼠對(duì)科研和醫(yī)療領(lǐng)域影響深遠(yuǎn)，科學(xué)家對(duì)家畜進(jìn)行轉(zhuǎn)基因研究則開辟了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生物醫(yī)學(xué)的新疆界。通過(guò)精準(zhǔn)的基因編輯，科學(xué)家正在嘗試培育生長(zhǎng)更快、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的家畜。不過(guò)，絕大部分此類家畜目前還停留在研究階段，并沒有真正進(jìn)入市場(chǎng)。然而，也有例外情況，2015年，美國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)了一個(gè)突破性產(chǎn)品—轉(zhuǎn)基因三文魚。通過(guò)基因改造，這種三文魚可以產(chǎn)生更多的生長(zhǎng)激素，其生長(zhǎng)速度是普通三文魚的兩倍。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，轉(zhuǎn)基因家畜的研究尤為引人注目。例如，科學(xué)家正在開發(fā)轉(zhuǎn)基因豬，這些豬的器官可能用于人類的器官移植。由于人類的免疫系統(tǒng)對(duì)外來(lái)器官會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)，因此，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)改變豬的某些基因，可以降低器官移植后的排異風(fēng)險(xiǎn)。2022年，轉(zhuǎn)基因豬的心臟和腎臟已經(jīng)成功地在人體中進(jìn)行了試驗(yàn)性植入，這預(yù)示著未來(lái)我們可能在解決器官短缺這一重大挑戰(zhàn)上取得突破性進(jìn)展。

改變?nèi)祟惢?治療遺傳疾病

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在動(dòng)物機(jī)體上的成功應(yīng)用，也讓科學(xué)家開始思考：我們是否可以用同樣的技術(shù)來(lái)治療人類的遺傳性疾病，從而糾正基因缺陷。然而，這一想法很快遭遇到倫理的挑戰(zhàn)。改變基因，可能永久性地影響人類種群的遺傳信息。為了治療遺傳疾病，科學(xué)家是否有權(quán)利通過(guò)基因技術(shù)改變?nèi)祟惢蚰兀?/p>

以鐮刀型細(xì)胞貧血癥為例，這是一種因血紅蛋白基因突變引起的疾病，會(huì)導(dǎo)致紅細(xì)胞變形并引發(fā)嚴(yán)重癥狀，甚至死亡。不過(guò)，如果個(gè)體只攜帶一個(gè)突變基因副本，該個(gè)體通常不會(huì)表現(xiàn)出癥狀，反而可能對(duì)瘧原蟲感染有抵抗力。這一現(xiàn)象解釋了為何該疾病在瘧疾多發(fā)的非洲較為普遍。由此可見，鐮刀型細(xì)胞貧血癥相關(guān)基因并非全無(wú)益處。

面對(duì)這樣的情況，如果我們有能力通過(guò)技術(shù)手段移除導(dǎo)致鐮刀型細(xì)胞貧血的基因，我們是否應(yīng)該這么做呢？這樣的修改可能會(huì)在未來(lái)幾代人中逐步消除這一突變基因。然而，這種改變可能帶來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)后果是難以預(yù)測(cè)的。在當(dāng)前缺乏廣泛共識(shí)的背景下，對(duì)于是否應(yīng)該修改人類基因，持謹(jǐn)慎態(tài)度是明智的。我們必須在推進(jìn)科學(xué)進(jìn)步的同時(shí)，深入考慮其可能引發(fā)的倫理問(wèn)題和社會(huì)影響。

如何進(jìn)行基因治療

如何在不改變?nèi)祟愡z傳基因的前提下進(jìn)行基因治療？答案是專注于對(duì)成年人的體細(xì)胞進(jìn)行治療。這種方法的好處在于，它只針對(duì)特定的器官和組織，不會(huì)觸及生殖細(xì)胞，因此避免了將轉(zhuǎn)基因細(xì)胞遺傳給后代的風(fēng)險(xiǎn)。

以血友病為例，這是一種由于遺傳缺陷導(dǎo)致患者無(wú)法合成必要的凝血因子（如Ⅷ或Ⅸ因子）的疾病。目前，血友病的主要治療方法是定期注射從獻(xiàn)血者血漿中提純的外源凝血因子，這種治療需要持續(xù)終生，并且存在感染傳染病的風(fēng)險(xiǎn)。基因治療為血友病提供了一種全新的治療策略。

由于凝血因子主要在肝臟中合成，基因治療的目標(biāo)是改變部分肝細(xì)胞的基因，使它們能夠自行合成有效的凝血因子。目前的技術(shù)策略是使用經(jīng)過(guò)改造的病毒（如腺相關(guān)病毒）作為載體，攜帶凝血因子基因。將這種病毒載體注射入人體后，它會(huì)感染肝臟細(xì)胞，并將凝血因子基因傳遞給這些細(xì)胞，賦予它們合成凝血因子的能力。2022年，基于該技術(shù)的第一款血友病基因療法藥物成功上市，為凝血因子Ⅷ缺陷的血友病患者帶來(lái)了新的治療希望。盡管這一進(jìn)展令人鼓舞，但通過(guò)基因療法治療血友病的道路仍然面臨挑戰(zhàn)，包括凝血因子基因表達(dá)水平隨時(shí)間降低、肝臟毒性以及人體可能產(chǎn)生的對(duì)抗病毒載體的抗體，這些都可能導(dǎo)致基因治療效果減弱或治療失敗。

治療血友病相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗簧婕跋蛉梭w細(xì)胞中添加一個(gè)缺失的基因。然而，對(duì)于那些由所謂顯性遺傳疾病引起的病癥，治療過(guò)程則更為復(fù)雜。這類疾病是由于DNA中存在一個(gè)異?；蛩鶎?dǎo)致的。在顯性遺傳模式下，患者的兩條染色體上即使只有一條染色體攜帶有缺陷基因，也足以引發(fā)疾病。

亨廷頓舞蹈病就是一個(gè)典型的例子。這種神經(jīng)退行性疾病與大腦中異常蛋白的積累有關(guān)?；颊咧灰z傳到一個(gè)突變基因副本，就足以產(chǎn)生缺陷蛋白，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)損傷。因此，治療這類疾病的關(guān)鍵在于從DNA中徹底移除致病基因。這一挑戰(zhàn)不僅涉及技術(shù)難題，還包括倫理和安全性的考量，需要科學(xué)家在推進(jìn)技術(shù)進(jìn)展的同時(shí)，謹(jǐn)慎權(quán)衡每一步的影響。

基因編輯技術(shù)開辟新天地

基因編輯技術(shù)的飛速發(fā)展為治療遺傳性疾病開辟了新天地。2020年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的榮譽(yù)授予了兩位基因研究領(lǐng)域的科學(xué)家—卡彭蒂耶和杜德納，以表彰她們對(duì)CRISPR-Cas9（一種基因編輯技術(shù)）的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。CRISPR最初是細(xì)菌用來(lái)防御病毒入侵的天然機(jī)制。當(dāng)細(xì)菌遭受病毒攻擊時(shí)，它能捕獲病毒的遺傳片段并整合到自己的基因組中。這些片段隨后轉(zhuǎn)錄成RNA，與Cas9蛋白結(jié)合，形成復(fù)合體，當(dāng)相同的病毒再次入侵時(shí)，這一復(fù)合體能夠識(shí)別并切割病毒DNA，使其失效。

在生物工程技術(shù)中，CRISPR-Cas9提供了一種前所未有的精確方法，通過(guò)設(shè)計(jì)特定的RNA序列，引導(dǎo)Cas9蛋白直達(dá)目標(biāo)基因的特定位點(diǎn)進(jìn)行切割。這種“基因剪刀”技術(shù)，使我們能夠精確地修改目標(biāo)基因，為治療疾病提供了新策略。例如，針對(duì)亨廷頓舞蹈病等由單一突變基因引起的遺傳性疾病，理論上通過(guò)CRISPRCas9便可精確切除帶有致病突變的基因片段，防止缺陷蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。盡管目前這些應(yīng)用主要還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，但隨著技術(shù)的不斷成熟和安全性的驗(yàn)證，未來(lái)以CRISPR-Cas9為代表的基因編輯技術(shù)有望發(fā)揮重要作用，為眾多顯性遺傳病患者帶來(lái)新的希望。

基因工程面臨的挑戰(zhàn)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，基因工程在醫(yī)學(xué)和生物科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，技術(shù)的發(fā)展也伴隨著潛在的濫用風(fēng)險(xiǎn)。

紅細(xì)胞生成素—一種由腎臟合成的細(xì)胞因子，能夠促進(jìn)紅細(xì)胞的生成，在臨床上有著廣泛的應(yīng)用，但也面臨被濫用的風(fēng)險(xiǎn)。由于可以增加紅細(xì)胞數(shù)量，紅細(xì)胞生成素經(jīng)常被用于提高中長(zhǎng)跑、自行車等耐力運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。然而，這種做法在體育競(jìng)技中被嚴(yán)格禁止，因?yàn)樗`背了公平競(jìng)賽的原則，還可能損害運(yùn)動(dòng)員的健康，如增加血栓和心臟病突發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

更令人擔(dān)憂的是，隨著基因治療技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了所謂的基因興奮劑。這種技術(shù)可能通過(guò)基因治療手段，將紅細(xì)胞生成素基因直接注入運(yùn)動(dòng)員的肌肉組織，使肌肉細(xì)胞分泌額外的紅細(xì)胞生成素，以此提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。盡管目前尚未有確鑿證據(jù)表明有運(yùn)動(dòng)員使用過(guò)這類基因興奮劑，但為了預(yù)防潛在的濫用問(wèn)題，研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始著手開發(fā)檢測(cè)技術(shù)。

自20世紀(jì)70年代末基因工程應(yīng)用技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，它為人類帶來(lái)了前所未有的益處。然而，基因工程的雙刃劍特性也不容忽視，它既有可能改善人類生活，也有可能引發(fā)一系列爭(zhēng)議和問(wèn)題。如何平衡這一技術(shù)的發(fā)展與風(fēng)險(xiǎn)，確保它能夠更好地服務(wù)于人類，同時(shí)避免其潛在的負(fù)面影響，是我們面臨的一個(gè)重要而持久的挑戰(zhàn)。只有世界各國(guó)和社會(huì)各界齊心協(xié)力才能確?；蚣夹g(shù)健康、有序發(fā)展，給人類帶來(lái)福祉。

【責(zé)任編輯】張小萌