2015年諾貝爾化學獎，聊聊基因工程那些事
（本文節(jié)選自《知識就是力量》雜志2015年9月刊《基因工程——跨越生物種的遺傳物質(zhì)“拼接術”》一文，作者：陳章良）
開篇語
諾獎委員會7日宣布，瑞典的托馬斯-林達爾，美國的保羅-莫德里奇以及土耳其的阿奇茲-桑卡被授予2015年諾貝爾獎，以表彰他們在DNA修復的細胞機制方面的研究，這讓人們注意到基因工程這一前沿科技。知力君非常榮幸邀請到了中國科協(xié)副主席、書記處書記陳章良，聊一聊基因工程在生活領域的最新應用成果和發(fā)展前景。（注：陳章良是我國著名的生物學家之一，也是我國很早的一批轉(zhuǎn)基因科學家。他在分子生物學和農(nóng)業(yè)基因工程等領域都取得了豐碩的科研成果，是我國首位因此獲得聯(lián)合國教科文組織青年科學家獎的人。）
1. 基因工程的概念的提出
基因工程是20世紀70年代醞釀出的一項新技術。它也被很多人稱為生物工程，有些地方（如我國臺灣）還稱作生命技術。人類發(fā)現(xiàn)，通過基因工程我們幾乎能跨越物種，實現(xiàn)任一生物基因的改良或轉(zhuǎn)移工作。基因工程自誕生以來，短短的幾十年間，已廣泛應用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境等領域，展示出了強大的生命力和廣闊的應用前景，它能夠使人類未來的生活更加美好。
當年，美國有一批科學家率先開始了生物體內(nèi)基因的拼接工作，并提出了基因工程的概念。它是指人類通過一種像手術刀似的生物酶，將一個生物體內(nèi)控制遺傳性狀的某一段基因準確地剪下來，再拼插到另外一個生物體內(nèi)的DNA中，使得這種生物體有新的遺傳性狀，這一過程就叫基因工程。整個過程像一個系統(tǒng)工程，但我們?nèi)庋蹍s無法看到酶在工作，雖然它確實能發(fā)生。這一發(fā)現(xiàn)令人十分激動，人類終于可以切割、拼接DNA了。試想，人類可以拼制出一個新的生物體，這是一件多么神奇又令人驚訝的事??！
2. 醫(yī)學上基因工程應用捷足先登
基因工程最早的商業(yè)應用領域是醫(yī)學。人類最先研究成功的有重大商業(yè)價值的是基因工程胰島素。眾所周知，糖尿病患者要定期注射胰島素。人類最早的胰島素是從豬、狗等動物胰臟中提取的，過程比較麻煩且研制的藥物也很貴?？赡芎芏嗳藭雴?，為什么要從動物體內(nèi)提取胰島素，能不能用人類自己的胰島素呢？后來這一設想通過基因工程的方法實現(xiàn)了。
基因工程胰島素疫苗
科學家將人的胰島素基因克隆出來，拼到某種細菌或酵母里。它會不斷地繁殖生成更多帶有人胰島素基因的新生物體，再從這些新生物體中將人的胰島素蛋白質(zhì)提取出來，制成能注射的胰島素，這個試驗成功后便得到了廣泛應用?；蚬こ桃葝u素的誕生，為全世界的糖尿病患者帶來了福音。人類終于能用上更安全、更便宜的胰島素了。
此外，基因工程也被用于生產(chǎn)疫苗，這類疫苗目前已在醫(yī)學上被廣泛使用?；蚬こ躺a(chǎn)的疫苗不是來源于整個病毒，只是病毒中的某一段蛋白質(zhì)。但是，人的免疫系統(tǒng)會把這段蛋白質(zhì)當成病毒一樣來處理，會迅速啟動免疫系統(tǒng)攻擊它，產(chǎn)生對抗此病毒的抗體。目前國內(nèi)的乙型肝炎疫苗，基本上都是用基因工程的方法生產(chǎn)的，國內(nèi)有好幾家工廠在生產(chǎn)。我們今后也會針對更多的病毒，生產(chǎn)出更多的基因工程疫苗。
3. 基因抗癌藥物成新“救星”
近幾年，基因工程制藥業(yè)發(fā)展得很快，尤其是抗癌的新導向藥物。現(xiàn)在國際上廣泛使用的此類藥物已經(jīng)超過了20多種，可治療肝癌、肺癌、直腸癌、乳腺癌等，還有最近才有的治療皮膚癌的藥物。科學家們都在集中精力，研制這些基因工程的抗癌藥物。
科學家在做基因測序
比如基因工程治療肺癌的藥，終于有了一個巨大的突破。這種導向藥物注射到肺癌患者體內(nèi)后，能在肺部識別出肺癌細胞并殺死它，但不會傷害其他正常的細胞。我們稱之為基因工程導向藥物，它能夠像導彈一樣專門識別癌細胞，然后再攻擊它們。肺癌患者用這種藥物替代傳統(tǒng)的化療方式，就能避免掉頭發(fā)、嘔吐、免疫系統(tǒng)損壞、身體機能衰弱等問題。
目前，世界上有不少于40種的抗癌癥的導向藥物正處于臨床試驗階段。我們驚喜地發(fā)現(xiàn)：人類終于慢慢接近全新的抗癌領域了，即只消滅癌細胞，不損害正常的人體細胞。相信在未來的醫(yī)藥領域，這類基因工程的抗癌藥物，將成為全球癌癥患者的新“救星”。
我曾走訪了北京、天津、上海、蘇州、無錫、廣州、深圳等城市，發(fā)現(xiàn)有一大批科學家正夜以繼日地做著抗體藥物試驗。他們在為研制基因工程導向藥物而努力。因為癌細胞有不同的類型，每種癌細胞都需要有針對性的抗體來識別它。所以，科學家們只能一個一個地去尋找，一個一個地去攻克。
人類的偉大之處在于，在面對疾病時，學會了制藥對抗疾病。SARS出現(xiàn)后，我們研制出了SARS疫苗；兇猛的埃博拉病毒也得到了有效控制。我相信有了基因工程后，有朝一日我們也能研制出抗艾滋病的疫苗。
基因工程在醫(yī)藥方面得到了有效應用。這個領域，誰先研制出某一藥用基因，誰就擁有這個專利，就可以生產(chǎn)這一類醫(yī)用藥物，就能創(chuàng)造出巨大的社會財富。人類的全部基因測序工作已完畢，未來的基因工程制藥領域，將會發(fā)展得特別快，成為一個重要的高科技領域。
4. 工業(yè)領域的基因工程
現(xiàn)在有個新詞叫“生物質(zhì)能源”，它是一種綠色的新能源。它目前也和基因工程聯(lián)手了，這也是基因工程在工業(yè)領域應用的新表現(xiàn)。
所謂基因工程的“生物質(zhì)能源”就是把一些生物質(zhì)，如稻草秸稈、玉米秸稈、木薯、甘蔗等，與高效的基因工程細菌一起發(fā)酵后制作出燃料乙醇等生物能源。我們知道酒精燃燒后很干凈，它是一種綠色能源。巴西是世界上的甘蔗產(chǎn)量大國，那里大部分汽車正使用著甘蔗生產(chǎn)的燃料乙醇，省掉了大量石油能源。
基因工程在工業(yè)發(fā)酵酒精上的應用成效顯著，近幾年這一領域也發(fā)展得越來越快。人們將更合適的基因重組到細菌里，使細菌的發(fā)酵效率越來越高，目前這類細菌的菌種是越來越好了。
廣西的北海市，就建了一個現(xiàn)代化的工廠，專門生產(chǎn)木薯燃料乙醇。它是中糧集團投資建設的。廣西目前能生產(chǎn)幾十萬噸木薯燃料乙醇，這些乙醇在當?shù)氐钠嚴锸褂弥矠楫數(shù)毓?jié)省了很多汽油。當然，除了酒精以外，我們還生產(chǎn)乙醚、丁醇等工業(yè)產(chǎn)品?；蚬こ淘诠I(yè)上還可以生產(chǎn)一系列的小化工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都具有高附加值，能創(chuàng)造出巨大的社會財富。人類到底能在這條路上走多遠，目前還不清楚，這也是極具探索價值的領域。
5. 基因工程助力于“環(huán)?！?/strong>
培育基因工程菌種
目前，在環(huán)保領域，基因工程主要應用于城市垃圾清理、城市污水處理方面。城市的餐廚剩余物加入基因工程菌后能更高效地分解這些有機物，處理效果非常好。城市的污水處理中，會有一個大大的處理污水的池子，池中加入一些基因工程的微生物后，它們能更高效地分解污水，凈化水質(zhì)。
基因工程在未來環(huán)保領域的應用，最終會到什么程度？肯定是會生產(chǎn)出更耐高溫、更高效的細菌菌種。因為發(fā)酵溫度越高，細菌分解城市垃圾和污水的效率就更高，所以這還是值得通過基因工程去研究開拓的，幫助我們進一步提升環(huán)保的效率。