附:
21世紀，高科技發展的熱點之壹是現代生物技術中的基因工程。基因工程有狹義和廣義之分:狹義的基因工程就是基因工程；廣義的基因工程是指壹切能夠改變生物遺傳性狀的技術。基因工程始於20世紀70年代。首先，分子生物學家研究並掌握了遺傳物質脫氧核糖核酸(DNA)的分割和拼接技術，然後它被應用到各個方面。通過這項技術，細菌可以產生胰島素和人體生長激素，提高奶牛的產奶量，還可以將抗病蟲害的特殊基因註入到土豆、玉米、棉花等作物中。近年來，醫學界治愈了幾種可能致人死亡的酶缺乏癥(幾種遺傳病)，幾乎每周都能找到導致某些疾病的基因...生物技術正以令人眩暈的速度和令人難以置信的方式改變著世界。以1996獲得諾貝爾獎的萊斯大學化學家羅伯特·柯爾說:“這個世紀是物理和化學的世紀，但下壹個世紀顯然將是生物學的世紀。”
認知基因
將外源遺傳物質人工轉移給受體生物，以獲得新的遺傳特性，稱為基因工程。基因工程是分子水平上的基因工程，是指將來自不同生物的基因(稱為目的基因)與具有自主復制能力的載體DNA在體外人工連接，構建新的重組DNA，然後送到受體生物體內進行繁殖和表達，從而實現遺傳物質和性狀的轉移和重組。為了區別於壹般的基因工程，現在普遍使用基因工程這個術語，也叫基因操作、基因克隆與增殖、重組DNA技術。基因工程的主要程序包括目的基因的獲得、載體的選擇、限制性內切酶和其他酶系統的選擇、體外重組體的構建和轉化以及目的基因在受體細胞中的增殖和表達。
到底什麽是“基因”？
現在我們常見的“基因”這個詞就是從“基因”音譯過來的。基因最初被稱為遺傳因子，這個概念由來已久。比如斯潘塞的“生理單位”，達爾文的“微芽”，魏斯曼的“定子”，都是早期遺傳因素的假說，試圖解釋世代間性狀的遺傳機制。
1865年，原奧地利天主教神父、遺傳學家約翰·格雷戈爾·孟德爾(1822-1884)總結了生殖細胞成熟過程中遺傳因子的概念和兩個遺傳規律，即孟德爾因子和孟德爾定律。他發現了遺傳基因的原理，總結了分離和自由組合的規律，為遺傳學提供了數學基礎，創立了孟德爾學派，從而成為“遺傳學之父”。
“基因”最早是由丹麥植物學家、遺傳學家魏·約翰遜1909提出來表達孟德爾的“遺傳因子”概念的。從1910到20世紀30年代，美國人托馬斯·亨特·摩爾根(1866-1945)等人不僅證明了孟德爾定律的正確性，發現了基因連鎖交換表現形式及其染色體機制，還證實了壹個由來已久的猜想，即借助於顯微鏡，他闡述了基因變異和遺傳的染色體機制，並將其概括為基因學說。
然而，當時人們還沒有搞清楚什麽是基因。自20世紀40年代以來，遺傳學的研究逐漸上升到分子水平。20世紀40-60年代，經過許多科學家的實驗研究，確認了基因的化學組成主要是DNA，明確了DNA的雙螺旋結構和DNA雙鏈之間堿基互補配對的原理。只是在後來的研究中，人們才越來越清楚地了解“基因”及其在遺傳中的作用。
基因是具有遺傳效應的DNA分子片段，存在於染色體上，在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過復制將遺傳信息傳遞給下壹代，還可以將遺傳信息表達出來，即遺傳信息以壹定的方式反映在蛋白質的分子結構中，使後代表現出與父母相似的性狀。
根據遺傳學研究，壹般認為壹條染色體只含有壹條DNA雙螺旋；如果染色體分裂成兩個染色單體，那麽每個染色單體包含壹個DNA雙螺旋。但是染色體的寬度比DNA雙鏈的寬度大得多，染色體的長度比DNA雙鏈的長度短得多。據統計，人類染色體的總長度不到半毫米，而DNA分子的總長度可達數米，所以染色體中的雙鏈DNA總是扭曲變形，呈高度彎曲狀態。
染色體中高度卷曲的DNA分子是非常長的雙鏈，最短的DNA分子也含有大約4000個核苷酸對，最長的含有大約40億個。壹個DNA分子可以看作是許多片段的集合，這些片段壹般互不重疊，每個片段大約有500-6000個核苷酸對。這樣的片段就是基因。
那麽，壹個基因的內部結構是怎樣的，科學家又是如何確定的呢？
事實上，在遺傳學發展的早期，“基因”只是壹個邏輯推理的概念，而不是壹個被證明的物質和結構。20世紀30年代，證明了基因在染色體上呈直線排列，於是人們認為基因是染色體上的遺傳單位。隨著分子遺傳學的發展，Watson和Crick在1953提出DNA的雙螺旋結構後，普遍認為基因是DNA的片段，基因的化學性質被確定。大多數生物的基因是由DNA組成的，DNA是染色體的主要化學成分。大多數真核細胞中的DNA由雙鏈多核苷酸和單鏈組成。每條DNA鏈由許多單核苷酸通過磷酸二酯鍵相互連接而成；但這兩條鏈是根據基於其堿基成分的互補規則分別配對結合的，即腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)由兩個氫鍵連接，鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)由三個氫鍵連接，形成雙螺旋梯形結構，故稱為DNA雙螺旋。20世紀60年代，本茨提出基因具有壹定的內部結構，可以分為三個不同的單位:突變體、轉座子和順反式。DNA分子上的壹個堿基變化就能引起基因突變，所以可以視為突變體；兩個堿基之間可以發生互換，可視為壹個互換體；順反子是具有特定功能的核苷酸序列，作為功能單位的基因應該是順反子。所以，從分子層面來說，基因是DNA分子的壹個片段，通過轉錄和翻譯可以合成壹條完整的多肽鏈。但通過最近的研究，科學家認為這個結論並不全面，因為有些基因在RNA轉錄後並不翻譯成蛋白質。此外，還有壹類基因，如操縱基因，既沒有轉錄產物，也沒有翻譯產物，只是控制和操縱基因活動。尤其是近年來，科學家發現DNA分子上有相當多的片段，只是某些堿基的簡單重復。這種沒有遺傳信息的堿基片段在真核生物中可以很大，甚至達到50%以上。目前，這些重復堿基片段在DNA分子中的功能還不完全清楚。有人推測它可能具有調節某些基因活動和穩定染色體結構的功能，其真實功能還有待研究。因此，目前壹些遺傳學家認為，基因應被視為對DNA分子具有特定功能(或壹定遺傳效應)的核苷酸序列。
基因的結構有以下特點:
1)基因是結構單位，不能通過交換分離。交換只能發生在基因之間，不能發生在基因之間。2)基因是壹個突變單位。壹個基因可以從壹種等位基因形式變成另壹種，但是在基因內部沒有更小的單位可以改變。3)基因是壹個作用單位，可以產生特定的表型效應，基因的部分，如果有的話，是不能起作用的。4)染色體是基因的載體。染色體的存在使得等位基因可以有規律地分離，非等位基因可以相互重組。
基因的功能
基因具有控制遺傳性狀和調節活性的功能。基因通過復制將遺傳信息傳遞給下壹代，通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物個體性狀的表現。基因也可以通過控制結構蛋白的組成來直接控制生物性狀。
生物體細胞的DNA分子中有許多基因，但並非每個基因的所有特征都顯示出來。甚至同壹人體不同組織的細胞，如肌肉細胞、肝細胞、骨細胞、神經細胞、紅細胞、胃粘膜細胞等，都是從同壹個受精卵發育分化而來的。它們的細胞形狀都不壹樣。為什麽會這樣？事實證明，細胞核中的基因在細胞的生命中並不總是活躍的。它們中的壹些處於轉錄狀態，即活性狀態。這個時候基因是開啟的，有的處於非轉錄狀態，也就是基因是關閉的。在生物的不同發育階段，基因活動是不同的，基因活動有嚴格的程序。基因活動的嚴格程序是生命周期穩定性的基礎。不同生物因其細胞內基因獨特的活性調控而表現出不同的形態特征。
那麽，基因是如何決定性狀的呢？
生物的所有遺傳性狀都是由基因控制的，但基因不等於性狀，從基因型到表現型(性狀)需要壹系列的發展過程。基因控制生物性狀主要有兩種方式。壹種是通過控制酶的合成來控制生物性狀。這是因為基因控制的生物性狀必須經過壹系列的代謝過程，而代謝過程的每壹步都離不開酶的催化，所以基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制個體性狀的表現。另壹種方式是基因通過控制結構蛋白的組成直接控制生物體的形狀。蛋白質多肽鏈中的氨基酸序列是由基因控制的。如果控制蛋白質的基因中DNA的堿基發生變化，信使RNA上相應的堿基就會發生變化，從而導致蛋白質的結構變異。
此外，遺傳性狀的表達不僅受內部基因控制，還受外部花莖條件的制約。因此，不同基因型的個體在不同的環境條件下會產生不同的表型，甚至相同基因型的個體在不同的環境條件下也會產生不同的表型。換句話說，表現型是基因型和環境相互作用的結果。
世界生物技術發展的新動向
基因治療
隨著人類對基因研究的深入，發現很多疾病都是由基因結構和功能的改變引起的。科學家不僅會發現缺陷基因，還會掌握如何診斷、修復、治療和預防，這是生物技術發展的前沿。這壹成果將給人類健康和生活帶來不可估量的好處。
所謂基因治療，是指利用基因工程技術，將正常基因轉入疾病患者的細胞內，替換患病基因，從而表達缺失的產物，或者通過關閉或減少異常表達的基因，達到治療某些遺傳性疾病的目的。目前已發現6500多種遺傳病，其中約3000種由單基因缺陷引起。因此，遺傳病是基因治療的主要對象。
1990在美國進行了第壹次基因治療。當時，兩個4歲和9歲的女孩由於體內缺乏腺苷脫氨酶，患上了嚴重的聯合免疫缺陷。科學家對它們進行了基因治療，並取得了成功。這項開創性的工作標誌著基因治療從實驗研究向臨床實驗的過渡。1991年，我國首例血友病B基因治療臨床試驗也獲得成功。
基因治療的最新進展是基因槍技術即將用於基因治療。該方法是通過改良的基因槍技術將特定的DNA導入小鼠的肌肉、肝臟、脾臟、腸道和皮膚中，並獲得成功表達。這壹成功預示著未來人們可能利用基因槍將藥物輸送到人體特定部位，而不是傳統的疫苗接種，利用基因槍技術治療遺傳性疾病。目前，科學家正在研究胎兒基因療法。如果目前的實驗療效得到進壹步證實，就有可能將胎兒基因治療擴展到其他遺傳病，從而阻止遺傳病新生兒的出生，從根本上提高後代的健康水平。
基因工程藥物研究
基因工程藥物是重組DNA的表達產物。從廣義上講，任何在藥物生產過程中涉及到基因工程的東西都可以成為基因工程藥物。這壹領域的研究具有非常誘人的前景。
基因工程藥物的研發已經從胰島素、人生長激素、促紅細胞生成素等蛋白質藥物的分子蛋白，轉向尋找更小分子的蛋白質藥物。這是因為蛋白質的分子壹般比較大，不容易穿過細胞膜，從而影響其藥理作用，而小分子藥物在這方面優勢明顯。另壹方面，治療疾病的思路拓寬了，從單純的藥物治療，發展到利用基因工程技術或基因本身作為治療手段。
現在，還有壹個問題需要大家註意，就是很多過去被攻克的傳染病，因為細菌的耐藥性而卷土重來。其中最值得註意的是肺結核。根據世界衛生組織，已經出現了全球性的結核病危機。原本即將被消滅的結核病又死灰復燃，出現了多種耐藥結核病。據統計，全球有654.38+0.722億人感染結核病，每年新增結核病患者900萬人，約300萬人死於結核病，相當於每654.38+00秒就有壹人死於結核病。科學家還指出，未來數百人感染細菌性疾病將無藥可治，同時病毒性疾病越來越多，防不勝防。然而與此同時，科學家們也在探索應對的方法。他們在人體、昆蟲和植物種子中發現了壹些小分子抗菌肽。它們的分子量不到4000，只有30多個氨基酸。它們具有強大的殺滅病原微生物的生命力，能殺滅細菌、病菌、真菌等病原微生物，有可能成為新壹代“超級抗生素”。除了用它來開發新的抗生素，這種小分子肽還可以用於農業，培育抗病作物的新品種。
加快培育農作物新品種
科學家在利用基因工程技術改良作物方面取得了巨大進展，壹場新的綠色革命即將到來。這場新的綠色革命的壹個顯著特征是生物技術、農業、食品和醫藥行業將融合在壹起。
上世紀五六十年代，由於雜交品種的普及，化肥使用量的增加，灌溉面積的擴大，農作物產量翻了壹番，也就是大家所說的“綠色革命”。然而，壹些研究人員認為，這些方法很難進壹步大幅提高作物產量。
基因技術的突破使科學家能夠以傳統育種專家無法想象的方式改良作物。比如基因技術可以讓作物自己釋放農藥，可以在旱地或者鹽堿地種植作物，或者生產出更有營養的食物。科學家們仍在開發可以生產疫苗的作物和可以預防疾病的食品。
基因技術也大大縮短了開發新作物品種的時間。用傳統的育種方法，培育壹個新的植物品種需要七八年的時間。基因工程技術使研究人員能夠將任何基因註入植物，培育出壹種全新的農作物品種，時間縮短了壹半。
雖然第壹批基因工程作物品種五年前才進入市場，但今年美國種植的玉米、大豆和棉花中，有壹半將使用基因工程培育的種子。預計未來5年，美國轉基因農產品和食品的市場規模將從今年的40億美元擴大到200億美元，20年後達到750億美元。壹些專家預測，“到下世紀初，很可能美國的每壹種食物都會含有壹點基因工程。”
盡管很多人，尤其是歐洲國家的消費者對轉基因農產品心存疑慮，但專家指出，通過基因工程改良農作物勢在必行。這主要是因為全球人口的壓力越來越大。專家估計，未來40年，全球人口將比現在增加壹半，因此糧食產量需要增加75%。此外，人口老齡化給醫療系統帶來越來越大的壓力，因此有必要開發能夠增強人體健康的食品。
加速培育新的作物品種也是第三世界發展中國家發展生物技術的共同目標。我國農業生物技術的研究和應用已經廣泛開展，並取得了顯著的效益。
分子進化工程的研究。
分子進化工程是繼蛋白質工程之後的第三代基因工程。它通過對試管中以核酸為主的多分子系統施加選擇壓力，模擬自然界中生物的進化，從而達到創造新基因、新蛋白質的目的。
這需要三個步驟，即擴增、突變和選擇。擴增是為了獲得提取的遺傳信息DNA片段的大量拷貝；突變是在基因層面施加壓力，使DNA片段上的堿基發生突變，為選擇和進化提供原材料；選擇是在表型水平上通過適者生存和淘汰不適合者來固定變異。這三個過程緊密相連，缺壹不可。
現在，科學家利用這種方法，在試管中通過定向進化獲得了能夠抑制凝血酶活性的DNA分子。這種DNA具有抗凝血作用，有可能替代溶解血栓的蛋白質藥物治療心肌梗死、腦血栓等疾病。
中國基因研究的成就
旨在破譯人類基因組全部遺傳信息的科學研究，是目前國際生物醫學界攻克的前沿課題之壹。據介紹，這項研究中最受關註的是克隆、分離和鑒定人類疾病相關基因和具有重要生物學功能的基因，從而獲得相關疾病基因治療的可能性和生物制品的生產權。
人類基因組計劃是國家“863”高技術計劃的重要組成部分。在醫學上，人類基因與人類疾病有關。壹旦明確了基因與疾病的具體關系，人們就可以針對疾病制造基因藥物，這將對人類的健康長壽產生巨大的影響。據介紹，人類基因樣本總數約65438+萬，已發現並測序的約8000個。
近年來，中國非常重視人類基因組研究。在國家自然科學基金、“863計劃”和地方政府的支持下，在北京和上海建立了科研條件先進的國家基因研究中心。同時，科技人員緊跟世界新技術發展，在基因工程研究關鍵技術和成果產業化方面取得突破性進展。中國的人類基因組研究已經走在世界前列，壹些基因工程藥物已經開始進入應用階段。
目前，我國在蛋白質基因突變研究、血液病基因治療、食管癌研究、分子進化理論、白血病相關基因的結構研究等基礎研究方面，部分成果達到國際領先水平，部分形成了自己的技術體系。乙肝疫苗、重組幹擾素α、重組人促紅細胞生成素、轉基因動物藥物生產商等十幾個基因工程藥物都已進入產業化階段。
基因技術:困境與雙重特征
轉基因作物引起輿論爭議並不奇怪。然而，在屬於發達世界的大西洋兩岸，轉基因技術的待遇卻大相徑庭，這是壹個耐人尋味的現象。當美國40%的農田種植轉基因作物，大部分消費者泰然自若地購買轉基因食品時，為什麽這樣的食品在歐洲會遭遇壹波又壹波的喊叫聲？
從直接的社會背景來看，目前歐洲“轉基因恐懼癥”的流行是可以理解的。從1986英國發現瘋牛病，到今年比利時發現汙染雞致癌二惡英，法國發現可口可樂致兒童溶血，歐洲人對食品安全相當緊張，轉基因食品可能危害人體健康的假設像條件反射壹樣令人望而生畏。
同時，在環境和生態保護問題上，歐洲壹直采取比美國更敏感甚至激進的態度，這也是轉基因食品在歐美處境不同的另壹個原因。壹方面，歐洲國家的媒體環保意識越來越強，經常對可能危及環境和生態的問題窮追不舍甚至誇大其詞，這在很大程度上影響了公眾對轉基因等問題的態度。另壹方面，作為代表的“綠黨”近年來在歐洲政壇崛起，在政府和議會中的權力不斷擴大，對決策過程的影響力越來越大。
然而，歐洲人對轉基因技術采取如此排斥的態度，似乎有壹個隱藏但重要的深層次原因。其實歐美在轉基因問題上是有價值觀差異的，也是經濟利益之爭。與壹般商品不同，轉基因技術具有獨特的壟斷性。在技術上，美國“生命科學”公司壹般通過生物工程使其產品具有自我保護功能。最突出的是“終結者基因”，它能讓種子自毀，不能像傳統農作物種子那樣重新播種。另壹種技術是，種子必須經過某種只有種子公司掌握的“化學催化”，才能發育成長。法律上，轉基因作物種子壹般通過專門的租賃制度提供，消費者不得自行保管和補種。美國是耗資巨大的基因工程研究的最大投資者，從事轉基因技術開發的美國公司熟悉利用知識產權和專利保護法尋求巨額回報。目前，美國被認為已經控制了相當大的轉基因產品市場份額，進而可以操縱市場價格。所以抵制轉基因技術，其實就是抵制美國在這個領域的壟斷。
生物技術在許多領域發揮著越來越重要的作用:轉基因產品在農業領域無處不在，轉基因作物開始在美國農業中占據重要地位；生物技術在醫學領域取得了顯著的進步。壹些基因工程藥物已經取代了常規藥物，醫學界在幾個方面受益於基因研究。克隆技術的進步為拯救瀕危物種和探索許多人類疾病的治療方法提供了前所未有的機會。目前，研究人員正準備將生物技術推向更具挑戰性的領域。但最近，越來越多的人開始關註警惕遺傳學家行為的聲音。
今天，人們可以在所謂的DNA切片的幫助下同時研究數百種基因矩陣。基因的研究已經達到了如此高的發展水平。幾年後，隨著人類遺傳物質分析的結束，人們開始集中壹切手段系統地研究人類遺傳物質其他部分的優缺點。然而，生物學的發展也有其消極的壹面:它很容易為種族主義提供新的遺傳基礎。
對新遺傳學持批評態度的人總是喜歡描繪壹幅可怕的畫面:沒完沒了的測試、操縱和克隆，沒有感情的士兵，基因完美的工廠工人...遺傳密碼使基因研究人員能夠深入人們的內心，並為他們提供操縱生活的工具。但是，他們能否讓遺傳學向好的方向發展，完全無法預料。