目前，用遗传工程的技术使细胞已生产出人胰岛素和干扰素；而在不久的将来，它们也许还能提供能源、药物、食品——甚至将有助于采矿业。

从外表上看，美国宾夕法尼亚大学实验室里鼠的唯一奇特现象是它们的体型特别大：有些甚至相当于正常鼠的两倍。然而，从内部来看，这种鼠在其遗传结构方面却出现了微小但又极明显的“差错”。一只鼠的每个细胞中均携带着家鼠生长激素基因，并且都能通过遗传工程新技术加以插入。在上述技术能适用于鼠基因与家鼠基因的融合之前的很长一个时期内，即从人类在大约1万年以前首次驯化动物和植物以来，人们就一直在“篡改”着基因。从自然界所存在着的广泛的选择机会中，人们可挑选和培育符合自己愿望的具有较高利用价值的优良品质的动物和植物：产奶多的乳牛，具有浓密羊毛的绵羊，每个花梗上结有数量众多且饱满麦粒的小麦品种。目前，生物工艺学家每天仍在遗传水平上进行着类似的选择。只不过他们不再是从植物和动物的整体上进行挑选，而是在个别基因中进行选择、目前已能把与产生某一特定的化学物质——如生长激素——有关的单个基因，从其所处的正常环境中“取出”并插入到异源细胞中去。而在那异常的环境中，该基因仍能表现自己的特性。其结果：导致治疗以前难以对付的那些疾病的新方法，改革生产能源和药物的工艺，提供获得营养价值大为提高的食品的新来源以及可望找到开采矿物和金属的更为有效的方法。

酶学的惊人发展。自从美国加利福尼亚的两位研究人员斯坦利 · 科恩（Stanley Cohen）和H · 博耶（Herbert Boyer）在1973年完善了供“纂改”DNA用的一项新技术后，生物技术得到了迅速的发展，DNA是一种携带控制着生物生长和发育具体指令的生物大分子，以长链状或环状的形式存在。根据生物种类的不同，每个ONA分子上分布着几百个或数千个基因，每个基因都在某种特定蛋白质的合成方面起着作用。科恩和博耶所取得的重大突破是由于他们发现了两种能改变不同基因之间相互关系的酶：一种是能在特定的部位切断DNA的限制性内切酶，另一种则是能用来连接一些以前毫不相干的DNA片段的遗传胶粘剂——DNA连接酶。一旦经连接酶连接在一起，这些基因便被称为“重组”。

常见的做法是将DNA片段连接到细菌的质粒上去。质粒是在绝大多数细菌细胞内游离的一种不重要的环状DNA小浮体，并且是异源基因的一种理想载体。新基因一经插入细菌质粒，便可通过其本身的遗传密码的作用，而将细菌改造成为合成某种特定蛋白质的“工厂”。细菌将合成其本身无法加以利用的生物大分子——例如胰岛素。最近，更多的“纂改”方法已经试验以期达到相同，的目的。像光谱学等新技术已被用来分析有价值的人类基因的精细结构；随后科学家便能在细菌中找到相似的基因并尝试将其修饰成一个精确的“拷贝”。另有一些研究人员则使用电子计算机制造能插入细菌质粒的基因。这种“微型工厂”可通过上述任何一种方法而建立。随着细菌的分裂和增殖，含有异源基因的质粒数亦增加。被建立的能合成某种药物的“工厂”数目是无限的。

值得重视的一个实例是所有糖尿病患者必不可少的激素——胰岛素。直到目前为止，糖尿病患者所需的胰岛素的唯一来源是牛和猪屠宰后获得的膜脏。然而，糖尿病患者人数的增长远比通常人口的增长要更为迅速；并且由于可供屠宰牲畜的数目有限，所以使得胰岛素的供应受到了严重的限制。此外，动物胰岛素是一种虽然很接近但又与人胰岛素并不完全相同的不完美的替代物。患者对异源生物大分子产生过敏反应的可能性是始终存在的。这种过敏反应在使用高纯度的猪胰岛素时是极为罕见的，但在使用牛胰岛素时则普遍发生。

专家们期望能通过DNA重组技术合成胰岛素，如同“Eli Lilly and Co. ”公司出售的葎草素，将克服上述潜在的危险。通过一种插入的人胰岛素基因而在细菌细胞内进行胰岛素的合成。由美国匹兹堡大学医学院P · 费曼（Philip Fireman）所从事的初步研究结果表明，在细菌细胞中合成的人胰岛素引起糖尿病患者过敏反应的几率，很可能比动物胰岛素要小些。可能还有一个附带的优点，据Lilly公司的高级临床药理学家J · 加洛（John Gallo）认为，人胰岛素的药效将比动物性替代物要更快些。

某些科学家认为，最终可能证实细菌合成的胰岛素是廉价的。虽然目前采用重组技术所生产的胰岛素要比牛、猪胰岛素更昂贵些，然而一旦细菌“工厂”的工艺得到完善，它们将能提供无限而又经济实惠的药物来源。人胰岛素只不过是成为商品的细菌生产的第一种生物大分子、其余的暂未登台亮相。

这项技术的另一个特别有前途的应用领域是合成人类干扰素，干扰素被认为是机体抵御病毒感染的第一道屏障的一类生物大分子。天然干扰素很难分离，并且无法获得足够多的数量以供广大患者使用6但是使用这种宝贵的天然惠赠物所进行的试验结果表明，干扰素在治疗乳腺癌和肾癌、肝炎、脑瘤、慢性白血病、多发性硬化症、带状疱疹及感冒方面可能都起着某种作用。任何由病毒引起的疾病，都可以用干扰素加以预防或治疗。

用DNA重组技术来改进干扰素的生产、这是在目前调查中引起热烈讨论的主题，以在生物技术方面从事开拓性研究工作而闻名的美国加利福尼亚“Genentech”公司的R · 希兹曼（Ronald Hitzeman）最近用酵母菌取代细菌携带人类基因，通过重组技术生产干扰素。他指出，“酵母菌是种微妙的生物，它能将其合成的产物，透过细胞壁分泌到周围的培养基中。而人们实验所常用的并且在重组实验中仍然获得好评的大肠杆菌，则不向细胞外分泌自己所合成的药物，于是人们就得设法除去细菌的细胞壁，使得它能将合成的特定蛋白质释放出来。”不幸的是，在去除细胞壁后常常会导致细胞溶解。科学家所获得的只是一种含有干扰素和细菌细胞碎片的混合液，因此使他们不得不进行提纯以得到该药物。

来自重组DNA实验室的另一种有前途的物质是人类生长激素，它是由脑垂体分泌的。这种激素分泌不足将导致人长得特别矮小。研究人员希望能通过给患儿提供该激素以达到矫正的目的。美国旧金山的加利福尼亚大学S · 卡帕兰（Selna Kaplan）主持了全国范围的用重组技术生产的人生长激素治疗患有该种激素缺乏症儿童的临床试验。在一年中曾对22名患儿进行了治疗。他指出，目前，这些患儿的生长率比治疗前要提高2.5倍，用重组技术合成的人生长激素的生物学效应与由人脑垂体分泌的生长激素是相似的。

生长激素实际上涉及到机体的多种机能。动物试验结果表明，该激素的速效性亦能通过刺激骨的生成，给患有骨脆病的患者带来好处。此外，来自一项非常有限的研究表明，生长激素还可提高严重烧伤患者的保氮能力，并有助于组织的蛋白质代谢。在用于上述两种病例时必须使用大剂量，约为用于生长激素缺乏症患者的10倍。卡帕兰指出，有些研究人员甚至认为人生长激素可能还有益于中、老年人，但这种设想眼下根本无法进行试验。

对大多数酶的制备来说，使用常规技术只能获得微量的成品，而用生物工程技术则能获得数量大得多而且很可能是极纯的产品。Genentech公司已成功地从大肠杆菌中制取了两种物质——尿激酶和TPA。这两种生物大分子能溶解将导致肺栓塞和力衰竭的血块，尿激酶已被选用于治疗血栓静脉炎，但在这之前它是稀有且昂贵的，因为它来自于人尿并来自培养的人臂细胞。

兽医学亦可受益于DNA重组技术。生物技术已生产了若干种新疫苗，包括对付口蹄疫及常常是致命而又极其传染力的一种小牛腹泻的疫苗。这个研究领域最终将改善我们的食品供应，因为它将促进有关食品的生产。例如，通过DNA重组技术加以生产的牛生长激素可增加泌乳量，据美国康奈尔大学的研究人员报告，接受上述激素的母牛的产乳量可提高12%。接受该激素的母牛虽然摄食较少的饲料但可产出较多的牛奶。而且重要的是，这种牛奶的品质与未接受该激素的母牛所产生奶是相同的。已经调查，用重组DNA技术制备的牛生长激素不仅对母牛是安全的，而且对饮用由这种母牛所产生奶的人们来说也是安全的。

我们同样亦可设想给我们的细菌插入一种能产生肌蛋白的基因。于是，我们所得到的不只是一种奇特的生物分子，而且是吃起来像肉味的一大块细菌制品。细菌将能比牛或猪更快地生产出大量的动物蛋白，而且在这一生产过程中，仅消费那些对人类营养价值小得多的“食品”。

通过将新基因插入植物而不是细菌，科学家可以提高水果和蔬菜的食用价值。在美国加利福尼亚的帕萨迪纳，科学家正在着手进行能提高马铃薯蛋白质含量的基因的插入工作。

遗传工程产品的市场事实上似乎是无限的。研究人员计划让细菌生产大量的天然气的主要成分——甲烷的设想是可能实现的。可推测，经精巧技艺制造的细菌将能在把石油压出岩层方面发挥作用，结果便导致较高百分率的石油喷出地面。在欧洲，荷兰皇家壳牌石油公司通过向油井中泵入海水以开采那些仅靠天然压力已无法获得的石油。该公司试图找到这样一种微生物，当其置于海水时能正常生存和增殖，经泵入含此种微生物的海水后，便使岩层内压力甚至比光泵入海水更高。DNA重组技术可望帮助制造出具有这种能力的细菌。

美国田纳西州橡树岭国立实验室的E · 格林巴姆（Elias Greenbaum）指望能利用DNA重组技术制造出能有效地将水分解成氢和氧的藻类。

在任何一种已知的燃料中，氢所含的能量最高，并且鉴于它是一种气体，故可通过我们现有的天然气输送管道系统进行输送。氢的另一个较大的优点是，当它燃烧后只生成水。

格林巴姆预言，如果人们能了解和确定可催化氢生成的这种氢化酶基因的密码，则可培育一些氢和氧生成量得到增加的遗传工程生物。这项工作在不久的将来便可进行。

由于重组技术的迅速发展及其似乎是无限的潜力，使得人们容易忽略分子生物学的同样也取得显著成功的其它几个领域。

单克隆抗体有朝一日可能成为医学武库中一种最有威力的武器，它是非常特殊的抗病分子，目前产生于人工培育的杂交细胞。这种眼下尚处在发展初期的生物分子起着重建机体抗体－抗原反应的作用，是人体免疫系统的柱石。

抗原可以是进入个体的任何一种物质、它能在被称为淋巴细胞的特化细胞群中诱致特定抗体的产生。抗体在抗原出现时便发动攻击使之失效。如果对某些抗原敏感的淋巴细胞被移出机体并与鼠癌细胞融合（这一过程仅涉及到在聚二醇类中进行两个不同类型细胞的融合）。这种新融合的细胞便被称为杂交瘤，它们将旺盛地生长和分裂。每个杂交瘤能产生大量的单克隆抗体，正好对付原来的抗原。

Techniclone公司董事长R · 伦达克（Robert Lundak）最近通过培育人细胞系改进了这项技术，以供人－人杂交瘤使用。他指出，如果人们打算生产一种用于人类疾病诊断和治疗的抗体，那就会面临使用鼠细胞系所带来的麻烦、鼠细胞系将向人们提供一种偏鼠型抗体，而这种抗体会被人体免疫系统视为“异物”。人－人杂交瘤的一大优点是，它们所产生的抗体精确无误地与在人血单位中发现的抗体相似。

来源于鼠细胞系的单克隆抗体目前已使用于临床诊断。把生产出的能与病毒抗原——乙型肝炎病毒相互作用的上述抗体，同被怀疑患有这种疾病的患者血液相混合。如果这种单克隆遇到病毒蛋白质并与之反应，则会在溶液中出现复杂的沉淀物，这就表明病人的血里含有病原体——病毒。随着人－人杂交瘤研究的进展，用单克隆治疗疾病将成为一种具有现实和令人感兴趣的可能性9对一个被某种病毒所感染的患者，可给予专门对付这种病毒的单克隆抗体。或者，这种抗体可直接作为抵御某一特定抗原的药物。

生物工艺学的潜力是巨大的，该研究领域的著名科学家，美国亚利桑那州塔克森的Vega生物技术公司的创办人L · 贝尔斯托（Leon Barstow）认为，在不久的将来，我们甚至将可看到成功地制造出一种能解决诸如空气与水污染等环境保护难题的新型微生物。也许，微生物能把无法进行生物降能的污染物转化为无污染的物质。

但是这些未来的效益必然伴随着人们所公认的一些附带难题。幸运的是，研究人员目前已使人们确信，这种事故发生的危险性比人们所想象的要少得多。通过艰苦的努力，携带着重组DNA的细菌细胞不仅能保持其活力而且亦易于控制。

也许这种现实的危险是来自对这些技术有意的而不是偶然的误用。最近，一个研究小组采取行动呼吁美国国立健康研究院禁止有关人员将政府拨款用于发展DNA重组生物武器，但遭到了拒绝。尽管存在着这样的危险，但生物技术的进展无疑将加快。除了能获得新的药物及经济效益外，这些新技术还对基础研究领域具有极大的价值。将一个家鼠基因插入一只鼠体内也许并不会使任何人变得健康或富裕，但从某种意义上说，它几乎将使我们了解到有关这些基因的机能和相互作用的更多情况。

[Science Digest，1983年3月]