检验转化体基因有无变异

外源基因在受体细胞中表达被证实以后，是否可以说大功告成，就此“刀枪入库，马放南山”呢？还不能这样说。原因是，杂种DNA分子在体外构建过程中，以及进入受体细胞以后，其上外源基因的核苷酸总数（基因长度）即使不变，却不能保证每一个碱基都保持原样，也不能保证各个碱基的排列顺序都与原来的别无二致。纵然基因发生最微小的变化（比如原来的A变为G），它所编码的蛋白质大小与原来无异，但蛋白质的性质可能会大相径庭，更不用说碱基排列顺序的变化了。而人类对某些蛋白质的要求又是绝对严格的，因此在某些情况下必须测定在受体细胞中定居的外源基因的核苷酸顺序，确保此顺序与我们所需的完全一致。DNA核苷酸顺序测定技术，是遗传工程的必要手段，此技术虽然创立时间不长，但发展迅速。

这里我们只介绍一种最简便的方法，即DNA链终止测序法，也叫引物延伸法，其名称的含义从下面的介绍中不难体会。此法的要点是，以转化体的一条单链DNA做模板，在测序酶（一种DNA聚合酶）的催化下，利用DNA合成原料（四种脱氧核苷酸，分别简称dA、dT、dC、dG，见前），合成一条与模板互补的新链。合成开始时需要一个人工合成的、与模板的一部分互补的引子（叫作引物），以便同模板的对应部分结合，启始新链的合成。如果在DNA合成原料中掺入双脱氧核苷酸（分别简称ddA、ddT、ddC和ddG），由于假原料同真原料极为相似，故可在合成中起到以假乱真的作用，使测序酶真伪难辨，而误将毒鸩当佳酿，把假原料组进新合成的DNA链，即所谓“假作真时真亦假”。而一旦掺入假原料，由于空间化学的原因，新合成的链便戛然而止，不再延伸，也就是说，DNA链的合成被终止。由于反应体系是由DNA分子群体组成的，所以新合成的DNA链有的是在离起点较近处终止，有的却在较远的彼处，从而形成大小不等、长度彼此连续的各种新链。这样，它们在高压电场中迁移（电泳）时，便会形成连续的电泳带。如前所述，DNA是由dA、dT、dC、dG四种核苷酸组成的，于是我们便可相应于四种原料设置四种反应，在各个反应中分别加入ddA、ddT、ddC、ddG，相应的反应就会分别在新链的理应掺入dA、dT、dC、dG的部位被终止。根据这四种反应电泳带的位置，便能读出DNA核苷酸的顺序。其情形如上页图所示。图中A、G、T、C分别代表测定DNA中dA、dG、dT、dC核苷酸的反应设置，从下向上，核苷酸链的长度逐渐增加，由此测出的核苷酸顺序是TACGCAT。

DNA的核苷酸顺序测定

到此为止，我们可以说基本证明了外源基因在受体细胞中的结构和表达功能。从另一个角度说，就是受体细胞已获得了符合设计要求的新特性。对某些目的而言，研究者到这一步就可以宽慰了。但是谨慎总是不嫌多余的。生物的复杂性使我们不得不想得更远些。例如，在构建杂种DNA时，给、受体双方是人工撮合在一起的，会不会强扭的瓜不甜，经过若干代以后彼此又分道扬镳呢？再者，外源基因在受体细胞中毕竟是“客家人”，它的存在符合人类愿望，但未必对受体生物有利，那么外源基因所编码的蛋白质会不会在合成过程中，或者合成以后，被受体细胞做一些符合自己利益的修正呢？

曾几何时，将胰岛素和生长素基因引入大肠杆菌一事，作为科技界特大新闻而轰动世界，人们充满希望之光，以为这些有限的药物，从此可以靠大肠杆菌发酵而大量生产了。但事与愿违，大肠杆菌合成的这些蛋白质与人体内天然蛋白质有异，这种差异主要是由于大肠杆菌不能对合成的胰岛素等做适合于人所需要的“后修饰”所致，犹如穿着皮鞋跑百米一样，难于取胜，所以尽管氨基酸序列未变，仍不能用作药物。现在，糖尿病的治疗仍然主要靠注射由猪胰腺提取出来的胰岛素。但猪胰岛素也未必很理想，它与人的胰岛素仍有一个氨基酸的差异。我们可以想象，如果能用遗传工程技术，对猪等动物的胰岛素基因进行适合于人的修改，然后再转移到动物的生殖细胞，取代原有基因，这样既有了合适的基因，又有了基因表达的环境，由此抽提出来的胰岛素，可能会更适合人的需要。

致病细菌的抗药性使人类疲于奔命地去寻找新的抗生素，于是抗生素愈来愈多，愈来愈滥，而人类受到的危害也愈来愈重，如果给细菌引入一段DNA片段，破坏其抗药基因，似乎可以一劳永逸。据说，美国耶鲁大学的奥尔特曼（Sidney Altman）实验室在1997年已经解决了这一问题（见美国科学院院报，34卷，8468～8472页），但这项实验是用大肠杆菌做的，虽然原核生物的基因组组成有一些相似性，但某一基因的表现受到多种因素控制，是否可以以不变应万变，植入此基因的细菌能否优势生长，能否传播到其他非植入菌，以及如何应用于人体，都尚需时间验证。可见事情并不像预期的那样简单。遗传工程只有50年左右的历史，不可能顷刻之间圆人类千年梦想。但是这些年来，遗传工程在分子遗传学的促进下获得迅猛发展，显示出其在解决工业、农业、医学和犯罪学诸领域棘手问题的巨大潜力。

曙光初露，前景无限。可以预言，在今后数十年间，遗传工程在创造具有抗盐碱、抗病害等优良特性的农作物方面，在人类疾病的基因治疗和新药创制方面，在食品、纺织、饲料等工业和环境保护方面，都将做出更加卓越的贡献。所以，许多国家都把以遗传工程为枢纽的生物工程作为21世纪初优先发展的高科技领域。