DNA与DNA重组技术生物能够传宗接代,生生不息,全仰仗细胞内的特殊法宝遗传密码——DNA。DNA又是怎样被发现,遗传密码又是怎样被破译的呢?
早在1868年,瑞士科学家米歇尔从外科绷带的脓细胞中发现一种酸性的有机化合物。由于它在细胞核内,且带有很强的酸性,所以米歇尔给它起名为“核酸”。
20世纪初,德国化学家克塞尔对核进行水解,发现它是由4种碱基组成的化合物。接着,克塞尔的学生莱文仔细研究核酸的组成,发现它有两种:一种是核糖核酸,又名RNA;另一种比核糖核酸少一个氧原子,所以叫脱氧核糖核酸,又名DNA。随后,科学家愈来愈感到生物传宗接代的奥秘主要在细胞核内的脱氧核糖核酸(DNA)里,于是,相继的研究逐步揭开了它的秘密。
1950年,美国查可夫发现,DNA是由4种碱基组成的。它们是:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶,且两两对应的摩尔数相等。1953年,美国生物化学家沃森和英国物理学家克里克用X衍射的方法得到数据,还用示踪原子直接拍摄下DNA的照片,提出了有划时代意义的DNA双螺旋模型结构,从而揭开了生物遗传的奥秘。
沃森和克里克认为细胞的有丝分裂过程,就是DNA的复制过程。当细胞开始分裂时,DNA双螺旋则自动解开成为单链,然后细胞中已经制造好的核苷酸单体按配对原则,对应制造出一条新的互补单链来。打个比方,DNA分子结构的形状就像双扶手螺旋形楼梯,外面的扶手好像两条核苷酸链,榫头就像两个相对应的碱基,当中一级一级的踏板如同氢键。要想再仿造一个完全相同的楼梯,就先把两条扶手拆开,用原材料按原样各造一条,然后对准榫头配成两条双扶手螺旋形楼梯。DNA就按照这个方式,照原样一一地复制。任何生物都是从上代那里得到DNA,所以子代总是和上代有着遗传上的连续性。就像人类,由父母的精子和卵子结合发育而来。精子和卵子中分别携带了父母的一部分基因,所以子女就具有了父母的一些特征。
1956年美国生物化学家康贝格和卡拉等人按照沃森与克里克的模型,人工合成了DNA。1961年,美国另外3位生物化学家用5年的时间编制出地球上一切生物都通用的“密码字典”,从而破译了DNA遗传密码。这再次证明达尔文的进化论的正确——复杂生物是由单细胞生物衍化而来的。
那么人们怎样才能利用基因技术得到想要的产品呢?这就需要利用基因重组技术。所谓基因重组就是将人类所需要的生物基因移植到生物体的DNA上进行重新组合,使生物按人的意愿产生、生长。因此,这项技术也叫基因工程。
1973年,美国生物化学家可恩和博耶首先创立DNA重组技术。20世纪80年代后,这项技术进入实用阶段。它的基本过程是:首先,合成或利用其他方法获得所需的基因,再用内切割酶切取所需基因片段;其次,选择合适的基因载体与上述基因片段结合,借助DNA连接酶联结,重组DNA;再次,选择安全而有效的受体细胞,将组装好的DNA装配到受体细胞内。一般是用大肠杆菌、酵母菌等生命力强,表达基因性能好的细菌。这样,每个细胞就像一座小型工厂那样,源源不断地制造出人类所需的产品。
DNA重组技术已经给人类带来福音。首先,应用在制药工业上,以往一些极难生产的药品,如胰岛素、生长激素、生长抑制素、胸腺素、干扰素、肝炎疫苗等珍贵药物,都可以用DNA重组技术进行生产。不久前,美国科学家还把DNA重组技术应用到工业上,用它培养出工业上有用的各种细菌。如培养分解原油石蜡的细菌,降低油黏度。还有专门生产各种化工原料的细菌,甚至能生产帮助工人采矿的细菌。DNA重组技术在农业上的应用更是和人们日常生活息息相关,能够给我们带来更加健康、美味、方便和有营养的食物,尤其是前所未有的新型食物。基因工程的进一步发展,将使人类有效地定向培育动物、植物和微生物良种。例如培育具有固氮能力而无需施肥的农作物。大家知道,庄稼中只有豆科植物在自己根部开设小型“氮肥厂”——根瘤菌。它能直接把空气中的气态氮固定下来,变成自己所需要的肥料。生物学家正在研究,并准备把豆科植物根瘤菌的基因移植到水稻、小麦、玉米、山芋等作物的细胞内,使这些农作物也各自办起“化肥厂”来,这样就不需要施肥了。这种固氮植物不仅省去大量人力、物力、财力,更为重要的是,它将大幅度减少对生态环境的污染。
当然,我们也要警惕DNA重组技术消极的一面,某些国家已用它来制造生物武器、细菌武器来为战争服务,这是必须反对的。