书城自然科学科技探秘
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第5章 生命医学探奇(4)

甲型流感有很多个不同的品种,如H1N1、H1N2、H3N1、H3N2和H2N3亚型的甲型流感病毒等,它们都可以引发感染甲型H1N1流感。甲型H1N1流感与禽流感不同,能够以人传人。墨西哥在2009年4月,公布发生人传人的甲型H1N1流感案例,有关案例是一宗由H1N1病毒感染给人的病例,在基因分析的过程他们发现基因内有鸡、猪及来自亚欧美各人种的基因。感染甲型H1N1流感的人,通常会高烧39℃以上、剧烈头疼、肌肉疼痛、咳嗽、鼻塞、红眼、发冷、疲劳等,有些还会出现呕吐或腹泻、疲倦等症状。部分病情迅速进展、来势凶猛的患者甚至继发严重肺炎、急性呼吸窘迫综合症、休克及Reye综合症、败血症、全血细胞减少、肾功能衰竭、胸腔积液、肺出血、呼吸衰竭及多器官损伤,导致死亡。如果患者本来有基础疾病,也会因此而加重。

2009年6月8日,在完成毒株种子批的制备工作后,来自美国的甲型H1N1流感疫苗生产用毒株NYMCX-179A运抵北京,经过通关、检验检疫后送抵北京科兴生物制品有限公司。北京科兴已经完成了疫苗临床的研究工作,当晚便启动了毒株种子批的制备工作,这标志着正式开始了甲型H1N1流感疫苗的批量生产,并有望于7月底生产出首批疫苗。

DNA指纹鉴定的秘密

英国莱斯特大学的遗传学家Jefferys及其合作者在1984年首次将分离的人源小卫星DNA(脱氧核糖核酸)用作基因探针,与人体核DNA的酶切片段杂交,从而得到了由多个位点上的等位基因组成的杂交带图纹,它们的长度是不等的。由于极少有2个人这种图纹是完全相同的,因此也被称为“DNA指纹”,意思是它是每个人所特有的,就像人的指纹一样。不过,指纹是可以抹去的,DNA指纹却无法被抹去或改变,只需要一滴血或一根头发,科学家们就可以对其DNA指纹进行鉴定。

DNA指纹图谱

将生物的遗传物质DNA通过分子化学的方式形成图谱,就是该生物的DNA指纹。不仅一根毛发、几个皮肤细胞等小样品,即使是唾液、鼻黏膜等,也可以用来进行DNA指纹分析和鉴定。人类染色体中,DNA分子用来贮存遗传信息,共由A、G、C、T这4种碱基排列而成,而且有上亿种的组合方式。随机检查2个人的DNA指纹图谱,我们会发现除了双胞胎以外,其完全相同的概率仅为3千亿分之一。这与全世界50亿人口相比,准确率接近100%。

作为身份鉴定的首要工具,DNA指纹图谱目前已经逐渐取代了传统的指纹、齿痕等鉴定方法。DNA指纹技术是核酸指纹技术的一种;它与RNA指纹技术(研究不同基因的表达)一起,统称为核酸指纹技术。

DNA指纹技术主要用来研究DNA序列的多态性,它的指纹技术有两方面:一方面通过分离总基因来确定在群体中是否或多大程度上存在DNA序列多态性;另一方面是在已分离的总基因组中再分离特殊部分,包括线粒体(或质粒)的分离、基因分离(或基因片段)的分离和染色体分离。

DNA指纹技术的应用

DNA指纹技术在生物物证检验上开辟了新领域,法医在DNA分析领域内的非同位素标记探针、DNA扩增、人类串联重复寡核昔酸探针等方面取得的成果,确保了法医DNA分析水平。自DNA指纹技术投入实际应用以来,、一大批重大疑难案件的侦破获得了科学支持。该技术为微量血液、血斑及毛干、指甲等特殊生物物证检材的法医DNA检验等难题提供了解决办法,最少检测量相当于0.02微升血液、0.1厘米毛干,0.1毫米3指甲;其实验方法——短串联重复序列(STRS)复合扩增及扩增片段长度多态性研究,可用于极微量检材及腐败检材。

而生物识别随着模式识别、图像处理和信息传感等技术的不断发展,显示出越来越广阔的应用前景,DNA识别技术是最有说服力的身份鉴定证据。

伊拉克总统萨达姆及其子女的生死问题在第二次海湾战争中,就是一大悬念。美军自从“逊尼派三角地带”被怀疑为萨达姆的藏身之地后,就在这个地区先后展开了“常春藤旋风l号”、“常春藤旋风2号”等一系列搜捕行动。在“红色黎明行动”中终于逮住了萨达姆后,美军将萨达姆转移到一处安全的地点,就是通过采取DNA指纹鉴定方式确定萨达姆身份的。

将被捕者本人的DNA样本与萨达姆的]儿子乌代和库赛的Y染色体上的“短串联重复序列”相比较是这种身份鉴定的基本原理,因为直接从父亲遗传到儿子身上的是Y染色体,这是一种固定遗传信息。首先,美军从被捕人口腔中取得细胞涂片,接着又通过聚合酶链反应(PCR)的技术将DNA样本放大。最后,DNA专家利用放大的DNA数据,分析被捕者的基因图谱,经过测试证明,被捕者就是萨达姆本人。

身份鉴定所提取的聚合酶链反应是一种可以无限扩增某段DNA的简单方法。DNA是按互补配对原则由4种碱基组成的螺旋双链。DNA复制时,在细胞内,解螺旋酶首先解开双链,使之变成单链作为模板,然后另一种酶——RNA聚合酶再合成一小段引物结合到DNA模板上,最后以这段引物为起点,DNA合成酶合成与DNA模板配对的新链。

PCR即是在体外模拟DNA复制的过程,通过加热让所研究的DNA片段变性变成两条单链,人工合成两个引物从而使它们结合到DNA模板的两端,DNA聚合酶即可大量拷贝该模板。通过PCR扩增,0.1微升的唾液痕迹所含的DNA就可获得足够量的DNA进行测试。通过PCR技术,从琥珀中8000万年前的昆虫、恐龙的骨头、埃及的木乃伊、林肯的头发和血液等不寻常的样品中,科学家们已提取到了足够的DNA。

DNA指纹鉴定技术的广阔空间

DNA指纹鉴别技术有着巨大的发展潜力,甚至科学家将来通过DNA指纹描绘出一个人头发、眼睛的颜色,以及其相貌特征等。而且,该技术将在输血、器官移植、耐药基因的认定和干细胞移植等领域发挥出重大的作用。一些发达国家通过颁布DNA身份证,还可以记录身份证持有者所有的遗传信息。而DNA指纹鉴别也就真正进入寻常百姓家了。

我们相信,DNA指纹鉴别技术的黄金时代很快就会到来。在宏观上看,这个黄金时代将会给人类带来更多的好处——彻底破解生命奥秘,弄清人类起源,揭示各种疾病的病因,使医学研究实现从对症下药到根本预防的转移。随着对DNA了解的深入,人类如何理智地控制、改造和安全地运用该项技术,已经引起人们的广泛关注。

相关链接——DNA亲子鉴定

目前使用最多的鉴定亲子关系的方法就是DNA分型鉴定。我们每个人有23对(46条)染色体,同一对染色体在同一位置上的一对基因称为等位基因,一般分别来自父亲和母亲。因此检测某个DNA位点的等位基因时,如果一个与母亲相同,另一个就应与父亲相同,否则就可能有问题了。

DNA亲子鉴定中,只要取十几至几十个DNA位点做检测,假如全部一样,那么就能确定亲子关系;只要有3个以上的位点不同,则可排除亲子关系;而1~2个位点的不同则可考虑基因突变的可能,这时候就需要加做一些位点的检测。DNA亲子鉴定肯定亲子关系的准确率可达到99.99%,而否定亲子关系的准确率几近100%。

DNA亲子鉴定测试与传统的血液测试非常不同,它可以通过不同的样本上进行测试,比如血液、腮腔细胞、组织细胞样本和精液样本。在人群中的运用比较普遍的血液型号,如A型、B型、O型或RH型,可用以分辨每个人的血缘关系,但相对比不上DNA亲子鉴定测试有效。因为除了真正的双胞胎外,每人的DNA都是绝对独特的。正因为这种独特,和指纹一起成为亲子鉴定最为有效的方法。

转基因技术是怎么回事

把人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组后,导入基因的表达会引起生物体性状的可遗传修饰,这一技术就被称为转基因技术。我们平时常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”等,都是转基因的同义词。生物体经转基因技术修饰后,在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”(Geneticallymodifiedorganism,简称GMO)。

转基因技术与传统技术的异同

人类自从学会耕种以来,就一直从实者对作物的遗传改良。农作物改良在过去主要是选择和利用自然突变产生的优良基因和重组体,再通过随机和自然方式积累优良基因。遗传学创立后,动植物育种就变成了通过人工杂交,重组优良基因和导入外源基因实现生物的遗传改良。

因此,转基因技术其本质是通过获得优良基因进行遗传改良,与传统技术是一脉相承的。但是,转基因技术在基因转移的范围和效率上,与传统育种技术也存在区别。

首先,传统技术实现基因转移通常只能在生物种内个体间进行;而转基因技术所转移的基因,不会因为生物体间亲缘关系而受到限制;其次,传统杂交和选择技术操作对象是整个基因组,通常都是以生物个体为单位进行的,所转移的也是大量的基因,不可能准确地操作和选择某个基因,对后代的表现预见性不高。而转基因技术所操作和转移的基因,通常都是经过明确定义的,功能清楚,可准确预期后代表现。所以可以说转基因技术是对传统技术的提升和发展。生命科学如果能将两者紧密结合起来,可以大大地提高动植物品种改良的效率。

认识转基因植物

转基因植物拥有来自其他植物的基因。它可以通过遗传物质转移、细胞重组、原生质体融合、染色体工程技术等方式获得,并可能改变植物的某些遗传特性,从而培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等作物的新品种。而且利用转基因植物或离体培养的细胞来生产外源基因的表达产物(如人的生长素、胰岛素、干扰素、白介素2、表皮生长因子、乙型肝炎疫苗等基因),都可以在转基因植物中获得表达。

转基因植物的研究目的在于通过改善植物的品质,改变生长周期或花期等提高植物的经济价值或观赏价值;或者用作某些蛋白质和次生代谢产物的生物反应器,从而实现对植物的大规模生产;也可以用于研究基因在植物个体发育中,以及正常生理代谢过程中的功能。

我们可以以植物作为生物技术的实验材料,用单个细胞培育出整个植株。这样,单个植物细胞经过基因工程改造,就有可能再生成一棵完整的转基因植株。通过有性生殖过程这些植株还可把改变了的性状遗传给下一代。

奇特的转基因动物

羊奶6000美元1磅!羊身价30万美元!奶牛每年产奶价值数10亿美元!这些都将不是天方夜谭,而是变成活生生的事实。

这些动物为什么身价百倍呢?很简单,就在于它们是转基因动物,它们是天然的、无公害的“动物药厂”,它们的乳汁中含有“药”。这种全新的生产模式利用转基因动物生产蛋白质、造药。转基因动物的乳汁与细菌、细胞等生物工程制药相比,不损伤动物,且方便收集;经过动物体内加工和修饰,目的蛋白质已不必再进行后加工。同时,转基因动物生产,还不必投入巨额资金建厂、添设施、雇用人员等。

此外,作为人类最好的“器官库”,转基因动物能提供从皮肤、角膜,到心、肝、肾等几乎所有的“零件”,从而让器官移植专家充分施展自己的才华,而体内部分“零部件”出了问题的病人也重新获得了生的希望。

那么转基因动物究竟什么是呢?为何它们有这样神奇的功能?

所谓转基因动物,就是基因组中含有外源基因的动物。它是通过细胞融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程和基因工程技术,按照人类预先的设计,将外源基因导入精子、受精卵或卵细胞,再以生殖工程技术,最终发育而成的动物。通过基因(如生长素基因、多产基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生虫基因、抗病毒基因等)的转移,可能育成生长周期短,产仔、生蛋多和泌乳量高的动物,比如转基因超级鼠就比普通的老鼠大出约一倍。

不过,受遗传镶嵌性和杂合性的影响,转基因动物有性生殖后代出现变异的概率较大,因而难以形成稳定遗传的转基因品系。所以,先从受体动物细胞中把线粒体分离出,通过外源基因对其进行离体转化,再把转基因线粒体导入受精卵,所发育成的转基因动物在雌性个体外培养的卵细胞和任一雄性个体交配或体外人工授精,因为线粒体的细胞质遗传,它的有性后代也许就全都是转基因个体了。

转基因食品安全吗

转基因食品随着转基因的发展也出现了。

所谓转基因食品,就是将某些生物的基因,利用分子生物学技术转移到其它物种中去,以改造生物的遗传物质,在性状、消费品质、营养品质等方面使其向人类所需要的目标转变,这种食品是以转基因生物为直接食品或为原料加工生产出来。

20世纪90年代初,第一个转基因食品在美国出现,它是一种保鲜番茄。虽然这项研究成果最早是在英国研究成功的,但遗憾的是英国人没敢将其投入商业,而美国人敢为天下先,结果也让保守的英国人后悔不迭。

转基因食品此后便一发而不可收。据统计,美国食品和药物管理局已有40多种确定的转基因品种。而且作为转基因食品出现最多的国家,美国60%以上的加工食品中都含有转基因成分,一半以上的玉米、90%以上的大豆、小麦等,都是转基因的。不仅如此,转基因食品还有转基因植物(如西红柿、土豆、玉米等)和转基因动物(如鱼、牛、羊等)。

不过,面对越来越多的转基因食品,人们并没有形成共识。比较一下美国和欧洲,美国在转基因食品上是“主吃派”,而欧洲则是“反吃派”。根据调查,美、加两国的消费者大部分已接受了转基因食品,而欧洲是反对转基因食品的占大多数,英国尤为明显。

英国之所以持反对态度,是因为在1998年,一位英国教授研究表明,食用转基因的土豆后,幼鼠的内脏和免疫系统会受到损害。这是最早质疑转基因食品的,而且还在英国及世界范围内引发了有关转基因食品安全性的大讨论。虽然于1999年5月英国皇家学会发表声明,称此项研究“充满漏洞”,完全不足以得出转基因土豆有害生物健康的结论。然而,消费者对转基因食品的安全性问题还是产生了的怀疑。