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基因學是關於基因研究的學科,人類基因組計劃是美國科學家於1985年率先提出的,旨在闡明人類基因組30億個鹼基對的序列,發現所有人類基因並搞清其在染色體上的位置,破譯人類全部遺傳信息,使人類第一次在分子水平上全面地認識自我。

1簡介

現代遺傳學家認為,基因是DNA(脫氧核糖核酸)分子上具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱,是具有遺傳效應的DNA分子片段。基因位於染色體上,並在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過複製把遺傳信息傳遞給下一代,還可以使遺傳信息得到表達。不同人種之間頭髮、膚色、眼睛、鼻子等不同,是基因差異所致。人類只有一個基因組,大約有3萬個基因。

2研究發展

計劃於1990年正式啟動,這一價值30億美元的計劃的目標是,為30億個鹼基對構成的人類基因組精確測序,從而最終弄清楚每種基因製造的蛋白質及其作用。打個比方,這一過程就好像以步行的方式畫出從北京到上海的路線圖,並標明沿途的每一座山峰與山谷。雖然很慢,但每一座山峰與山谷。雖然很慢,但非常精確。隨著人類基因組逐漸被破譯,一張生命之圖將被繪就,人們的生活也將發生巨大變化。基因藥物已經走進人們的生活,利用基因治療更多的疾病不再是一個奢望。因為隨著我們對人類本身的了解邁上新的台階,很多疾病的病因將被揭開,藥物就會設計得更好些,治療方案就能「對因下藥」,生活起居、飲食習慣有可能根據基因情況進行調整,人類的整體康健狀狀況將會提高,二十一世紀的醫學基礎將由此奠定。利用基因,人們可以改良果蔬品種,提高農作物的品質,更多的轉基因植物和動物、食品將問世,人類可能在新世紀里培育出超級物作。通過控制人體的生化特性,人類將能夠恢復或修復人體細胞和器官的功能,甚至改變人類的進化過程。
20世紀被很多人認為是物理學的世紀。我很欣賞這樣的描述:這一世紀從人類認識物質的基本組成———原子結構開始。原子彈爆炸與人類登月是這一世紀最輝煌成就的一部分,而最後以最簡單無機硅製造的馬鈴薯晶元(Chip)使人類進入了信息時代! 20世紀還孕育了另一個世紀:這是從我們重新發現生命的最基本信息———基因開始。50年代的遺傳物質結構模型的提出與70年代遺傳工程技術的成立使之趨於成熟,而90年代開始的國際人類基因組計劃把人類帶進了另一個世紀。現在我想以人類基因組計劃的發展來談一談人類在自然界中的位置,再談自然與「人為」的問題。 從前,當我們討論「科學是雙刃劍」時,我們關心的僅僅是人類的敵人可能也會揮起這柄劍,如希特勒、如山本五十六。現在,我們的問題一下子複雜起來了。我們的法律一下子在克隆人類等新問題前變得無所適從,或無能為力。我們把它們歸咎於道義或倫理問題。實際上,就是自然與人為的問題。人類基因組計劃在科學上的目的,是測定組成人類基因組的30億個核苷酸的序列。從而奠定闡明人類所有基因的結構與功能,解讀人類的遺傳信息,揭開人類奧秘的基礎。由於生命物質的一致性與生物進化的連續性,這就意味著揭開生命最終奧秘的關鍵,也就是人類基因組計劃的所有理論、策略與技術,是在研究人類這一最為高級、最為複雜的生物系統中形成的。規模化就是隨著人類基因組計劃的啟動而誕生,隨著人類基因組計劃的進展成功而發展的「基因組學」。生物學家第一次從整個基因組的規模去認識、去研究,而不是大家分頭一個一個去發現,基因研究將是基因組學區別於基因組(genetics)與所有涉及基因的學科的主要地方。基因組規模也改變了經典的實驗室規模,改變了原有的實驗方式,這也許是「國際人類基因組計劃」只有6個正式成員國與16個中心的原因之一。生物的序列化即生命科學以序列為基礎。這是新時代的生命科學區別於以前的生物學的最主要的特點。隨著人類基因組序列圖的最終完成,SNP(單核苷酸多態性,即序列差異)的發現以及比較基因組學古代DNA、「食物基因組計劃」、「病原與環境基因組計劃」(主要是致命致病學)以及與之有關的人類易感性有關序列的推進,有科學、經濟、醫學意義的主要物種的基因組序列圖都將問世。我們從序列中得到的信息,已經比到現在為止的所有生物研究積累的信息還要多。生物學第一次成為以數據(具體的序列數據)為根據與導向,而不是再以假說與概念為導向的科學。即使進化這一生命最實質的特徵以及進化的研究,都把因多種模式及其他生物的基因組序列為基礎。古代DNA的研究,也不再是因時間與過去了的環境而惟一不能在實驗室重複的進化研究,從而揭示生命進化的奧秘與古今生物的聯繫。這就幫助人們更好地認識人類在生物世界中的關係。生物的信息化,是藉助於電子計算機的威力,也藉助於把地球變小的網路。沒有它們,國際人類基因組計劃的協調與全世界的及時公布是不可能的。沒有全部的軟體與硬體,人類基因組計劃一切都不可能。序列一經讀出,它的質控、組裝,以至於遞交、分析都有賴於生物信息學,而現在開始,序列的意義完全決定於生物信息學。沒有電子計算機的分析與正在爆炸的信息的比較,序列又有何用?人類基因組計劃之所以引人注目,首先源於人們對健康的需求。疾病問題是自然影響健康的首要因子,是每一個人、每一對父母、每一個家庭、每一個國家政府所不得不考慮的問題。因為人類對健康的追求,從來都不曾懈怠過。

3基因工程的意義

(一)遺傳工程的用途主要是用來形成自然界中沒有的生物新品種、新物種,進而利用這些生物生產人類所需要的其他產品。當前,生物學中富有尖力的基因工程技術正以驚人的速度發展著,其中如DNA序列測定技術、基因突變技術以及基因擴增技術等一大批新技術正在逐漸走向成熟。下面我們只是簡單介紹一下基因工程的基本技術的應用。
二十多年前誕生的基因工程使整個生物學科學、生物技術進入了一個新的時代,傳統的生物技術與基因工程的結合,煥發了青春,產生了富有無限生機的現代技術。
例如,從前用原來的生物技術要獲得1毫克生長激素抑制素,需用10萬隻羊的下丘腦才行,其所耗費資金的數量,與航天領域中,藉助於載人飛行器阿波羅宇宙飛船從月球上搬回1公斤石頭相當。現在,藉助於基因工程,就簡單多了,所需費用也小得多,只要2升細菌培養液就可以了。我們將人工合成的人生長激素抑制素基因,通過重組成為一個高效表達載體,它們在大腸桿菌中進行表達,只需要10升這種重組的大腸桿菌培養液,就可以獲得到了。
(二)基因工程可用於醫療。例如,許多人生病是因為體內缺少一定量的某種抗體。用傳統的方法來製備抗體,時間長耗資大,而且不夠穩定。1989年,美國生物學家運用基因工程技術,將獲得抗體的重鏈基因和輕鏈基因進行基因重組,並使之轉入煙草細胞,利用植物細胞組織培養技術,培養出了轉基因煙草。這樣,在煙草葉片上就能夠產生占葉蛋白總量1.3%的抗體,這些抗體足夠27萬病人使用1年!
基因工程前景廣闊,各國科學家都在加緊研究。我們國家的基因工程研究,與國外相比,雖起步較晚,但也獲得了較大的發展,取得了一定的科研成果。例如,已經研製成功和正在研製的基因工程產品就有幾十種,有些已經投產並開始使用,如基因工程α—干擾素,基因工程乙型肝炎疫苗等等。
總之,基因工程及應用給傳統生物技術帶來了徹底的革新,而且其應用範圍仍然在不斷加深、擴大,前景是十分誘人的,它等待著我們這一代青少年,去探索,去實踐,從而取得更大的成功。
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