基因工程概论

第一章 基因工程概论

19世纪中叶,西方世界普遍信奉“创世说”,相信上帝是世间万物的主宰。英国生物学家C.R.Darwin经过数年的环球考察,提出了著名的进化论,出版了《物种起源》一书。达尔文在书中用大量事实证明了“物竞天择,适者生存”的进化思想。与此同时,德国植物学家M.J.Schleiden和动物学家Theodor Schwann经过多年的研究,发现所有生命组织的基本组成单位都是形态相似、分化不同的细胞,由此创立了细胞学说,促进了“进化论”与“细胞学”的结合,从而将宏观的生命现象带入微观世界,使描述性的生物学发展为实验性的生物学。

伟大的遗传学家G.J.Mendel通过多年的豌豆杂交实验,提出遗传因子假说,认为遗传因子是主宰生命遗传现象的基础。1909年,丹麦生物学家W.Johannsen根据希腊文“给予生命”之义,创造了“gene”(基因)一词,代替了Mendel提出的“遗传因子”。但是他所说的基因并不代表任何具体的物质形态,只是一种抽象的遗传单位或符号。T.H.Morgan经过多年的果蝇杂交研究,将基因与生物体中某一特定的染色体联系起来,提出“连锁遗传规律”,进一步完善和发展了遗传学理论,并于1926年出版了重要的学术专著《基因论》,指出基因是组成物种的独立要素。从此,“基因”便成为遗传学研究的重要内容。

尽管以表型观察、生化鉴定和统计分析为基础的遗传学研究发展迅速,但20世纪中叶的遗传学家们还是开始认识到,仅提出抽象的基因概念和遗传规律并没有揭示基因的物质基础和化学本质,人类依旧无法回答下列基本问题:基因如何复制,借以传宗接代?基因如何表达,方可种瓜得瓜?基因如何突变,才有大千世界?从1928年开始,微生物学家O.T.Avery以有荚膜的S型肺炎双球菌和无荚膜的R型肺炎双球菌为研究对象,开展了长达16年的遗传转化研究。他十分谨慎地提出了“使R型肺炎双球菌发生性状转变的转化因子,可能是基因,或与基因本质一样的物质”的观点,这一观点奠定了遗传物质——基因的化学本质的理论基础。时隔8年之后,M.Delbruck、S.E.Luria和A.Hershey通过同位素标记T2噬菌体的转导实验更为精准地证明了:噬菌体中的遗传物质是DNA,而不是蛋白质。J.D.Watson和F.Crick于20世纪50年代开创性地提出了“DNA的双螺旋结构模型”,成为基因研究发展史上的里程碑。直至20世纪60年代,有关基因属性的核心问题得以基本阐明,揭示基因奥秘的研究与应用开始进入分子生物学时代。

科学与技术历来互促共进,科学为技术的发明与发展提供理论依据,技术为科学的发现与研究提供方法和手段。20世纪70年代初,P.Berg和H.Boyer成功实现了SV-40病毒DNA与噬菌体P22 DNA分子的体外重组。从此人类可将体外重组的DNA分子转化到细菌或其他受体生物细胞中并表达出新的蛋白质,或获得能稳定遗传的新性状,现代生物技术——基因工程技术从此诞生。迄今,以基因工程为主要内容的综合性生物技术已经成为现代生物技术的核心和基础,并已在基因的功能验证、生物的遗传改良与疾病的基因治疗等领域得到广泛的应用,深刻影响着整个生命科学的研究与发展,使生物学从观察性—验证性的科学发展成干涉性—创造性的科学,成为当今科学领域最具影响力的技术之一。