生物化学科技的发展

生物化学科技的发展

最近几十年生物科技有了很大的发展，生物学家已经弄清了遗传物质的基础，基因的分子结构，就是DNA（脱氧核糖核酸）的双螺旋结构。他们正不断研究生物科技，希望能够改善人类的生活。另外，生物学家们更利用这种技术，创造了人工合成蛋白质及人工合成核糖核酸，又利用了基因的技术治疗一些从前认为是不治之症。在植物方面，生物学家改变植物本身的基因，注入其他的基因，从而改良了植物的品种，使植物的疾病逐步消除，并结合其他优良的品种，造福人类。同时，为了治疗不育之症，生物学家利用胚胎移植，发明了试管婴儿技术，帮助很多渴望有孩子而不能成孕的夫妇。

中国自20世纪50年代以来，生物技术亦取得了相当显著的发展，在人和动物的胚胎培育方面取得了新成果，亦已经达到世界先进的水平。现在，从中国所发明的人工合成的蛋白质技术、人工合成脱氧核糖核酸技术、基因治疗、植物的基因重组、试管婴儿等方面，说明中国生物科技的发展。

一、最早人工合成蛋白质

1965年9月17日，中国科学家人工合成了结晶牛胰岛素，这是世界上最早用人工方法合成的蛋白质。胰岛素是在胰脏中叫做胰岛的内分泌组织所分泌出来的激素，有将葡萄糖变化成肝糖的功能，所以被尊为治疗糖尿病的特效药。胰岛素是简单的蛋白质，人工合成胰岛素就是人工合成蛋白质。由于从猪或牛的胰脏中抽取的胰岛素与人体胰岛素结构上稍有不同，若长期服用的话，会引起副作用。因此可知，基因重组是解决问题的方法。胰岛素的分子量是5750个。每个分子有两条氨基酸组成的链条：一条叫α链，由21个氨基酸组成；一条叫β链，由30个氨基酸组成。要想人工合成的话，首先要把氨基酸按照一定的次序顺序连结起来，制成像天然胰岛素一样的两条链，然后再把两条α、β链接合在一起，这是一项十分艰巨而复杂的工作。

1958年，中国科学院上海生物化学研究所、上海有机化学研究所和北京大学化学系等单位的科技工作者合作，向人工合成胰岛素进军，他们从天然胰岛素的拆合开始，经过六年零九个月的不懈努力，最后实现了全合成。经过晶体结构测定，证明它具有天然胰岛素一样的生命活力和同样的物理、化学性质。

现在，人体胰岛素的大量生产已有两种方法在实用中，其中一种是基因重组（基因重组人体胰岛素），于1977年，由美国的亚瑟·李戈与板仓盛壹两位博士所开发的。还有一种是用化学变化猪的胰岛素的化学变换人体胰岛素，丹麦的酵素制造商挪博公司已开始制造。

1977年末，美国加利福尼亚大学和霍普市医学中心的研究者用化学法合成了脑激素基因，具有42个核酸，他们将这个人工合成的激素基因，用基因工程方法转移到大肠杆菌中，获得了基因表达，首次用大肠杆菌生产出了人脑激素。后来，他们又将人工合成胰岛素基因转移到大肠杆菌中制造人的胰岛素，现已成为商业化产品进入市场。

人工合成胰岛素的成功，将促进复杂蛋白质的人工合成，并为合成核酸积累了经验，从而为人工合成生命物质开拓了道路。这项重大成果标志着人类在认识生命、揭示生命奥秘的历程中迈出了关键性的一步，引起了世界科学界的极大震动。

二、最早人工合成核糖核酸

中国人工合成的酵母丙氨酸转移核糖核酸，是世界上最早用人工方法合成而具有与天然分子相同化学结构和完整生物活性的核糖核酸。它除了含有天然分子所含有的四种常见核酸外，还含有全部七种稀有的核酸；具有接受丙氨酸的活力和将丙氨酸掺入蛋白质中去的活力，合成的产率和得率也较高。

从1968年起，中国科学工作者开始人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸的研究。这种核糖核酸由76个核酸组成，其中除了四种常见的核酸外，还有七种稀有的核酸。经过千百次的探寻和摸索，科学工作者终于自行制出了11种核酸、近十种核糖核酸工具和有关的化学试剂等，并采取有机化学和促合成的方法，把核酸连接成小片段，然后分别接成含有35和41个核酸的两个半分子。1981年11月20日完成了最后的合成，以后又进行了五次重复合成试验，均获得了成功。

1970年，外国学者柯拉那等人合成了第一个基因－酵母丙氨酸转移核糖核酸；以后，1975年玻伊尔等人合成了乳糖操纵基因；1979年柯拉那等人合成了更大的酪氨酸转移核糖核酸的基因。

生物的遗传特征则主要由核酸所决定。没有核酸和蛋白质，就没有生命。1965年，中国曾人工全合成结晶牛胰岛素，这次又人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸（核酸的一种），标志着人类在探索生命科学的道路上，又迈出了重要的一步。

三、乙型肝炎病毒表面抗原的基因工程

截至1988年底，乙型肝炎患病率在中国各种传染病中居第一位，每年新发生乙型肝炎患病人约100万，全国有近1．2亿人携带乙型肝炎病毒。乙型肝炎的治疗尚没有特效药，预防的有效方法是注射疫苗。国内当时使用的国产血源疫苗，由于受到血源限制，产量不足，远远不能满足需要。

乙型肝炎的传染源是乙型肝炎病毒（HBV）。患者的血液中会出现完整的病毒颗粒，并会出现表面抗原蛋白构成的颗粒。将由患者血液中分离得到的表面抗原颗粒给黑猩猩或自愿者注射后，能产生抗体。它能有效地预防乙型肝炎病毒的感染。根据表面抗原蛋白的免疫血清型，乙型肝炎病毒可分成ADW、AYW、ADR、AYR四种主要亚型。ADW和AYW亚型的HBV基因组DNA，已分别由美国和法国科学家克隆成功，测定了其DNA的全顺序。ADYW混合亚型也已有英国科学家克隆成功，测定了部分顺序。

美国在1982年已使ADW亚型表面抗原基因在酵母中表达获得成功。得到的产物是由表面抗原蛋白构成的表面抗原颗粒。使得生产酵母作为HBV表面抗原疫苗的希望大增。

1982年，中国预防医学科学院病毒所以任贵方研究员为首的科研组，开始采用基因工程技术研制高纯、高效的乙型肝炎疫苗。经过七年艰苦努力，科研组培养出产量达到每升培养液含乙型肝炎病毒表面抗原5～7．5毫克的高产细胞系。经检测，该细胞系无任何微生物污染，完全符合世界卫生组织关于应用传代细胞生产乙型肝炎疫苗的要求。为应付大规模生产的需要，任贵方等又在卫生部长春生物制品研究所和中国药品生物制品检定所协助下，建立了乙型肝炎基因工程疫苗实验室纯化流程，并获得高纯度、免疫原性良好的试验用疫苗。

1988年7月下旬，84名儿童接种该疫苗，无任何不良反应。三个月后检测，这些儿童全部也产生抗体，免疫效果明显高于接种血源疫苗的对照组，达到国际上同类产品的先进水平，成为国内第一个具备进入中试生产条件的基因工程疫苗制品。

四、异基因骨髓移植治疗白血病及基因治疗

北京医学院血液病研究所与北医附属人民医院在兄弟单位的密切协助下，为一位急性单核细胞白血病女青年移植了异基因骨髓。随后一年半，患者情况仍良好。所移植的骨髓已完全代替了患者的造血组织。这是中国移植骨髓持续植活的第一例，目前第二例也成功了，是一个12岁的急性白血病儿童。

白血病是血液系统恶性肿瘤。异基因骨髓移植治疗白血病的过程是：先采用一般化学治疗，使患者缓解，然后采用非常大剂量的化学治疗和全身照射，消灭患者体内残存的白血病细胞；同时，患者体内的正常造血组织与免疫组织也非常严重地被破坏。随后，再输入相当量的经过配型合适的供者骨髓。经过约三周的造血与免疫严重抑制阶段后，患者的造血与免疫功能便逐渐恢复。上述女性患者的供者是其胞兄。移植后患者的红细胞血型，同工与染色体核型皆完全而持续地呈供者类型，患者骨髓细胞与淋巴细胞中的染色体已不是原先的XX核型，而是呈XY核型。第二例的各项指针也符合持续植活标准。

另外，在1980年，美国加州大学的马丁·克来因教授等对地中海贫血症的病人所施行的基因治疗。这种病是因为不能顺利制造在红血球中运送氧气的血红素（Haemoglobin）所引起的，会导致发育障碍、贫血等，如不接受频繁的输血，就有许多在幼儿期死亡的病例。克来因教授是从病人抽出制造红血球的骨髓细胞，在成为病因的有缺陷基因中，编入正常的基因，而从病毒抽出可促其增殖的别种基因，也同时编入有缺陷的基因内，然后把这个重新组合的基因送回病人体内。他的构思是，如果基因正常有强增殖力的造血细胞渐渐增加的话，就可制造血红素，于是没法治好的病也能根治。

五、基因在植物中表达

1988年5月，一种带有人的基因序列的烟草植株在中国科学院遗传研究所遗传操作室培育成功。这是世界上第一次实现人的基因在植物中表达，也是第一例产生人体蛋白的转化植株。这项植物遗传工程研究中的突破性成果，是24岁的研究生陈炬在导师李向辉研究员的指导完成的。

在几乎所有的脊椎动物中，都存在着干扰素基因，它是一类具有高活性、多功能的诱生蛋白，对正常细胞影响不大，却能有选择地对异常细胞起作用。当病毒感染时，可以使细胞有效地抵抗病毒。科学家的试验也证明，干扰素同样能够使植物具有抗病毒的作用。但是，人的干扰素的抗病毒作用在植物中的表达却成为世界性的难题，虽然国际上一些实验室进行了人的干扰素基因转化植物的研究，然而一直没有成功。

从1986年起，陈炬经过两年努力，组建了含有人的干扰素的嵌合分子，成功地在它导入烟草细胞，并获得了新的烟草植株。测试结果发现，在烟草植株中存在人的基因序列以及基因产生的干扰素。

这一项研究成果意味着，人类有可能通过基因工程技术培育出抗某些植物病毒的新品种，进而制造含有人体蛋白的食物，同时还可以通过植物来生产廉价的干扰素。

1974年，米歇尔等在烟草中使用了两种缺陷型样本，一种为叶绿素缺陷型，该型的细胞再生植株为白化苗不能成活；另一种为在光照条件下不能生长的光敏感突变型，证明只有真正的杂种细胞才能再生具有叶绿素和非光敏感的正常植株。

1960年，默里首先运用组织培养法再生兰花成功，开创了细胞组织培养技术先例，并在欧美、东南亚和我国台湾等地区形成了兰花工业的这一新型产业。我国在香水石竺方面也达到了从一个茎尖繁殖10万株幼苗的世界先进水平。许多经济植物如甘蔗、柑橘、草莓等，在国内外均已取得重大进展。

1973年谢帕发现，由烟草原生质体再生的无性群体，未经任何处理也会产生色斑突变型，并通过有性生殖能传递给后代。另外，他在马铃薯原生质再生的植株中，观察到不仅突变型与亲本植株差异悬殊，而且突变类型也异彩纷呈。这大体可分为两类：一是亲本型的畸形株染色体数目变异甚大；二是突变株染色体数目不变，但对马铃薯晚疫病的抗性明显高于亲本型，并能稳定遗传。

六、胚胎移植技术

采用体外受精的方法，使妇女输卵管内发生的自然受精过程，在玻璃器血中（试管中）进行；然后用人工方法将受精卵长成的胚胎植入子宫，从而取代了性交、输卵管受精和自然植入子宫的过程，以这种方式生下的婴儿称为“试管婴儿”。

体外受精的婴儿以试管婴儿之名曾使全世界都吃了一惊。那是1978年的事情，由英国的生殖生物学者爱德华以及腹腔镜权威斯铁普特两位博士所完成。在人的体外受精、胚胎移植成功之前，是经过基础技术之累积的。许久以前由家畜的人工授精开始，发现了可以诱发排卵的生殖腺刺激荷尔蒙，便得一次能排好多个卵子。再加上对于精子的适应现象的完成或是尖体反应之研究，体外受精技术已经成为万无一失了。

人的体外受精和胚胎移植之过程可分为八个阶段：①卵巢内之卵细胞控制；②采卵（一面用腹腔镜看，一面用采卵针吸引）；③卵的成熟培养（5～6小时）；④精子之处理；⑤受精；⑥受精卵之培养；⑦胚胎的移植；⑧黄期体之控制（为使胎盘之发育能完全）。

胚胎之移植，是用探针来进行，插入后必须保持24小时的安静。胚胎的移植技术已在畜生方面实用化，经过兔子、绵羊、山羊、猪的实验阶段，于1951年成功地进行牛的人工受胎，同时，能够多胎生产优良的牛仔。有关牛的体外受精也于1982年在美国研究成功，而日本则于1984年作成山羊的体外受精。

中国第一例试管婴儿，于1988年3月10日在北京医科大学第三附属医院诞生。这是一个健康的女婴，体重3900克，身长52厘米。其母郑某是一位小学教师，因双侧输卵管阻塞，结婚二十年一直未孕。1987年6月24日，北医大三院妇产科教授张丽珠和北医大基础医学部副教授刘斌，为郑某以手术取出卵子，用其夫的精子在体外受精成功。两天后，培养成活的胚胎卵又被移植到郑某的子宫内，以后整个妊娠过程正常。

此外，人类的体外授精是由英国的爱德华在1965至1966年首次完成，但直到1978年7月25日，才有世界第一个试管婴儿在英国诞生下来。接着于1980年6月23日，在澳洲也诞生了一位试管婴儿。美国的第一位试管婴儿1981年12月28日才诞生，从此试管婴儿的操作技术一直不断的改变更新，成功率显著提高。

中国在50多年之内，生物技术得到世界的认同，有辉煌的成绩。无论在动物或植物的研究都非常成功，大大改善了很多本身存着的问题，令许多从前没法完成的科学技术的问题也能够解决。

中国发明了人工合成蛋白质和人工合成核糖核酸，使医学界解决了缺乏真正的蛋白质和核糖核酸的问题，能够帮助更多有需要的病人。在基因治疗方面，很多癌症如血癌也能够利用基因治疗完全治疗好，解决了癌症病人需要接受化疗之苦，大大增加痊愈的机会。乙型肝炎的疫苗造福大量人民，减低人民患上乙型肝炎的机会。在植物方面，基因的排列和注射异基因使植物能够更强健，除去本身的疾病，并且会生产一些巨大的植物，帮助农业的发展。不育的问题亦因生物科技的发展而得到解决，一枝试管便是细胞分裂的地方，很多不育夫妇亦因此而能够生育下一代。

随着经济情况的改善，国家应该投入更多资源，发展一些更高的科学技术。同时，加强与先进国家技术合作交流，培养科研大军，使我国能够达到及超过其他国家的水平。