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第4章 绪论(3)

在我国,通过现代生物技术培育出一大批抗虫玉米、抗虫水稻、抗病水稻、抗虫棉、抗病毒病烟草等转基因粮经作物,其中有些已推广、进入大田或田间试验。目前,在吉林省建立的“国家转基因植物及产业化基地”,将有利于我国转基因粮经作物的产业化发展进程。发展转基因作物,必须注意以下几点:(1)转基因粮经作物本身的安全性不可忽视;(2)现代生物技术育种与传统常规育种技术应有机结合;(3)发展转基因作物及其产业化与维持农业生态平衡有机结合起来,以显示转基因作物的独特优势和强大生命力;(4)转基因作物及其食品对人与有益动物的安全性是保障新绿色革命持续健康发展的关键所在;(5)限制或改造转基因技术不利的方面,使之更好地服务于人类社会。

二、生物医学的研究热点

(一)生物芯片及其商业化趋势

生物芯片(biochip)将是解开生命奥秘,协助人们解开基因之谜、彻底改革当前医疗方式的有效手段,其用途极其广泛。这项技术将成为生命科学和医学领域最有力的分子检测工具。

生物芯片的工作过程与半导体芯片类似,只不过上面所载的不是晶体管,而是数以万计的极微小的化学反应器,它每秒能够进行数万次的生化反应。它利用微点阵技术将成千上万的生物信息密码集中到一小片固相基质上,从而使一些传统的生物学分析手段能够在尽量小的空间范围内,以尽量快的速度完成。生物芯片技术可将人类基因编码破译工作加快千倍以上。

生物芯片的初级形式基因芯片的研究开发异常活跃,它是电子学与生命科学相结合的产物。基因芯片由若干基因探针构成,每个基因探针包含着由若干个核苷酸对组成的DNA片段。在指甲盖大小的基因芯片上,排列着许多已知碱基顺序的DNA片段,根据碱基配对原则捕捉相应的DNA,从而进行基因识别。

基因芯片的制作是一项十分复杂的技术,要在小小的玻璃芯片上加工数十万个子槽,然后在每个孔上精确地放上特定的DNA片段,使它们不发生任何混淆。更重要的是,要制作基因芯片,首先要分离出数十万种不同的DNA片段,了解它们各自的功能特点,这就要借助于最新的基因研究。美国加州Affymetrix公司首次在市场上推出了商业化的基因芯片和芯片阅读器,诱发了一场新的技术革命。目前,美国有6~7家公司开发出20多种基因芯片,带有数10万个基因探针的基因芯片已经面世。法国利用美国Affymetrix公司的基因芯片检测公共饮用水的微生物。法国的一家公司开发出一种特异的DNA芯片,能同时提供多种检测反应,在一个芯片上不仅可以进行水控制的标准分析,还可以对其他微生物进行检测。此系统检测微生物的遗传指纹,精确可靠,可检测水中低浓度的微生物,还能准确鉴定多种水污染物,4小时即可提出结果,费用比常规试验法便宜10倍。此基因芯片系统还可应用于临床,对包括结核杆菌在内的重要分枝杆菌进行基因型分析,并确定分枝杆菌对药物的抗性。

目前我国的基因芯片研究取得的重要进展有:(1)上海博道基因技术有限公司研制出以玻璃片为载体,以双荧光检测为特征的基因芯片;制备了有8000个点、含4000种新基因表达谱研究芯片,并用这种芯片成功地筛选到400多种与人体生长发育和肿瘤相关的新基因;制备了可用于丙型肝炎临床诊断的丙型肝炎基因芯片。该公司生产的基因芯片在6平方厘米内最大点样密度已达3万点,可以用非常微量的样品作探针,每点只要0.1纳克DNA样品。(2)陕西一家科技股份公司与上海复旦大学合作研制的DNA基因芯片已通过有关专家论证。(3)南京东南大学陆祖宏科研小组在研制基因芯片方面已取得突破,可望在1~2年内实现商品化。由此也看出,我国基因芯片的研制已进入国际先进行列。

(二)基因组、后基因组和基因治疗研究取得重要进展

基因组(genome)和后基因组(post genome)的研究在生命科学中占有极重要的地位。

就人类的传染病而言,大约75%的疾病是由病毒引发的,要攻克病毒致病的分子机制,必然要揭示它们的基因组序列及其功能。目前国际上已完成了572株病毒基因组全序列测定,其中与人类相关的病毒有76种(至1998年4月份)。我国先后完成了痘病毒、虫媒病毒、禽腺病毒及甲、乙、丙、丁、戊、庚肝炎病毒等10余种病毒基因组的序列分析;还完成了非甲非庚病毒(TTV)的全基因克隆和测序。这些研究对病毒疾病的病原发生机制及防治具有重要指导作用;而致病细菌全基因组序列研究在我国还未实现零的突破。国际上已完成对某些细菌、酵母等单细胞生物的基因组测序工作;1998年外国科学家破译一种微小线虫全部基因程序密码,首次完全破译多细胞生物的全部基因图谱(包括19099个基因),其中40%的基因与人类的基因密切相关,对解开人类基因图谱有重要价值。

由于英美等国家加快工作步伐,破译人类生命密码工作大大加快,已于2003年4月14日宣布人类基因组序列图绘制成功。

在人类基因组测序、基因定位完成之后,后基因组的研究与开发便提上日程,大力发展基因组学、基因信息学及其应用是必然趋势。人工合成所需要的基因,控制、利用基因组的各个基因将占据十分重要的地位。为此,后基因组学研究显得格外重要,其意义也更深远。

弄清楚基因组的基因部位、基因缺陷以及某些不正常基因的表达,合成机能障碍蛋白质,可为基因治疗找到更为可靠的科学依据。尽管基因疗法尚处于探索阶段,临床应用还未取得理想的结果,但基因疗法及转基因技术的研究很活跃。

在我国,对遗传病、癌症的基因治疗研究取得重要进展。复旦大学较早用基因疗法治疗血友病取得成功;上海肿瘤研究所顾健人研究小组建立了高效系列基因转移系统,将“治病”的外源基因导入人体治疗癌症,取得重要突破,如将基因导入肝癌、肺癌、胃癌、宫颈癌、卵巢癌、肠癌、乳腺癌等肿瘤,取得较好的疗效,其中对肝癌细胞生长的抑制率达77%,此项基因技术有广泛的应用前景。用于治疗人恶性脑胶质瘤的“胸苷激酶基因工程化细胞”制剂已进入第二期临床试验。这种外源“治病基因”植入人体细胞后,直接杀伤肿瘤细胞,而对正常细胞毫无损害。我国在病毒型和非病毒型异向载体方面也取得了世界级的创新性成果。

在转基因或基因导入方面有两点值得注意:一是尽管人体机体本身有自我修复基因缺陷的能力,但并非都能如此,需对修复的机制作进一步研究;二是加入“外源基因”使缺陷基因或突变基因得到一定修复或完全修复,使其恢复正常功能,真正做到“对号”修复或控制突变并非易事,需强化其内部分子生态学的研究,这方面的研究成果一旦得到实际利用,必将为全人类做出巨大贡献。

(三)器官移植将成为新世纪临床医学的重要研究课题

器官移植是现代医学的重要领域之一,人们把此项技术称为组织工程。但是目前供移植用的组织器官非常短缺,而全世界需要做器官移植的患者正在以每年15%的速度增加。

为了解决移植器官源严重不足的问题,基因改性猪有望为人类提供移植所需的器官。我国台湾科学工作者重视器官移植的研究,认为异种器官移植将是21世纪器官移植的主流,猪的器官移植到人体上最为顺利,猪心很可能成为第一个异种器官移植成功的例子。另据报道,美国科学家通过基因工程技术向基因中加入某种物质而获得改性器官,将其移入受体患者的骨髓,解决异体排斥反应的问题,在小鼠试验中获得成功(注:人体免疫系统的抗体在骨髓中生成,此项技术使骨髓产生的抗体与外来物质融合为一体,避免排斥反应)。在实施向人体移植异源器官之前,必须严格防止异种器官组织材料含有原发性(土著性)或“溶原性”病原体,尽管它们在原宿主中表现不出任何危害,或者已成为原宿主组织中的一个成分,但移植到新的宿主(如人体)身上之后可能会带来不安全因素。另据报道,猪组织内的病毒似乎不感染人类,若结果真是如此肯定的话,那么这就为猪组织器官移植排除了最大障碍。

总之,适用于人体器官移植的材料是未来临床医学的急需,高新技术的应用将为培育适于器官移植的克隆猪铺平道路,重要的技术突破可能来自克隆与组织工程的研究。尽管如此,人们对其内源性病原总会不放心,究竟有害与否尚需科学试验加以判定。然而,器官移植的成功率及其安全性和排异问题等仍需加强研究。当然,随着转基因技术和克隆技术的成熟,不仅有可能解决安全性和异源组织排异反应的问题,而且将为防止新病原带入移植器官或组织作出更大贡献。

(四)超级抗药性病原及其代谢活动后效应之危害与防治

近些年来,致病菌的抗药性延续或赖药性发生是临床医学最为棘手的难题,人类同各种不同形式的致病原特别是抗药性病原菌将进行长期的斗争。在英国,一家实验室研究人员发现一种绿脓假单胞菌对目前已有的全部抗生素产生抗药性,这是一种少见的现象。这种多抗药性病原菌可使那些免疫功能低弱者丧生。这类病原菌还可使人患上多种疾病,可致使囊性纤维变性(或胰纤维性囊肿瘤)患者肺部感染,使白血病患者出现败血症。一旦此病原菌产生抗药性及强适应性,哪怕是最有效的抗生素如carbapene也将无济于事。另外,一种病原菌沙门氏菌是一种肠胃菌,能对多种抗生素如青霉素、氯霉素、链霉素、四环素、磺胺类药物等产生抗药性,它的形成与菌体R因子或跳跃因子以及致命毒素的产生有密切关系。特别是当抗药性致病菌侵染宿主后大量繁衍,形成“生物膜”(菌群体),而上述这些因子或毒素通过菌体繁衍,彼此交流信息,相互传播,形成强力抗药性或强毒力的“生物武器”,即使使用高效抗生素来对付这类病菌也很难奏效。国外一些大学的研究人员认为,只有有效控制致病菌抗药性基因及其扩散(传播),才有可能从根本上阻止抗药性菌形成抗药性群体,从而降低其毒性。

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