重组DNA技术最初以及传统地应用于微生物，不过科学家们目前正在一种动物与另一种动物以及高等植物间进行基因转移，可以诱导作物表现它们以前从未具有的特性，人类的遗传性疾病也能终将变得可以校正。

甚至在遗传工程革命刚开始时，就有一些人看到其发展前景，并且预测基因操作终将给我们带来有关的动物形态和功能的秘密。只要这些技术只是限于修整细菌和病毒的基因，上述想法可能作为狂热的牵强附会被消除，然而几年来旨在把遗传工程技术扩展到更为复杂的高等动植物细胞的研究已经开始有了成果，科学家们目前能把很大范围的一批基因转入培养的动物细胞中。更令人瞩目的是许多研究小组已经把外源基因插入到小鼠卵细胞，再使卵发育成在其所有细胞中都携带有新基因的成鼠，并能把这新基因传递给它们的子代。

最近加利福尼亚大学的马丁 · 克莱因（Martin Cline）博士试图用遗传工程去处理地中海贫血症（一种致命的影响血液的遗传病），上述的技术发展在医学上的应用成了报纸上的大新闻。可以改变动植物遗传学的前景引起夹杂有希望和关切的反应。它为难于治疗的遗传病提供“基因治疗”的可能性，并且可提供高效、抗病的作物以供养全世界的人类。可是作为一种对于遗传控制和人体模式的可怕的偏离，它又受到批评。不过最近研究的主要目的就是要找到可以控制基因的途径。

想把一个新的基因（实际上这就是一小片段DNA）插入高等生物DNA中的任何人会面临下述问题：首先他必须获得所需基因的纯化了的复本；然后他必须使此基因进入新细胞的核内；进核后这基因还必须整合进细胞自身的DNA中。高等生物的DNA被分隔成许多分散的称为染色体的单位，一个外源基因要正常地发挥功能，它需要与特定的染色体相结合，并在此染色体的特定位点上进行整合。最后一个问题就是要诱导基因在其新的环境中正常的工作。

应用七十年代期间发展的技术就能获得纯化的基因复本，这些技术构成细菌遗传工程的基础。用一些能在特定位点切割DNA的特殊的酶（称为限制酶），就可从一种适当的细胞DNA中剪切出所需要的基因，如果需要可将此基因插入细菌或病毒DNA中，并使它们增殖更多的含有这基因的DNA片段复本，然后再用限制酶从细菌或病毒DNA中把此基因移出来，这时就能获得大量的用以插入新细胞的纯化了的基因。

另一种显得更为可行的手段是把DNA的组成单位核苷酸按正常顺序经化学连接成小片段，再由此合成基因。这种基因合成技术目前是如此先进，以致市场上有着一些在适当编制程序后能帮助做这项工作的自动机械。因此尽管用这种方法合成的DNA片段长度及其所含有的遗传信息目前还很有限，大量合成任何需要的基因的可能性肯定已经显露，这种技术提供了可全合成自然界并不存在的新基因的令人神往的前景。然而合成能执行有意义功能的新基因仍将是一项巨大的挑战。

不论用什么方法提供基因复本，下一个问题是把基因送入细胞核，最直接和最简便的方法之一是用极其纤细的注射器把DNA直接注射入核内。犹他大学的马里乌 · 坎佩蔡（Mario Capecchi）以及美国心肺和血液研究所的W. 弗伦奇 · 安德森（W. French Anderson）于1979年试图获得这项技术成果。

他们俩人将一个决定一种称为胸苷激酶（它涉及DNA的一种组成物的产生）的酶的基因注射入培养的本身不能产生此酶的小鼠细胞，然后把注射后的细胞放到一种缺乏胸苷激酶的细胞不能生长的培养基上，注射过的细胞中有一些能生长的事实表明：注入后的基因正在这些细胞核内工作，产生出胸苷激酶。以后的实验已经指出：当纯化了的基因被注射入细胞核后，它们常常能整合进染色体，并能在细胞分裂时传递许多细胞世代。

把外源基因移入细胞核的另一种办法是把病毒DNA当作一种特洛伊木马^◆使用。病毒能把其自身DNA插入被它们感染的细胞，而其中插入有病毒DNA的细胞就叫做“转化”细胞。在转化细胞中病毒DNA可以安置下来，在每次细胞分裂前与细胞自身的DNA一起复制。大约两年前，遗传工程的先驱者之一，斯坦福大学的保罗 · 伯格（Paul Berg）将一个外源基因插入病毒DNA，然后让此病毒去感染培养的动物细胞。他发现由此种被修饰过的病毒所转化的细胞确能产生外源基因所编码的蛋白质。有时病毒ONA能带着外源基因稳定地整合进寄主细胞DNA。

用病毒把新基因引入动物或植物细胞还有些问题，例如在很多场合，病毒的存在可最终杀死细胞。针对这些问题，伯格小组把病毒DNA予以修饰，使之保持其把外源基因引入寄主细胞DNA的能力，但是不再对细胞产生致死的感染作用。

还可以用其它几种方法以把外源基因引入细胞核，最普通的一个方法只是简便地把它加入到用磷酸钙从溶液中沉淀出来的培养细胞DNA中。在这样的条件下，一些外源DNA可被细胞所摄取，其中一小部分最终能到达核内，此种技术比直接注射或利用病毒效率低得多，但却具有技术上更为简便的长处。

不管用什么方法把外源基因导入细胞核，似乎一到核内，有些DNA将能自动地整合进染色体，不过此时在什么地方发生整合，或者有多少基因拷贝能整合还很难予以控制。

这些技术发展背后的主要目的是要研究基因的活性是怎样被控制的。在人体那样复杂的有机体中，每个细胞含有同样的遗传信息，一个肌肉细胞和一个脑神经元含有绝对相同的基因，但是它们的外形却十分不同，并且执行着十分不同的功能。细胞分化必然是这样完成的：只有那些为特定的细胞功能所必需的基因才能在该种细胞中有活性。这种基因活性的控制是怎样产生的？它是现代生物学的最大挑战之一。

科学家们想利用遗传工程把基因插入外源环境然后看它怎样行动。例如为了能进行特殊调节，基因是否必须被整合到一个特定染色体的特殊位点？当基因插入到它在其里面无活性的细胞时是否能被合适控制？另一种应用是鉴定靠近基因并且控制基因活性的DNA区域。几个研究小组把不同的DNA片段附到基因上，然后检查当把它们放回到细胞染色体中时，它们对基因活性的影响。希望这些实验将能鉴定出基因周围的必需的控制区域，以及阐明细胞内环境对基因活性的重要性。

导入活体动物的新基因

虽然通过把新基因导入培养细胞能了解到许多有关基因控制的知识，不过最现实的途径则是把基因加到活的动物中去。

最近几个研究小组，包括牛津大学动物学系的弗兰克林 · 康斯坦丁（Franklin Constantini）和伊丽莎白 · 莱塞（Elizabeth Lacy）已经能做到这一点。他们从小鼠中取出新受精的卵，然后把一个编码称为心血红蛋白的蛋白质的基因注射到核内，这个基因并不取自另_只小鼠，而是来自兔子。在经过剧烈的注射操作后，约有一半的卵可以存活，它们又被移回到小鼠的输卵管，使之继续发育。

康斯坦丁和莱赛希望外加的兔子基因能在每次细胞分裂前与正常的小鼠DNA一起复制，其结果在成鼠的所有细胞中都含有外源基因。他们牺牲了一些幼鼠，检查它们的肝细胞DNA，几只小鼠确实携有外源基因，不过每个细胞中的基因拷贝数目的控制较差，其数目变化自1个到20多个不等。

由小鼠细胞DNA的进一步分析证实新基因已经完全整合入小鼠染色体，令人感兴趣的是新基因几乎总是整合到一条特定的染色体上。

但是这种外源基因在新的环境中能工作吗？俄亥俄大学的托马斯 · 瓦格纳（Thomas Wagner）研究小组做了类似于康斯坦丁和莱赛所做过的那些实验，但是这个小组还注视小鼠中出现的兔子β - 血红蛋白，β - 血红蛋白是红细胞中的血红蛋白质的一部分，它负责运送氧气至身体各部。如果外源基因能正常地工作，那么可在小鼠红细胞中辨认出β - 血红蛋白。瓦格纳及其同事精确地看到这一情况，由于兔子的β - 血红蛋白与小鼠的稍有不同，因此当它在小鼠中存在时，能鉴别出来。

这些结果阐明当外源基因插入活的动物体时是能工作的，通过研究胚胎发育期间外源基因的控制，有可能更多地了解细胞分化过程中基因活性的调节作用。

特别重要的是：康斯坦丁和瓦格纳俩人把他们的经遗传修饰的小鼠与正常小鼠交配后，发现外源基因能传递给其子代。通过把外源基因整合进小鼠种质系，他们已经阐明了永久改变活体动物的遗传组成的可行性，同时也提醒人们注意到这种研究的可能的更多危险性。

在这些动物研究中选择β - 血红蛋白基因，部分地是由可能的医学用途所决定的，为了校正人体细胞群中的遗传缺陷，这些细胞必须在其生活周期中有着某些能活跃地繁殖的阶段，这是因为只可能把极小部分改变了的细胞插入人体内，然后这些细胞还必须能通过随后的分裂而扩散到整个细胞群。所有血细胞均来自骨髓“干”细胞中的分裂旺盛的细胞群，这就使以血细胞异常为特征的遗传病似乎最适于用基因治疗来处理。特别是存在许多由缺陷基因产生的异常血红蛋白分子所造成的遗传病，它们中包括镰形细胞贫血症（这种病实际上局限于黑人中）以及地中海贫血症（此病在地中海居民中较为常见）。

加利福尼亚的马丁 · 克莱因由于试图用遗传工程去医治两名患有β°地中海贫血症的病人而声名狼藉，此种疾病是由一个有缺陷的决定β - 血红蛋白的基因所造成的，克莱因从病人骨髓中取出一些细胞，并试图把一个正常的β - 血红蛋白基因插进这些细胞，与β - 血红蛋白基因一起，他还插进了另一个来自病毒的基因。他打算让后者使改变了的细胞较之未改变的骨髓细胞能更有效地繁殖，然后把这些修饰过的细胞再注射进患者体内，希望他们能产生含有正常血红蛋白的正常红细胞。

事后的争论由这种治疗本身所引起的并不多，倒是因为克莱因进行的工作没有得到各种伦理委员会的必要的允许，他的基因治疗的试B似乎并未成功，这一点并不使这一领域中的科学家们奇怪，因为他们觉得就这种技术的当时情况来看，他的实验是无法乐观的。

不过，克莱因的工作指明了基因治疗的未来努力的方向。可用基因转移进行操作的器官除骨髓外，还有肠道、皮肤以及粘膜，它们都是起源于在整个一生都能继续复制的干细胞。虽然仍有无数问题有待克服，特别是有关外源基因插入后的控制问题，但是在此领域工作的科学家没有几个否定基因治疗的可行性。

人体遗传缺陷不大可能在受精卵仍停留在单细胞阶段时被校正，且不说在这阶段检测缺陷的问题，能成功地注射以农随后再移植个别卵的机会之低是很不令人满意的。

农业提供了新的遗传工程的范围。虽然这工作还处于早期阶段，为增加重要作物的生产效率有着许多设想，最实际的想法要求修饰或置换单个基因，例如决定某些光合作用中的关键酶的基因可以被能产生更有效的酶的修饰过的基因所取代，随之即能产生更高产的植物。另一个想法是改变编码植物中各种贮藏蛋白的基因，以致使它们能产生含有更高比例的为人类营养所必需的氨基酸的蛋白质。更为雄心勃勃的是这样一个计划：能使细菌利用大气中的游离氮的许多基因转移到缺乏这种能力的植物中去，以使这些植物无需补充肥料就能高产。

对某些人来说，遗传工程技术在动植物中的进展引起了恐慌，特别是能干预动物卵和生殖细胞中的基因似乎开创了设计人体与其它指定的动物的极其可怕的可能性。幸亏该项技术在农业和医学上的应用似乎更为实际，并不是需要产生 - 群大胆的武士或温驯的奴隶的周密的控制。不过历史倾向于认为：如果一种科学进步有着导致危险的可能性，那么此种可能性最终将得以实现。

限制所有这些新技术应用的主要问题是：目前对外源基因被插入后其活性的控制还很差。此外，我们还不能确切地足够地了解有关正常生长发育期间的基因活性，以便能用正确的方法去充分干预发育。询问在这领域中工作的任何一个科学家有关他们的研究的未来用途，他们将会强调这项工艺技术的极其初级的状态以及有待克服的各种问题。但是可以指出今天的实验是打算解开基因控制之谜，其成功能很好地带来在影响所及范围内的更为令人信服的可能性。

可以应用到高等生物（包括人体）的遗传工程技术的发展，将会和潜在的危险一起许诺出大量的医学和农业裨益，当然与通常一样其选择在于我们自己。

[New Scientist，1982年8月]

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* 传说中古希腊时代用以内藏士兵以混进特洛伊城的木马。——译注