[提要] DNA（脱氧核糖核酸）重组技术在传统上主要用于微生物。但是现在，科学家正在把基因从一个动物转移到另一个动物身上，并且进行高等植物间的基因转移。可以诱使农作物作出它们从未做过的事情，并且最终可以证明人类的遗传疾病能够容易地治疗。

自从遗传工程革命以来，就有人展望未来，并且推测基因的操纵最终使我们能控制动物的形状和功能。只要这一技术局限于拼凑细菌和病毒的基因，这种想法就会因轻率和牵强附会而被消除。但是最近几年，旨在把遗传工程技术扩展到更为复杂的高等动物细胞的研究已经开始产生效果。现在科学家能把各式各样的基因转移到培养的动物细胞中去。更为显著的是一些研究小组把外来的基因放入老鼠的卵细胞中。然后让卵细胞发育为所有细胞都带有新的基因的成熟的老鼠，并且能把新的基因传递给它们的后代。

最近，当加利福尼亚大学的马丁 · 柯兰（Martin Cline）博士试图利用遗传工程治疗儿童母红血球性贫血（一种感染血液的致命遗传疾病）的时候，这些发展结果的医疗潜力成为头条新闻。能改变植物遗传的前景引起了希望和忧虑的混合反应。遗传工程为不能医治的遗传疾病提供了“基因治疗”的可能性，并且可能提供高产和抗病虫害的作物为世界供应粮食。有人批评遗传工程是朝着对人类的遗传进行控制和设计的可怕开端。但是现在的研究工作的主要目的只是研究基因是如何被控制的。

谁要想把新的基因（基因实际上指的是一条DNΑ链）放入高等生物的DNA中去就遇到问题。首先必须得到想要的纯净基因。然后必须把基因放入新的细胞核内，一旦进入核内，基因必须结合到细胞本身的DNA中去。高等生物的DNA分为很多称为染色体的分离的单元。要使外来的基因正常地起作用，它需要和具体的染色体结合起来，在那个染色体内需要在特殊地方的结合。这便是使基因在其新的环境中适当地起作用的最终问题。

利用七十年代研究出的技术可以得到纯净的基因，这一技术构成了细菌遗传工程的基础。用在特定地方能切断DNA的特殊的酶（称为限定酶）便可以从适当的细胞中提取的DNA上剪取所需的基因。如果必要，通过把含有基因的DNA片断放入细菌或病毒的BNA中去，并且使细菌或病毒繁殖，就可以获得更多的含有某种基因的DNA片断。然后再利用限定酶把基因从细菌或病毒的DNA中取出，产生出大量的纯净基因以便放入新细胞内。

变得越来越可行的另一种方法是用化学方法把构成DNA块的核苷酸按正确的顺序连接起来，制造基因。现在基因合成的技术是如此先进，以致可以买到自动操纵的机器，编制了适当的程序后，这机器就为你完成这项工作。虽然现在DNA的长度和含有的遗传信息数量（可用这种方法制造）还有限，但是大量制造所需要的基因的可能性一定存在。这一技术为制造不是天然存在的完全新的基因开辟了令人神往的前景。然而要制造出起敏感作用的新基因将是一个主要的困难。

不管用什么方法提供基因，下一个问题便是把基因放入细胞核内。一个最直接而简单的方法是用非常小的注射器把DNA直接注射到核内。犹太大学的卡培基（Mario Capecchi）与美国心肺和血液研究所的安德逊（W，French Anderson）都在1979年尝试了这一技术。

卡培基和安德逊把引起制造一种称为胸苷激酶（它专门生产DNA的一种化合物）的基因注射到本身不能制造酶的培养的老鼠细胞中去。然后把注射了基因的细胞放入培养基中，在那里缺少胸苷激酶的细胞就不能发育。注射基因的细胞能发育的事实表明注射的基因在这些细胞核内起作用，产生了胸苷激酶。之后的试验表明，当纯净的基因注射进细胞核内时，它们就经常地和染色体结合起来，并且在细胞分裂中传递给很多代的细胞。

把外来基因放入细胞核的一种替换方法就是用病毒的DNA作为一种特洛伊木马。病毒具有把它们自己的DNA放入受其感染细胞的DNA中的能力。放入了病毒的DNA的细胞称为“变性”细胞。病毒的DNA可以在变性细胞中休眠，并且在每个细胞分裂之前和细胞本身的DNA—起复制。大约两年前，遗传工程的先驱之保尔 · 柏格（Paul Berg）把外来基因放入病毒的DNA中，然后让病毒侵染培养的动物细胞。他发现被变形的病毒改变的细胞确实产生由外来基因编码的蛋白质。在某些情况下，病毒的DNA牢固地和宿主细胞的DNA结合在一起，并带有外来的基因。

利用病毒把新基因放入动植物细胞中也有问题。比如在很多情况下，病毒的存在最后杀死了细胞。针对这些问题，柏格的研究小组正在改变病毒的DNA，以便使它具有把外来基因带进寄主细胞的DNA中去的能力，但却不能在细胞内产生致命的侵染。

也可以用其它几种方法把外来基因放入细胞核内。最通用的替换方法是只往培养细胞中添加用磷酸钙从溶液里析出的DNA。在这些条件下，有些外来的DNA被细胞吸收，最后有一小部分能到达细胞核。这一方法远不如直接注射或使用病毒有效，但具有技术简单的优点。

不管把外来DNA放入细胞核所用的方法如何，有些DNA一旦进入细胞核，似乎就和染色体结合在一起。然而此刻，对于这种结合在何处发生和有多少基因被结合却很少有控制。

发展这些技术的主要目的是研究基因的活动是如何受到控制的。复杂生物的每个细胞像人的细胞一样含有同样的遗传信息。肌肉细胞和大脑的神经细胞含有恰好同样的基因，而它们看起来却大不相同，并且起着完全不同的作用。必须保证特殊的细胞功能所需要的那些基因在细胞中起作用才能取得细胞的专化作用。如何引起对基因活动的控制是现代生物学的一大难题。

科学家利用遗传把基因放到外部环境中，并观察基因的表现如何。为了适当调节，基因必须在专门的染色体的特殊地方结合吗？放入一种细胞后一般不活动的基因还受着适当的控制吗？另一种做法是识别接近基因并控制其活动的DNA部位。几个研究小组把不同的DNΑ链附在基因上，然后当把它们放回到细胞的染色体中时，研究它们对基因活动的影响。人们希望这些试验能识别出基因周围的主要控制部位，并揭示出细胞间的环境对基因活动的重要性。

把新基因放入活的动物细胞中

虽然把新基因放入培养细胞可以知道很多关于基因控制作用的东西。但最现实的方法是把基因放入活动物的细胞内。最近，一些研究人员已经完成了这项工作，这些研究人员包括牛津大学动物学系的堪斯坦蒂尼（Franklin Constantini）和拉西（Elizabeth Lacy）。他们把老鼠的刚受精的卵取出并注入基因为称作β血红素的蛋白质编码的细胞核内。这个基因不是从另一个老鼠身上取来，而是取自一只兔子。大约有一半的受精卵经过注射的粗略处理后仍旧能存活下来，并把它们转移到老鼠的输卵管中去，让它们发育。

堪斯坦蒂尼和拉西希望，外来（兔子）的基因在每个老鼠细胞分裂之前和正常老鼠的DNA一起复制，产生所有的细胞都含有外来基因的成熟老鼠。他们解剖了一些小老鼠，并研究它们肝细胞的DNA。有些老鼠的确带有外来基因，但对在每个细胞中发现的基因数目却很少有控制。数量从1 ~ 20多个，差异很大。

对老鼠细胞的DNA所作的进一步分析证实，新的基因完全和老鼠的染色体结合了，非常有趣的是，新基因几乎总是和一个特殊的染色体结合。

但是这些外来基因在新的环境中起作用吗？俄亥俄大学的瓦格纳尔（Thomas Wagner）的研究小组进行了和康斯坦蒂尼及拉西的试验相同的试验，但这个小组也在寻找老鼠体内存在的兔子血红素蛋白质。β血红素是在红血球中发现的一部分血红素蛋白质，它决定体内的氧的输送；如果外来基因起的作用正常，β血红素蛋白质便能在老鼠的红血球中辨认出来。这正是瓦格纳尔及其同事发现的。兔子的β蛋白质与老鼠的稍有差异，所以当它在老鼠体内存在时便能识别出来。

这些结果表明，外来基因放入活的动物时能够起作用。研究外来基因在胚胎发育中的控制作用，便能更彻底地了解基因在细胞专化过程中的调节活动。具有重大意义的事实是康斯坦蒂尼和瓦格纳尔把作了遗传改变的老鼠和正常老鼠进行交配，并且发现外来基因能传递给后代。把外来基因放入老鼠的胚原基中去，这两位科学家证明了永久地改变动物遗传结构的可能性。正是这个引起了人们对于这种研究可能导致更大灾难的忧虑。

选择β血红素基因用于这些动物的研究部分是由医学上的可能应用决定的。要矫正人体细胞的遗传缺陷，细胞在其生活周期中必须有某个快速增加的阶段。这是因为只能把少量改变的细胞放入人体，然后细胞必须能够通过接着发生的分裂传播到所有的细胞。全部血液细胞都产生于骨髓中迅速分裂的干细胞。这使遗传疾病在血液细胞的畸形上有明显区别，有些畸形通过基因疗法进行治疗是最适当的。特别是有各种各样因为出故障的基因由异常的血红素分子的产生造成的疾病。这些疾病包括镰状细胞贫血（实际上只局限于黑人）和儿童母红血球性贫血（这种病在地中海地区的居民中是常见的）。

加利福尼亚的柯兰（Martin Cline）因尝试用遗传工程治疗两名患β-0儿童母红血球性贫血的患者而出了名，这种病是由β血红素蛋白质的出故障基因引起的。柯兰从患者的骨髓中取出一些细胞，并想法把正常的β血红素基因放到细胞中。他也把来自病毒的第二种基因和β血红素基因一起放入细胞，这是为了使改变的细胞比未改变的骨髓细胞更快地增加。然后把改变的细胞再注入患者体内，希望他们能产生含有正常血红素的正常红血球。

之后的争论不是由治疗本身引起的，而多是由柯兰进行治疗没有得各种伦理委员会的必要批准引起的。他的基因治疗的尝试似乎未成功，这使同行的科学家并不感到惊讶，他们觉得在现阶段的技术水平上对他的试验保持乐观是没有希望的。

然而柯兰的研究工作指明了基因治疗的将来努力的方面。骨髓以外能被基因转移操纵的器官是肠子、皮肤和粘膜；所有的基因都来自于细胞，并在细胞生存期间继续重复。虽然还有很多问题还有待克服，特别是注入外来基因后的控制，但是在这一领域进行研究的科学家很少有人否认基因疗法是可行的。

当受精卵还在单细胞阶段，要矫正人的遗传缺陷是极不可能的（这虽然在理论上是理想的）。注入单个的卵，然后再移植的成功机会是非常少的，更不用说识别这一阶段的缺陷了。农业给新的遗传工程提供了更广阔的应用天地。虽然这一工作还在初期阶段，但有各种迹象表明能提高主要作物的产量。最实际的想法要求改变或替换单个基因。比如，引起制造一些主要的光合作用酶的基因可以由能产生更有效的酶的被修饰基因所代替。这也能产生高产植株。另一种打算是改变为植物的各种贮存蛋白质编码的基因，使它们产生含有大量氨基酸的蛋白质，氨基酸是人体营养所必需的。更非凡的建议是把使细菌可以利用大气中的游离态氮的无数基因转移到缺少这种能力的植物中去。这样使这些植株在不供应肥料的情况下高产。

当然对某些人来说遗传工程技术进入动植物领域是惊慌的原因。特别是改变动物卵和生殖细胞的能力似乎出现了按订单设计人和其它动物的令人恐怖的可能性。幸而这一技术在医学和农业上的应用似乎比产生许多无畏的勇士和驯服的奴隶所需要的详细控制更实用。然而历史必然能说明如果科学的进展有导致灾难的可能性，那么这种可能性最终将实现。

现在限制这些新技术的全部应用的主要问题是把外来基因放入后，对其活动的控制太少。我们并不真的充分知道基因在正常生长和发育中的活动情况，不能设想以任何精确的方法干预那种发育。询问任何从事这一领域研究的科学家关于他们研究的未来应用，他们便强调这一技术还处于初期阶段，还有很多问题有待解决。但是假如现在的试验是为了探索基因控制的奥秘，那么引起牵强附会的可能性是可以存在的。

除了潜在的危险之外，适用于高等生物（包括人）的遗传工程技术对医学和农业保证会有很多好处。选择始终是由我们作出的。

[New Scientist，1932年8月]