引 言
最近几年，重组DNA技术业已在全世界从学术环境扩展到工业及医疗实验室。本文讨论将对诊断、治疗感染和遗传性代谢紊乱产生重大影响的一些方面。重组DNA技术在医学中的应用主要有：
（1）对正常和异常细胞功能的遗传基础之阐明。
（2）对现有生物产品的质量控制方法之改进。
（3）最近在疫苗和诊断试剂中所用的产生蛋白抗原的选择方式。
（4）生产精巧的蛋白抗原及原来只能有限量利用的抗原。
（5）克隆在诊断中探测病原体遗传物质的DNA探针。
在其最为广泛的、可看得见摸得着的应用中，遗传工程业已被看作生产疫苗及治疗学所要求的蛋白质的一种便宜手段。但这可能是一种过于狭隘的观点。即使仍然沿用传统生产技术的地方，重组DNA的研究也对增进有关病原生物及具免疫活性成分的分子结构的理解有着极为重要的贡献。一种更详细更有用的质量控制形式也已成为可能的了。专一性抗原（甚至专一性抗原决定基）可以在疫苗或诊断试剂中加以测量。也许在今后几年内影响到医学的最大变化将是引入克隆化的探测病原体或先天性代谢错误的DNA探针。这将对实验设备提出新的要求，也需要配备实验室及训练有素的工作人员，其益处颇大。
科学背景
基因克隆：
重组DNA技术仍处在开发和扩展中。欲对业已取得的进展进行全面正确的评价，那么对在化学、生物化学及遗传学中遗传工程的进展作一番评述是有益的。分子生物学是一门交叉学科，且已经吸引了具有各种各样背景的科学家们。在70年代从科学上而言其进展迅猛异常，紧接着便是工业及商业应用。
虽然没有对在发展重组DNA技术方面具有重要意义的理论进展加以判断作简洁叙述，但可以把这方面的里程碑总结如下：
1943年由阿弗里（Avery）、麦克利德（Mcleod）和麦克卡梯（Mc Carty）所做的证明DNA是有能力改变细菌遗传性的一种遗传分子的实验。
1953年华生（Watson）和克里克（Grick）假定了DNA的一种双螺旋结构。
1963年完全破译遗传密码，（籍三个一组的核苷酸编码一种氨基酸）。
1970年分离出在特定位点切割DNA分子的第一个酶，即通常所说的限制酶。
1972年斯坦佛夫学的科学家利用DNA连接酶和限制酶首先在活体外产生了重组DNA分子。
1978年第一个利用重组DNA技术生产的人激素是生长激素抑制素。
虽然生物化学家和遗传学家们早已认识到了核酸在遗传上的重要性，但是对DNA分子的更为详细的系统研究和控制只是随着发现了被称为限制性核酸内切酶的一类特殊酶之后才成为可能。这些酶能在特殊的核苷酸序列识别并切割DNA分子。限制酶的差异也许是在不同位置识别和裂解DNA，赋予科学家们一把有选择性的“分子剪刀”，把DNA剪为更容易研究的较小的不连续片段。
现在业已鉴定了400多种不同的限制酶。随着酶对DNA分子的两股上的切割，大多数限制性位点是对称的。限制酶所行的裂解可以产生平整末端（blunt end）（如用SmaⅠ）或5'及3'突出的单股末端。注意到由Eco RI业已切割的两个分开的分子将有相同的被称为“粘性末端”的单键突出末端。利用这一单锭DNA区域的天然亲合力，这些互补末端可被退火并加以连接构成一种新的（嵌合）重组DNA分子。
所以重组DNA技术的基本特征是它能使人们在活体外建造新的DNA分子并明确地把遗传信息从一种生物转移到另一种生物。最初的克隆实验是用大肠杆菌作为这种嵌合分子的受体，而现在已可以在一个相当大的范围（细菌、酵母菌、植物细胞和哺乳动物细胞）进行DNA的转移。已经发展出各种各样的特化载体，可以用于业已大大提高和扩大这种新技术之效力和范围的克隆实验。
遗传工程的原理用细菌（如大肠杆菌）最容易加以说明。在细胞内的大部分遗传信息被包含在具有约4×106个碱基对长度的一环形染色体内。这就足够编码几千种通常大小的蛋白质。许多细菌也含有附加遗传成分，如通常所说的质粒，在大小上可能具有几千到6万碱基对。质粒只编码少数几种蛋白质，它们指定必要的质粒复制功能以及增加宿主生存性或致病力的常见的辅助功能。许多对抗菌素、重金属及其他致病因素具有抗性的基因也都包含于质粒，这可能以低拷贝数（1—2个/每个细胞）或高的拷贝数（30个以上/每个细胞）出现，这取决于复制控制的性质。
最常用的质粒PRB322，业已在核苷酸水平上完全特征化了。这一具有4363个碱基对的环状双链DNA质粒携带着负责抗氨苄青霉素和四环素的基因，且具有复制功能。外源DNA可被克隆到该质粒的各个部分而不影响其复制能力。在把重组DNA分子导入宿主细胞之后，由于抗抗菌素基因在质粒的定位而把转化细胞从非转化细胞中挑选出来。每个被转化的细菌都含有一段外源DNA，并且为了进一步分析可以作为个体群落（或克隆）成长起来。
通过把某一生物所有的染色体DNA克隆到大肠杆菌的质粒上就可以建立起一座“基因文库”。细菌（平均基因组大小=4×104个碱基对）的一个基因文库将需要以PRB322为载体的数千卡个不同的重组克隆和1千个碱基对大小的外源DNA插入序列。用一种经特殊修饰过的质粒形式，即通常所说的装配型质粒（cosmid），就可以克隆更大件的DNA（达4万个碱基对），这样的200个装配型质粒的集合体就可以重现一个完整的细菌基因组。哺乳动物的基因组相当大，竟需要具有105—106个独立克隆的一装配型质粒。
由于要产生的并用大基因组加以检验的克隆之数目极为庞大，所以可以优先只从主动表达的基因来建造基因文库。为此目的，用一种被称为cDNA克隆的程序，涉及多聚腺苷酸信使RNA到双链：DNA的酶促转化，随后插入某种细菌质粒。
一旦产生了基因组或cDNA基因库，那么必然要对编码你所感兴趣的蛋白质的个体群落（克隆）加以鉴定；对某些基因而言，这可能是最为困难的一步。鉴定某个克隆有两项基本研究：①在可得到特殊高效价抗血清的地方可用上免疫学技术；②已知蛋白质的部分氨基酸序列的地方，可以合成相应的寡聚核苷酸DNA序列并进行DNA杂交实验。只有含有所愿望基因的细菌克隆才会杂交为合成探针。不巧，遗传密码的“简并性”——据此也许几个不同的三联密码系编码一种氨基酸，意味着DNA序列很大也是可能的，且需要合成全都寡聚核苷酸之混合物。
对那些已知其全部氨基酸序列的小分子蛋白质而言，从化学上合成其整个基因也是可能的。这种研究业已为小肽激素及干扰素的生产所采用。为了进一步加以控制，克隆了的基因必需具备合成DNA并把它参入质粒的能力。
一旦获得了所要的基因的克隆，下一个步骤就是在分子水平上决定它的结构和性质。这方面的突破带来了决定被克隆的插入序列的完整核苷酸顺序的技术上的发展。有了核苷酸序列的知识，就能预测它所编码的蛋白质的氨基酸序列（如果这还尚属未知的话）。这在蛋白质的量还不足以用化学技术决定氨基酸顺序时显得尤为重要。
基因表达
遗传工程的目标在于在大肠杆菌中生产蛋白质。通常为了确保使原先克增的基因出现高水平的表达必需进行许多项选择。对该基因需精确加以修饰并插入表达载体。表达载体含有在大肠杆菌中各mRNA的有效转录所要求的DNA序列。有些载体是为在大肠杆菌中表达真核基因所必需，但对增加质粒基因产物的生产也有益处。虽然大多数表达载体是基于质粒的，但现在也有一些用噬菌体表达载体的例子。
为了达到高水平表达，外源基因必须置于足以让RNA聚合酶辨认的大肠杆菌启动子的控制下。真核启动子在细菌中无活性，所以必须用细菌的调节序列。合成的mRNA也必须有较长的序列以允许核糖体在正：确的位置结合以便启动翻译。如果发生高水平的积累作用，那么结果产生的蛋白质也一定要稳定而不易受蛋白水解作用降解的影响。
虽然在大肠杆菌中基因表达的最优化技术相当先进一一制造的外源蛋白质达细胞全部蛋白质的20%，但有些蛋白质还是难以用这种方法进行生产，也许还得另选宿主。例如，乙型肝炎表面抗原在大肠杆菌中的表达就很不行，而在酵母菌中却高水平表达并能在工程化的哺乳动物细胞系中生产。就这种工作而言哺乳动物细胞作为宿主有着执行翻译后修饰（例如糖基化作用，它对生产生物活性分子也许极端重要）的更大优势。
活的减毒疫苗
用活的（而不是被杀死的）微生物接种的引入是依据下述事实：在某种天然微生物感染之后自愈的人对以后受到同样的微生物的感染一般表现出高水平的免疫力。在宿主体内限制感染使之足以诱导保护性免疫力而不引起大的（值得注意的）临床症状，就能建立这样的减毒品系。大多数活疫苗品系既可以通过广泛培育完全烈性的噬菌体（而不是天然宿主选择的非烈性变体）而得到，也可以通过分离自然发生的相对不致病的品系而得到。这种研究可能带来的问题包括有可能把减毒微生物转化为一种完全烈性的形式，以及在人工条件下培育带来重要的保护性抗原之表达作用之丧失。然而，业已证明话的被毒疫苗非常有效且能提供诱导局部免疫力的额外吸引力。可以利用分子遗传学技术建造很少有可能或根本没有可能转化为烈性形式的减毒微生物。况且，可以把某种病原体的保护性抗原的遗传信息转移到从另一种病原体获得的某减毒品系中，这样就建造了一种有可能是双价的疫苗品系。
总结
传统上疫苗是从生长于发酵罐中的整个微生物（病毒或细菌）制得的，在与佐药混合之前用活疫苗（如果被减毒）或用怒热和化学试剂使之失活的疫苗分装于小瓶内。这样的整个细胞疫苗在引发一种保护性免疫反应方面一直有效，但下一代疫苗要求极高水平的纯度。生产个别蛋白质（不论是用作疫苗或是生物活性蛋白，如干扰素或胰岛素）引进附加设备和技术对药物工业提出了新要求：大于98%的纯度。
建造嵌合（DNA）分子及使遗传因子在种间移动的能力，业已为疫苗和诊断学的发展开拓了新的探索领域。这已发展为一个令人振奋的研究领域；它要求多学科的一个研究队伍去解决蛋白质的结构和构象、微生物致病性与免疫系统等一系列问题。（重组DNA）这种有效的新技术的应用往往由于我们对复杂的生物系统缺乏理解而受到限制：我们只不过对病原体的了解还不够，但我们对这些东西所做出的反应就是系统地设计影响到人类的所有疾病的疫苗。
虽然这项新技术可以作为生产业已用得上的疫苗（如乙型肝炎疫苗）的替换措施，但其最动人心魄的前景在于出现对疟疾之类疾病的疫苗，而这方面现在尚不可能（但最近已有成功的报道——译者注）。
虽然许多新疫苗很可能成为这一新技术之果，但现在市场上仅有少数几种新产品，因为所有新疫苗的生产远比预期的要困难得多。这些新产品的最终成功与否取决于消费者的认可及产品的成本等，而重组DNA技术必然会渗入传统的药物实践中以期达到这一最终目的。
[Med. lab. Sci. Vol. 42 1985]