科技探索之路基础理论和技术的发展催生

　　基因工程是于20世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫DNA重组技术。

资料卡：

科学与技术的关系

在现代社会中，技术上的重大突破往往倚重于科学上的重大创新。我们知道：科学的任务是认识世界，技术的任务是改造世界。技术是从科学到生产的中间环节，是把科学理论转化为生产力的桥梁。技术来源于实践经验的总结和科学原理的指导，特别是现代技术，它往往就是科学的直接应用。因而，一旦技术插上了科学的翅膀，它的进步就更远远超出我们的想象！

　　科学与技术关系密切，技术发明常常源于科学发现。基因工程就是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。

20世纪中叶，基础理论取得了重大突破DNA是遗传物质的证明

年，艾弗里（O.Avery）等人通过不同类型肺炎双球菌的转化实验，不仅证明了生物的遗传物质是DNA，还证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。艾弗里等人的工作可以说是基因工程的先导。

艾弗里

DNA双螺旋结构和中心法则的确立

年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）建立了DNA双螺旋结构模型。年，梅塞尔松（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）用实验证明DNA的半保留复制。随后不久确立的中心法则，解开了DNA复制、转录和翻译过程之谜，阐明了遗传信息流动的方向。

沃森和克里克

遗传密码的破译

年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg）和马太（H.Matthaei）破译编码氨基酸的遗传密码。年，霍拉纳（H.G.Khorana）用实验证实了尼伦伯格提出的遗传密码的存在。这些成果不仅使人们认识到，自然界中从微生物到人类共用一套遗传密码，而且为基因的分离和合成等提供了理论依据。

技术发明使基因工程的实施成为可能基因转移载体的发现

年，罗思（T.F.Roth）和赫林斯基（D.R.Helinski）发现细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移，这一发现为基因转移找到了一种运载工具。

大肠杆菌的质粒

工具酶的发现

年，阿尔伯（W.Arber）、内森斯（D.Nathans）、史密斯（H.C.Smith）在细菌中发现了第一个限制性内切酶（简称限制酶）后，20世纪70年代初相继发现了多种限制酶和连接酶，以及逆转录酶，这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。

DNA合成和测序技术的发明

自年，桑格（F.Sanger）发明氨基酸序列分析技术后，年，科学家又发明了DNA序列分析的方法，为基因序列图的绘制提供了可能，之后，DNA合成仪的问世又为引物、探针和小分子量DNA基因的获得提供了方便。

DNA体外重组的实现

年伯格（P.Berg）首先在体外进行了DNA改造的研究，成功地构建了第一个体外重组DNA分子。

重组DNA表达实验的成功

年，博耶（H.Boyer）和科恩（S.Cohen）选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSCl01，使之与非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中，转录出相应的mRNA。这个实验证明了质粒不仅可以作为基因工程的载体，重组DNA还可以进入受体细胞，外源基因可以在原核细胞中成功表达，并实现物种之间的基因交流。至此，表明基因工程正式问世。

第一例转基因动物问世

年，科学家首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因小鼠。年，科学家又采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因烟草。此后，基因工程进入了迅速发展阶段。

转基因小鼠（右）和普通小鼠

PCR技术的发明

基因工程问世后，年由穆里斯（K.Mullis）发明的PCR技术，使基因工程技术得到了进一步发展和完善。

　　上述仅是简要提及基础理论的突破和技术的创新。科学提供对自然界的说明，技术将科学原理转化为工艺和产品，从而造福于人类。科学、技术、社会的互动，不断调整着人类与自然界的关系，推动着文明的进展。

?基因工程诞生的故事

　　年，科恩在宾夕法尼亚大学获得医学博士学位后，来到了斯坦福大学任教，并选择细菌的抗药性作为自己的研究方向。他和同行们的研究表明，细菌的抗药性基因是由一种称为“质粒”的小型环状DNA分子携带的。质粒DNA分子中有一段被称为“复制区”的序列，控制着质粒的自我复制。

　　年底，科恩所在实验室中的一位实习生发现了一个有意思的现象－质粒的转化，即经过处理的大肠杆菌可以吸收质粒DNA分子，而且可以通过分裂繁殖将这些质粒传递给后代。科恩由此设想，如果质粒的复制区连接上不同的DNA片段，得到的人工质粒DNA分子就可以通过转化进入大肠杆菌细胞，并能够在细胞内复制。

　　同一时期，美国加州大学的博耶（H．Borer）及其同事们，发明了一种通过酶的作用切割和连接DNA分子的技术。

　　年11月，科恩和博耶在美国夏威夷的一次国际研讨会上报道了各自的研究成果。科恩对博耶的工作非常感兴趣，因为这正是他苦苦寻找的方法――把不同质粒DNA分子切割成片段后再重新组合并连接起来。而博耶也意识到自己发现的限制性核酸内切酶可以用来把质粒切割成独特的片段，进而研究其功能。

　　当天晚上，科恩和博耶等人在一个快餐店相聚，科恩向博耶建议两个实验室联手进行重组DNA的实验，博耶欣然同意。两人立即就合作实验的方案进行了详细的讨论，一个伟大的设想就这样诞生了。

　　年春，对科恩和博耶两个研究小组来说，是一个激动人心的季节，因为研究计划的进展比预计的要顺利得多。在从大肠杆菌提纯出第一个重组DNA分子并进行酶切和电泳后，凝胶上整齐排列的发着荧光的DNA条带在清晰地显示，新质粒比原质粒多出一条带，这时博耶和科恩激动万分。重组DNA分子的实验成功了，他们明白这一工作将对整个生物科学产生巨大的影响。

　　同年11月，关于重组DNA技术的论文正式发表，并立即在科学界引起轰动。而在论文发表前，斯坦福大学和加州大学也已联合完成了“重组DNA技术”的专利申请工作。这是一个非常典型的因基础理论研究取得突破后而形成实用新技术的事例，现代生物技术产业也从此萌芽。

本文选自翟贵君老师编写的安达田中校本教材《基因工程读本》，阅读本书内容可长按识别下面的







































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