2015年诺贝尔化学奖，聊聊基因工程那些事

（本文节选自《知识就是力量》杂志2015年9月刊《基因工程——跨越生物种的遗传物质“拼接术”》一文，作者：陈章良）

　　开篇语

　　诺奖委员会7日宣布，瑞典的托马斯-林达尔，美国的保罗-莫德里奇以及土耳其的阿奇兹-桑卡被授予2015年诺贝尔奖，以表彰他们在DNA修复的细胞机制方面的研究，这让人们注意到基因工程这一前沿科技。知力君非常荣幸邀请到了中国科协副主席、书记处书记陈章良，聊一聊基因工程在生活领域的最新应用成果和发展前景。（注：陈章良是我国著名的生物学家之一，也是我国很早的一批转基因科学家。他在分子生物学和农业基因工程等领域都取得了丰硕的科研成果，是我国首位因此获得联合国教科文组织青年科学家奖的人。）

　　1. 基因工程的概念的提出

　　基因工程是20世纪70年代酝酿出的一项新技术。它也被很多人称为生物工程，有些地方（如我国台湾）还称作生命技术。人类发现，通过基因工程我们几乎能跨越物种，实现任一生物基因的改良或转移工作。基因工程自诞生以来，短短的几十年间，已广泛应用于医药、农业、工业、环境等领域，展示出了强大的生命力和广阔的应用前景，它能够使人类未来的生活更加美好。

　　当年，美国有一批科学家率先开始了生物体内基因的拼接工作，并提出了基因工程的概念。它是指人类通过一种像手术刀似的生物酶，将一个生物体内控制遗传性状的某一段基因准确地剪下来，再拼插到另外一个生物体内的DNA中，使得这种生物体有新的遗传性状，这一过程就叫基因工程。整个过程像一个系统工程，但我们肉眼却无法看到酶在工作，虽然它确实能发生。这一发现令人十分激动，人类终于可以切割、拼接DNA了。试想，人类可以拼制出一个新的生物体，这是一件多么神奇又令人惊讶的事啊！

　　2. 医学上基因工程应用捷足先登

　　基因工程最早的商业应用领域是医学。人类最先研究成功的有重大商业价值的是基因工程胰岛素。众所周知，糖尿病患者要定期注射胰岛素。人类最早的胰岛素是从猪、狗等动物胰脏中提取的，过程比较麻烦且研制的药物也很贵。可能很多人会想问，为什么要从动物体内提取胰岛素，能不能用人类自己的胰岛素呢？后来这一设想通过基因工程的方法实现了。

　　基因工程胰岛素疫苗

　　科学家将人的胰岛素基因克隆出来，拼到某种细菌或酵母里。它会不断地繁殖生成更多带有人胰岛素基因的新生物体，再从这些新生物体中将人的胰岛素蛋白质提取出来，制成能注射的胰岛素，这个试验成功后便得到了广泛应用。基因工程胰岛素的诞生，为全世界的糖尿病患者带来了福音。人类终于能用上更安全、更便宜的胰岛素了。

　　此外，基因工程也被用于生产疫苗，这类疫苗目前已在医学上被广泛使用。基因工程生产的疫苗不是来源于整个病毒，只是病毒中的某一段蛋白质。但是，人的免疫系统会把这段蛋白质当成病毒一样来处理，会迅速启动免疫系统攻击它，产生对抗此病毒的抗体。目前国内的乙型肝炎疫苗，基本上都是用基因工程的方法生产的，国内有好几家工厂在生产。我们今后也会针对更多的病毒，生产出更多的基因工程疫苗。

　　3. 基因抗癌药物成新“救星”

　　近几年，基因工程制药业发展得很快，尤其是抗癌的新导向药物。现在国际上广泛使用的此类药物已经超过了20多种，可治疗肝癌、肺癌、直肠癌、乳腺癌等，还有最近才有的治疗皮肤癌的药物。科学家们都在集中精力，研制这些基因工程的抗癌药物。

　　科学家在做基因测序

　　比如基因工程治疗肺癌的药，终于有了一个巨大的突破。这种导向药物注射到肺癌患者体内后，能在肺部识别出肺癌细胞并杀死它，但不会伤害其他正常的细胞。我们称之为基因工程导向药物，它能够像导弹一样专门识别癌细胞，然后再攻击它们。肺癌患者用这种药物替代传统的化疗方式，就能避免掉头发、呕吐、免疫系统损坏、身体机能衰弱等问题。

　　目前，世界上有不少于40种的抗癌症的导向药物正处于临床试验阶段。我们惊喜地发现：人类终于慢慢接近全新的抗癌领域了，即只消灭癌细胞，不损害正常的人体细胞。相信在未来的医药领域，这类基因工程的抗癌药物，将成为全球癌症患者的新“救星”。

　　我曾走访了北京、天津、上海、苏州、无锡、广州、深圳等城市，发现有一大批科学家正夜以继日地做着抗体药物试验。他们在为研制基因工程导向药物而努力。因为癌细胞有不同的类型，每种癌细胞都需要有针对性的抗体来识别它。所以，科学家们只能一个一个地去寻找，一个一个地去攻克。

　　人类的伟大之处在于，在面对疾病时，学会了制药对抗疾病。SARS出现后，我们研制出了SARS疫苗；凶猛的埃博拉病毒也得到了有效控制。我相信有了基因工程后，有朝一日我们也能研制出抗艾滋病的疫苗。

　　基因工程在医药方面得到了有效应用。这个领域，谁先研制出某一药用基因，谁就拥有这个专利，就可以生产这一类医用药物，就能创造出巨大的社会财富。人类的全部基因测序工作已完毕，未来的基因工程制药领域，将会发展得特别快，成为一个重要的高科技领域。

　　4. 工业领域的基因工程

　　现在有个新词叫“生物质能源”，它是一种绿色的新能源。它目前也和基因工程联手了，这也是基因工程在工业领域应用的新表现。

　　所谓基因工程的“生物质能源”就是把一些生物质，如稻草秸秆、玉米秸秆、木薯、甘蔗等，与高效的基因工程细菌一起发酵后制作出燃料乙醇等生物能源。我们知道酒精燃烧后很干净，它是一种绿色能源。巴西是世界上的甘蔗产量大国，那里大部分汽车正使用着甘蔗生产的燃料乙醇，省掉了大量石油能源。

　　基因工程在工业发酵酒精上的应用成效显著，近几年这一领域也发展得越来越快。人们将更合适的基因重组到细菌里，使细菌的发酵效率越来越高，目前这类细菌的菌种是越来越好了。

　　广西的北海市，就建了一个现代化的工厂，专门生产木薯燃料乙醇。它是中粮集团投资建设的。广西目前能生产几十万吨木薯燃料乙醇，这些乙醇在当地的汽车里使用着，也为当地节省了很多汽油。当然，除了酒精以外，我们还生产乙醚、丁醇等工业产品。基因工程在工业上还可以生产一系列的小化工产品，这些产品都具有高附加值，能创造出巨大的社会财富。人类到底能在这条路上走多远，目前还不清楚，这也是极具探索价值的领域。

　　5. 基因工程助力于“环保”

　　培育基因工程菌种

　　目前，在环保领域，基因工程主要应用于城市垃圾清理、城市污水处理方面。城市的餐厨剩余物加入基因工程菌后能更高效地分解这些有机物，处理效果非常好。城市的污水处理中，会有一个大大的处理污水的池子，池中加入一些基因工程的微生物后，它们能更高效地分解污水，净化水质。

　　基因工程在未来环保领域的应用，最终会到什么程度？肯定是会生产出更耐高温、更高效的细菌菌种。因为发酵温度越高，细菌分解城市垃圾和污水的效率就更高，所以这还是值得通过基因工程去研究开拓的，帮助我们进一步提升环保的效率。