前 言
我在这次演讲中所希望做的是关于生物技术活动的概观，主要展望美国包括研究院和工业实验室的活动。今天在实验室里进行的工作构成该领域的未来。
《新生物技术》论述了遗传学和分子生物学对于传统发酵的应用。遗传学和分子生物学同传统生物技术的结合发起了一场生物学革命。1972~1973年在斯坦福大学和加利福尼亚大学旧金山实验室所取得的DNA重组技术，将工业微生物学推向了新的高度，导致新的生物技术产业在美国及全世界的建立。重组DNA技术、细胞杂交技术、酶工程和蛋白质工程都是生物技术的组成部分，它们正在对医疗保健、诊断学和农业研究产生重大影响，有希望进入能源、采矿、食品和化学等其他工业的应用。新公司投资活动加强，主要用于通过遗传方法而革新。新的公司已在各地登场，如生物化学工程及下游工程。从属产业通过提供设备、物资、信息和交通机械也已在生物技术商品业打下了标记。
到1988年，美国有约440个生物技术公司和65个大型药物、化学和能源企业将其全部或部分资金（每年15~20亿美元）用于生物技术。世界其他国家也已表示出对生物技术的浓厚的商业兴趣。显然，基因工程及其相关技术早已在医药和财政界产生了很大影响，并将改变未来农业和工业的面貌。
疫 苗
采用重组DNA技术已经产生很多病毒蛋白质。这些蛋白质抗原通过克隆和表达编码病毒、细菌和寄生物的表面抗原而制取。市售的第一个亚单位疫苗是酵母产生的乙型肝炎病毒表面抗原疫苗。
疫苗领域的另一个进展包括用遗传上修饰的牛痘病毒DNA离体重组编码致免疫蛋白的基因。牛痘病毒疫苗于1977年消灭了天花。以含有编码乙型肝炎、狂犬病和疟疾的保护性抗原基因的牛痘病毒重组体侵染实验动物，后者已经得到对免疫性试验侵染的抗御性。
诊断学检测、单克隆抗体和DNA探针
诊断领域已经吸引很多生物技术公司作为可能快速进入市场的领域。从1982年以来，市场上出现了新的诊断检测法，主要包括单克隆抗体。单克隆抗体也正被用于蛋白质提纯和治疗。在治疗方面，正在测试单克隆抗体治癌的潜力。正在研究用于癌症原位检测的放射性免疫检测法，并在癌症治疗中试验放射性同位素示踪的单克隆抗体。无标记的单克隆抗体现在被用来逆转洋地黄毒苷的毒性，并显出在败血病、肾移植排斥的逆转、自动免疫疾病的治疗和从骨髓中消除癌细胞的骨髓移植方面有前途。
一些公司还在研究“魔弹”法，此法利用对肿瘤细胞特异的单克隆抗体将毒物或化疗剂带入与肿瘤细胞相关的内部，从而提供一种特殊的、可望杀死肿瘤细胞的安全途径。烈性毒物的使用必须非常慎重地考虑，而最近的试验表明：与毒素结合的单克隆抗体（“免疫毒素”）的活性很弱，因为低于特异性和免疫学的要求。新的诊断检测法使用DNA探针于一种基于DNA同源现象的有效技术中：它们正在与以单克隆抗体为基础的检测法竞争。在非放射性DNA探针的开发中正在进行激烈竞争。到1987年，可用来探测病原性有机体的DNA探针超过50种。
哺乳动物肽
重组DNA的主要进展是在珍稀哺乳动物多肽方面，如激素、酶、抗体和生物学反应调节物。现在正以细胞蛋白质的1~70%的水平和每升10毫克～10克的含量在细菌和酵母中生产哺乳动物肽。早已由美国食品和药物管理局（FDA）批准用于医药的产品有人胰岛素、生长激素、组织胞浆素原活化剂（TPA）、α－干扰素和促红细胞生成素。一些是通过以大大低于用微生物获取的浓度的哺乳动物细胞培养而得到。目前正在研制的产品包括其他干扰素、抗血友病因子（因子Ⅷ）、白细胞介素2和伤口愈合生长因子。
虽然临床试验尚未证实干扰素作为癌症广谱治疗剂有很大希望，但α－干扰素已经FDA批准用于治疗着色性干皮病肉瘤、生殖疣和毛细胞白血病。在与AZT结合治疗丙型肝炎和艾滋病的临床试验中，它正表现出很好的效果。
生物技术产业的一项较大努力是在异常小孩治疗中有直接应用的人体生长激素的生产，起初认为该产品市场小，每年1000万美元，而现在达1亿美元以上。
已批准的吸引力大的多肽之一是TPA，它能溶解人体冠状动脉中的血凝块，有助于快速中止心脏病发作。TPA于1987年下半年投放于市场，以每克2~3万美元出售，相当于每次治疗2200美元。1987年美国销售的10亿美元半物技术产品中，TPA占第一位；第一个全销年（i988），TPA挣了1.5亿美元。
用于血友病的重组因子Ⅷ的临床试验于1989年开始。伤口愈合生长因子具有很大的医药利益。候选者是表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF），衍生血小板的生长因子（PDGF）、转化生长因子α和β（TGF-α和TGF-β）以及似胰岛素生长因子－1（IGF-1）。与癌症化疗结合的粒性白细胞－巨噬细胞群体刺激因子（GM-CSF）表明白血细胞增加以对付由于单独使用抗肿瘤药物而引起的中性白细胞减少。
关于动物多肽，牛生长激素能提高奶牛的泌乳量和饲料效率。就肉牛犊而言，提高生长率和饲料效率。猪生长激素对猪也有类似作用。
重组DNA技术生产更纯的蛋白质，比起传统的蛋白质生产技术经济得多。因此，大量哺乳动物肽已在大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和啤酒酵母中克隆和表达。一些情况下，正常糖基化的蛋白质在碳水化合物部分以外有活性，并能在重组细菌中产生。在一些情况下，糖基化对于稳定性或适当的迭合是必要的（例如促红细胞生成素、人体绒膜促性腺激素），它可由重组酵母、霉菌、昆虫或哺乳动物细胞提供。哺乳动物细胞产生的蛋白质通常由共价结合于天门冬氨酰胺连接的N－乙酰基－D－葡糖胺分子的D－甘露糖而糖基化。木霉以类似方式糖化。有时真菌蛋白质中存在另外的连接于丝氨酸或苏氨酸氧原子上的碳水化合物。虽然人体TPA是糖化的、在哺乳动物细胞中商品化生产，但非糖化的TPA（以大肠杆菌生产）至少在体外完全是有活性的。
化学品、燃料、酶和食品
生物技术对食品、燃料和化学品市场的影响是相当缓慢的，但存在相当多的机会。微生物产生的黄原胶不仅是一种可接受的食品增稠剂，还是最有前途的高价的油回收剂之一。通过向乙硫氨酸抗性突变，甲基营养的假丝酵母的甲硫氨酸含量已显著提高。啤酒酵母和糖化酵母等食品酵母的耐渗透性，经与耐渗透酵母的原生质体融合而获增强。通过原生质体融合在酵母之间转化的其他特性包括絮凝作用、乳糖利用、“灭除剂”特性、纤维二糖发酵和甲硫氨酸过量产生。
啤酒麦芽汁含有降低啤酒滤过率及导致成品中沉淀物和雾霾的大麦3－葡聚糖。将木霉编码内葡聚糖酶的基因转移到啤酒酵母中、该工程酵母菌系有效地水解葡聚糖。采用类似技术已经创生利用淀粉的啤酒酵母菌系和产生低酸度与强香味的葡萄酒酵母菌系。应用重组DNA技术已经改变啤酒酵母，使它们能产生黑曲霉淀粉－转葡糖苷酶，分解轻啤酒生产不能发酵的糊精。已设计出产生一种肠杆菌的乙酰乳酸脱羧酶的葡萄酒酵母。此酶消除了二酮，风味成熟期需要。
利用重组DNA技术已将大肠杆菌转变成优良的乙醇生产者（4%以上，体积比）。单胞发酵菌的乙醇脱氢酶Ⅱ和丙酮酸脱羧酶基因被插入大肠杆菌，并成为辅酶；增殖的优势系统。乙醇占基因工程菌系发酵产品的95%以上。
重组DNA技术正在开辟进入氨基酸生产领域的道路。用具有氨基酸生物合成操纵子的质粒已构建大肠杆菌菌系。棒状杆菌、短杆菌和沙雷氏菌的质粒转化已经完成，因此现在利用重组DNA技术改良这些产生商品氨基酸的菌系。
维生素C合成的新工2包括利用含有棒状杆菌属种类编码2，5－二酮葡糖还原酶的基因的基因工程欧文氏菌菌系。该工程生物将葡萄糖转变成2－酮古洛糖，后者可经酸或碱很容易转变成维生素C。
酶工业大量地涉及重组DNA技术。许多微生物酶已以高于自然产生的数百倍的水平克隆和表达。哺乳动物的凝乳酶（小牛凝乳酶）的克隆使乳酪制造商感兴趣。以重组酶所作乳酪试验业已展现出商品化成功的前景。
农 业
最为众所周知的重组DNA技术在农业中的进展是丁香假单胞菌菌系的培育。该菌系的一种蛋白质——当亲本细菌存在于植株表面时，控制冰成核（进而冻害）——已被消除。将这样的工程菌株喷洒到植物上，可阻止亲本菌系的增殖，该植物在0~-7℃温度下能受到保护。田间试验表明，丁香假单胞菌的“去冰”菌系保护草莓和马铃薯植株抗御冻害是有效的，安全的。
利用重组DNA技术培育植物具有很大意义。在植物分子遗传学中应用最广泛的质粒载体是根癌土壤杆菌的Ti质粒（该细菌是一种植物病原菌，通常以其质粒在双子叶植物上产生褐色瘿瘤）。细菌基因已被插入Ti质粒，并在植物细胞培养物及其再生的植株中表达。当诱瘤基因从Ti质粒除去，该质粒仍可转入植物细胞。
编码苏芸金杆菌各菌系的晶体蛋白质杀虫毒素的基因已被克隆和表达。将苏芸金杆菌库斯塔基变种晶体蛋白基因插入松癌土壤杆菌Ti质粒，然后转化番茄细胞，该基因在番茄细胞中表达，已经产生抗鳞翅目昆虫的转基因番茄植株。这些细胞形成的植株已经在田间试验，发现已增强抗虫性和提高产量。对于烟草植株已进行类似操作。食叶昆虫（例如烟草天蛾幼虫）停止取食，几天后死去。
一种提供抗除草剂绿磺酮的沙门氏菌突变基因已经转入烟草植株，使烟草具有抗性。重组DNA技术还使番茄、烟草、棉花和杨产生对草甘膦的抗性。通过从抗莠去津的玉米导入谷光甘肽－S－转移酶基因已经产生抗莠去津的烟草植株。将吸水链霉菌中使天然产物乙酰化的基因导入烟草、马铃薯和番茄，已经获得烟草和马铃薯对除草剂磷蓖麻碱的抗性；早期田间试验已经成功。
研究人员将一细菌基因成功地导入了主要农作物大豆。虽然根癌土壤杆菌在大豆上不生瘤，但其Ti质粒于WS5年转入大豆。通过筛选大豆品种和根癌杆菌菌系，研究人员已能构建含有突变的矮牵牛EPSP合酶基因（它产生对草甘膦的抗性）的大豆。
Ti质粒将基因转入单子叶植物的能力差，但最近报道石刁柏、薯蓣和玉米取得一些成功。正在研究将外源DNA导入植物细胞的可替代方法来解决这个问题，这些方法包括：（1）电穿刺。植物原生质体受到电流影响，形成易消失的膜孔，DNA能通过这些孔进入：（2）与植物原生质体一起的DNA简单培养；（3）微注射将DNA直接注入植物细胞原生质体的核中。就单子叶植物而言，原生质体再生成完整植株尚不是普遍有效。但玉米和水稻最近已取得一些进展。
通过插入病毒外壳蛋白基因，产生了抗病毒的烟草和番茄植株。烟草花叶病毒和苜蓿花叶病毒的外壳蛋白基因的表达、使转基因烟草和番茄植株免受各自病毒的侵害。TMV的外壳蛋白还保护种植于大田的番茄抗御番茄花叶病毒（TOMV）。
农业生物技术的应用还有相当一段距离，也许三年或更长，因为需要多年的田间试验。
结束语
在农业领域，公众舆论（在很多情况下，经危言耸听者和反技术团体过分鼓动）有重要的影响。最少担心的基因工程微生物之一“去冰细菌”的田间试验，由公众讨论和议会拖延了4年。所有混乱澄清以后发现该菌是安全有效的。目前，美国政府各部门（农业部、食品和药物管理局、环境保护局）以及各州正试图提出遗传改变的微生物和植物的发放准则。转基因植物试验在没有太多犹豫地继续，1989年美国进行了48项田间试验。但基因工程微生物试验的批准进程现在很慢，也许在联邦和州政府准则颁布后将加快步伐。
一般应用研究在美国很少得到资助。政府觉得这个领域是工业范畴，不必资助。这种态度如果不改变，美国生物技术公司将继续缺乏适用的大学生，缺乏新技术，缺乏可用于这些公司发展的理想。
台湾MSG工厂已取得很大成功，并在朝其他物质（如赖氨酸和抗生素）发展。台湾没有理由不能成为向世界其他地区供应抗生素的领先者。我认为除了成功地生产低价药品以外，你们还将确保把资源用于高价化学品。你们正进入头孢霉菌素领域。还有不少其他贵重药物。你们的眼光应盯在能够制造并作为药物出售的产品上。在美国这是很有利可图的；这些药物的生产将来可能^台湾一项非常振奋人心和有益的发展。在头孢霉菌素C领域有几个酶促机会。这些可能取代昂贵和污染的化合物转化工序。蛋白质工程的一个令人兴奋的候选者是脱醋酸基头孢霉菌素C合酶成扩展酶的基因，这种酶将青霉素C的噻唑烷环扩展成脱醋酸基头孢霉菌素C的二氢噻嗪环。扩展酶可能能够取代廉价青霉素向昂贵的头孢霉菌素的化学环扩展，唯一的难题是天然酶对青霉素G或青霉素V（两者均为由青霉菌产生的廉价青霉素）不发生作用。台湾一些年轻人将从事蛋白质工程研究，例如将那种酶改变成可接受青霉素G作为底物的酶。台湾仍未赶上的工作之一是筛选，不光抗生素，而且筛选新的酶抑制剂和新药剂。全世界多数公司参与其中，很有活力。台湾应立即着手，改变这种状况。
[Proceedings of the National Science Council，Part B：Life Sciences，1991年，第15卷第1期］