《生物化學與分子生物學》 （三）初步認識生命本質(zhì)并開始改造生命的深入發(fā)展階段

70年代后，以基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為新的里程碑，標志著人類涂認識生命本質(zhì)并能主動改造生命的新時期開始。其間的重大成就包括：

1 重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展

分子生物學理論和技術(shù)發(fā)展的積累使得基因工程技術(shù)的出現(xiàn)成為必然。1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等發(fā)現(xiàn)的限制性核酸內(nèi)切酶為基因工程提供了有力的工具；1972年Bery等將SV-40病毒DNA與噬菌體P22DNA在體外重組成功，轉(zhuǎn)化大腸桿菌，使本來在真核功能中合成的蛋白質(zhì)能在細菌中合成，打破了種屬界限；1977年Boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質(zhì)粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14肽；1978年Itakura（板倉）等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年美國基因技術(shù)公司用人工合成的人胰島素基因重組轉(zhuǎn)入大腸桿菌中合成人胰島素。至今我國已有人干擾素、人白介素2、人集落刺激因子、重組人乙型肝炎病毒為疫苗、基因工程幼畜腹瀉疫苗等多種基因工程藥物和疫苗進入生產(chǎn)或臨床試用，世界上還有幾百種基因工程藥物及其它基因工程產(chǎn)品在研制中，成為當今農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥業(yè)發(fā)展的重要方向，將對醫(yī)學和工農(nóng)業(yè)發(fā)展作出新貢獻。

轉(zhuǎn)基因動植物和基因剔除植物的成功是基因工程技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。1982年P(guān)almiter等將克隆的生長激素基因?qū)胄∈笫芫鸭毎藘?nèi)，培育得到比原小鼠個體大幾倍的”巨鼠“，激起了人們創(chuàng)造優(yōu)良品家畜的熱情。我國水生生物研究所將生長激素基因轉(zhuǎn)入魚受精卵，得到的轉(zhuǎn)基因魚的生長顯著加快、個體增大；轉(zhuǎn)基因豬也正在研制中。用轉(zhuǎn)基因動物還能獲取治療人類疾病的重要蛋白質(zhì)，導入了凝血因子IX基因的轉(zhuǎn)基因綿羊分泌的乳汁中含有豐富的凝血因子IX，能有效地用于血友病的治療。在轉(zhuǎn)基因植物方面，1994年能比普通西紅柿保鮮時間更長的轉(zhuǎn)基因西紅柿投放市場。1996年轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因大豆相繼投入商品生產(chǎn)，美國最早研制得到抗蟲棉花，我國科學家將自己發(fā)現(xiàn)的蛋白酶抑制劑基因轉(zhuǎn)入棉花獲得抗棉鈴蟲的棉花株。到1996年全世界已有25萬公頃土地種植轉(zhuǎn)基因植物。

基因診斷與基因治療是基因工程在醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方面。1991年美國向一患先天性免疫缺陷?。ㄟz傳性腺苷脫氨酶ADA基因缺陷）的女孩體內(nèi)導入重組的ADA基因。獲得成功。我國也在1994年用導入人凝血因子IX基因的方法成功治療了乙型血友病的患者。在我國用作基因診斷的試劑盒已有近百種之多?；蛟\斷和基因治療正在發(fā)展之中。

這時期基因工程的迅速進步得益于許多分子生物學新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。包括：核酸的化學合成從手工發(fā)展到全自動合成。1975-1977年Sanger、Maxam和Gilbert先后發(fā)明了三種DNA序列的快速測定法；90年代全自動核酸序列測定儀的問世；1985年Cetus公司Mullis等發(fā)明的聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）的特定核酸序列擴增技術(shù)，更以其高靈敏度和特異性被廣泛應(yīng)用、對分子生物學的發(fā)展起到重大的推動作用。

2 基因組研究的發(fā)展

目前分子生物學已經(jīng)從研究單個基因發(fā)展到研究生物整個基因組的結(jié)構(gòu)與功能。1977年Sanger測定了ΦX174-DNA全部5375個核苷酸的序列；1978年fiers等測出SV-40DNA全部5224對堿基序列；80年代λ噬菌體DNA合部48502堿基對的序列全部測出；一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因組的全序列也陸續(xù)被測定；196提底許多科學家共同努力測出了大腸桿菌基因組DNA的全序列長4×106堿基對。測定整個生物基因組核酸的全序列無疑對理解這一生物的生命信息及其功能有極大的意義。1990年人類基因組計劃（HumanGenomeProjiect）開始實施，這是生命科學領(lǐng)域有史以來全球性最龐大的研究計劃，將在2005年時測定出人基因組全部DNA3×109堿基對的序列、確定人類約5-10萬個基因的一級結(jié)構(gòu)，這將使人類能夠更好掌握自己的命運。

3 單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展

1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴細胞雜交瘤技術(shù)制備出單克隆以來，人們利用這一細胞工程技術(shù)研制出多種單克隆抗體，為許多疾病的診斷和治療提供有有效的手段。80年代以后隨著基因工程抗體技術(shù)相繼出現(xiàn)的單域抗體、單鏈抗體、嵌合抗體、重構(gòu)抗體、雙功能抗體等為廣泛和有效的應(yīng)用單克隆抗體提供了廣闊的前景。

4 基因表達調(diào)控機理

分子遺傳學基本理論建立者Jacob和Monod最早提出的操縱元學說打開了人類認識基因表達調(diào)控的窗口，在分子遺傳學基本理論建立的60年代，人們主要認識原核生物基因表達調(diào)控的一些規(guī)律，70年代以后才逐漸認識了真核基因組結(jié)構(gòu)和調(diào)控的復(fù)雜性。1977年最先發(fā)現(xiàn)猴SV40病毒和腺病毒中編碼蛋白質(zhì)的基因序列是不連續(xù)的，這種基因內(nèi)部的間隔區(qū)（內(nèi)含子）在真核基因組中是普遍存在的，揭開了認識真核基因組結(jié)構(gòu)和調(diào)控的序幕。1981年Cech等發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA的自我剪接，從而發(fā)現(xiàn)核（ribozyme）。80-90年代，使人們逐步認識到真核基因的順式調(diào)控元件與反式轉(zhuǎn)錄因子、參與蛋白南間的分子識別與相互作用是基因表達調(diào)控根本所在。

5 細胞信號轉(zhuǎn)導機理研究成為新的前沿領(lǐng)域

細胞信號轉(zhuǎn)導機理的研究可以追述至50年代。Sutherland1957年發(fā)現(xiàn)cDNA、1965年提出第二信使學說，是人們認識受體介導和細胞信號轉(zhuǎn)導的第一個里程碑。1977年Ross等用重組實驗證實G蛋白的存在和功能，將G蛋白與腺苷酸環(huán)化酶的作用相聯(lián)系起來，深化了對G蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導途徑的認識。70年代中期以后，癌基因和抑癌基因的發(fā)現(xiàn)、蛋白酪氨酸激酶的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)與功能的深入研究、各種受體蛋白基歷的克隆和結(jié)構(gòu)功能的探索等，使近10年來細胞信號轉(zhuǎn)導的研究更有了長足的進步。目前，對于某些細胞中的一些信號轉(zhuǎn)導途徑已經(jīng)有了初步的認識，尤其是在免疫活性細胞對抗原的識別及其活化信號的傳遞途徑方面和細胞增殖控制方面等形成了一些基本的概念，當然要達到最終目標還需相當長時間的努力。

以上簡要介紹了分子生物學的發(fā)展過程，可以看到在近半個世紀中它是生命科學范圍發(fā)展最為迅速的一個前沿領(lǐng)域，推動著整個生命科學的發(fā)展。至今分子生物學仍在迅速發(fā)展中，新成果、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這也從另一方面說明分子生物學發(fā)展還處在初級階段。分子生物學已建立的基本規(guī)律給人們認識生命的本質(zhì)拽出了光明的前景，分子生物學的歷史還短，積累的資料還不夠，例如：在地球上千姿百態(tài)的生物攜帶龐大的生命信息，迄今人類所了解的只是極少的一部位，還未認識核酸、蛋白質(zhì)組成生命的許多基本規(guī)律；又如即使到2005年我們已經(jīng)獲得人類基因組DNa 3×109bp的全序列，確定了人的5-10萬個基因的一級結(jié)構(gòu)，但是要徹底搞清楚這些基因產(chǎn)物的功能、調(diào)控、基因間的相互關(guān)系和協(xié)調(diào)，要理解80%以上不為蛋白質(zhì)編碼的序列的作用等等，都還要經(jīng)歷漫長的研究道路?？梢哉f分子生物學的發(fā)展前景光輝燦爛，道路還會艱難曲折。