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论当今生物科技发展对未来

更新时间:2020-11-21 03:58

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  論當此生物科技發展 對未來人類社會的影響 武光東 一、導 論 就人命科學的發展速率和影響層面而言,二十世紀的前五十年可視為「演進」的時代,而 後五十年則可視為「革命」的時代。黑龙江生物科技革命的導火線是來自一九五三年華森 (J.D. Watson) 和克里 克 (F.H.C. Crick) 二氏發現去氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid,簡稱 DNA) 的雙螺旋結構 (double helix) 並確認核酸是全面生物的遺傳物質。以是一九五三年可視為分子生物時代正式誕 生之年。從此新技術和新發現不斷推陳出新,波瀾壯闊,不光令人目不暇給,况且嘆為觀止。 正在另一方面,自一九五○ 年代開始,哺乳類的體細胞 (somatic cell) 能够正在體外作人工生息培 養,每一個細胞便是一個生物個體的縮影,其內含有兩套染色體和一切基因。遺傳學家能够把 這些細胞拿來作遺傳探索的质料,以探討遺傳疾病的成因。到一九七○ 年代,精子與卵子亦可 正在體外結合,酿成受精卵。把這些受精卵或其小胚植入母體,也能够發育成寻常胎兒,俗稱「試 管嬰兒」 ,以战胜婦女不行自然受孕或避免丈夫壞基因傳給後代的窘境。尤有進者,正在精卵結合 之始,科學家更能偷天換日,把受精卵內的精原核和卵原核移走,再送進去一個體細胞核,然 後置入母體,以探索無性生息的不妨性。這一類通稱「核移植 (nuclear transplantation) 」實驗, 雖曾蒙受長期的挫敗,但到本世紀晚年驟然開花結果,正在英國誕生了一頭「桃莉羊 (Dolly)」 , 令舉世震驚。本文擬就上述「分子層次」和「細胞層次」來闡釋當今紧张的科技打破和對未來 人類不妨發生的影響。 二、簡介幾種關鍵性的分子生物技術 1、DNA 重組技術 把兩種差异生物的 DNA 分子,譬如独揽人類生長的荷爾蒙基因,剪接到大腸菌內的質 體 (plasmid) DNA 上,讓它正在那裡不斷地增殖、外現,這便是 DNA 重組技術 (recombinant DNA technology) 的一例,也便是所謂遺傳工程 (genetic engineering) 的苛重內容。一個基 因是一個 DNA 分子上的一小段,要施以外科手術,把它切下來,所用的器材叫做內切限 制酶 (restriction endonuclease),它是一種分子刀。局限酶是細菌的產物,美國霍浦金斯大 學的史密斯 (H. Smith) 和那桑 (D. Nathans) 二氏首於一九七○ 年發現此酶(一九八六年諾 貝爾獎得主) ,到現正在已先後分離純化出約四百種。此酶正在切割 DNA 時,有極高的特異性 (specificity),一種酶只認識 DNA 分子上一種標記,正在那裡下刀。被统一種酶切割開來的 DNA 片断,不管來自何種生物,正在瘦语處都可从头接合。如许一來,差异種生物的 DNA 1 就可从头組合,美國史坦福大學的柏格 (P. Berg) 氏於一九七三年首度觀察到 DNA 重組的 事實(一九八○ 年諾貝爾獎得主) ,之後迅即成為遺傳工程最紧张的一環,為分子生物學開 了全新的局势。 2、用載體來複製重組 DNA 分子的技術 經過重組技術,把一個人類基因轉接到大菌內的質體 DNA 上,是遺傳工程的第一步。 即使我們念探索此一人類的基因構制,並進一步分解其成效,就必須這個基因能巨额複製, 產生足夠的量才行。一個大腸菌內的某一質體,其上帶有某一人類基因,當此大腸菌進行 分散增殖時(每二特别鐘分散一次) ,質體也正在急迅地複製。這樣能够正在很短時間內,產生 千千萬萬個大腸菌,也代外此特地人類基因複製了千千萬萬次。此一基因複製品特別稱曰 clone 。此種手腕稱曰用載體來複製重組 DNA 分子 (amplification of recombinant DNA molecules in cloning vectors)。 3、聚会酶連鎖反應技術 上述基因複製是正在細胞內 (in vivo) 進行。到了一九八五年,毛利斯 (K. Mullis) 氏發 明确細胞外 (in vitro) 複製 DNA 的手腕,稱曰聚会酶連鎖反應 (polymerase chain reaction, 簡稱 PCR)法,從此成了複製某一特定基因或某一特定 DNA 片断最有力的器材。此法的 条件是對所欲複製的片断,必須真切其兩端的核苷酸順序,然後遵照鹼基配對(A=T 和 G ≡C)道理,合成互補短鏈(15-30 個核苷酸長度)作為新鏈合成的導體 (primers)。正在高溫 (93~95℃)下,先把欲複製的雙股 DNA 剖判成單股,到场 primers,降溫至 50~75℃, 使 primers 與單股 DNA 行氫鍵結合,然後到场耐高溫的聚会酶及 DNA 合成所需的四種核 苷前驅物,進行 DNA 合成。如是週而復始,酿成連鎖反應,經過卅次這樣的反應之後, 原來的那個 DNA 片断已被複製了 100,000 次,這樣的量能够很容易的加以觀察和领会。 用來作複製的原有 DNA 片断,一方面需量極微,一個精子或一個毛囊 (hair bulb) 內 的 DNA 即可派上用場。同時此 DNA 也不需來自活細胞,無論是標本、屍骨或化石中的 DNA 均可用。以是聚会酶連鎖反應的應用至為廣泛。 4、動植物的基因轉殖技術 由於遺傳工程技術的日新又新,人類幾乎能够隨心所欲,替生物界亂點鴛鴦譜,把過 去必須藉有性生殖本事完工基因交換的規律突破,能够用人為的手腕讓各種生物的遺傳物 質正在相互間自正在流動,從而產生所謂基因轉殖植物 (transgenic plants) 或基因轉殖動物 (transgenic animals)。轉殖的宗旨有三:(1) 纠正農作物和六畜的品質或產量;(2) 產生人類 所需某種卵白質或藥物;(3) 探索基因外現的機制。 要完工基因轉殖,途徑良众。正在動物方面,最常用的手腕是正在體外受精的精核和卵核 尚 未 融 合 以 前 , 把 外 來 DNA 經 由 微 細 玻 管 直 接 注 入 精 核 , 通 稱 顯 微 注 射 法 (microinjection)。所打针的 DNA 若胜利地嵌入 (integrate) 精核的染色體上,由此受精卵分 裂而產生的一齐細胞,就會帶有此一外來基因。正在上等植物方面,則係诈骗泥土內的一種 2 細菌 (Agrobacterium tumefaciens) 來幫忙。此菌細胞內含有一種質體 (Ti plasmid),其上含 有若干基因,可使植物細胞癌化。植物的根與地面接觸的个别,每因風吹產生磨損,此菌 即會侵入傷處細胞,把質體上的癌化基因嵌入植物染色體上,就會正在植物根部酿成冠癭 (crown gall)。诈骗此一性子,即使把 Ti 質體上的致癌基因拿走,把某一有效的人類基因放 進去,這樣的質體 DNA 若嵌入植物染色體上,即可完工人類基因正在植物內的轉殖。由於 已分歧的植物細胞仍保有万能性 (totipotency),能够長成完善的植株,若把植物組織切片 與此細菌正在培養劑內一块培養,就會完工基因轉殖。所得的轉殖細胞即可發育而成轉殖植 株,其法至便,况且應用極廣。 三、遺傳工程的應用 1、生物基因體的探索 所謂基因體 (genome),是指真核生物的一個生殖細胞 (gamete) 內所含有的一切染色 體(單倍體,haploid) 。若為細菌,因其本來便是單倍體,每一細胞內惟有一個環狀 DNA, 此 DNA 分子就構成細菌的基因體。自一九九○ 年開始,人類展開了一個史無前例的大型 探索計畫,便是所謂的人類基因體計畫 (Human Genome Project)。這個計畫的宗旨有二: 其一是把人類染色體上的一齐基因加以定位 , 设立筑设完善的遺傳圖譜 (genetic map) 和物理圖 譜 (physical map)。其二是把人類染色體上約三十億個核苷酸一切加以定序 (sequencing)。 如许一來,每一條染色體上的核苷酸序列就會一清二楚。此計畫於一九九○ 年首自美國開 始運作,其後許众國家如英、法、日、德、加拿大等國亦相繼到场,而成為全邦性的团结 大業。中國大陸和台灣也於近年到场,參與一小个别的处事。依原有構念,人類基因體計 畫預定於十五年內 (一九九○ ~二○○五 ) 完工,但目前進度超前,或可於二○○三 年前 達成任務。 正在推動人類基因體計畫的同時,有許众其他生物亦同步進行基因體的领会探索,成績 特别輝煌。到目前為止,若干病毒,好幾種細菌和一種酵母菌都已完工 DNA 的定序。正在 众細胞生物方面,原蟲 (Caenorhabditis elegans) 的定序已於一九九八岁暮完工。一種植株 矮小的芥類植物 (Arabidopsis thaliana) 亦將於二○○○ 岁暮完工定序。其它,水稻、玉米、 老鼠 (mouse) 等動植物的基因體领会也正正在緊鑼密饱的進行之中。 民众勢须要問 , 诈骗基因工程技術來完工人類基因體的基因定位和核苷酸定序究竟和 人類的福祉有什麼關係?為其他生物作基因體领会又有什麼紧张性?谜底是這樣的:當人 類基因體計畫完工之日,每個人細胞理所帶的基因(據估計約八萬個摆布)是否寻常就可 以很容易被加以鑑定,涉及一齐遺傳疾病的診斷、預防和治療,也會惹起若干倫理和社會 問題。其他生物的基因體探索,則一方面對人類基因體計畫有相輔相成之功,同時對動植 物的品種纠正也會有莫大貢獻。因為生物都有其演化的源頭,生物之間的基因構制雖有變 異,但相互間犹如度仍極高。真切了原始而簡單的某终生物基因構制,很容易到上等而複 雜的生物裡找到對應的基因,使後者的领会找到了捷徑。 3 2、人類遺傳疾病的診斷、預防和治療 人類遺傳疾病,可依致病基因的所正在处所及顯隱性,分為常染色體顯性 (autosomal dominant) 遺傳、常染色體隱性 (autosomal recessive) 遺傳、X-連鎖 (X-linked) 遺傳及 粒線體 (mitochondrial) 遺傳。人類的四十六條染色體,此中有四十四條(一~二十二對) 與性別無關,稱為常染色體 (autosomes),另兩條分別稱 X 和 Y,與性別決定有關,稱曰性 染色體 (sex chromosome)。事實上,Y 染色體饰演著性別決定的關鍵脚色,但其上基因很 少,尚未發現遺傳疾病是由 Y 染色體上的基因突變所導致的。X 染色體則有許众基因,若 干紧张遺傳疾病的致病基因就位於 X 染色體上。常染色體更是人類基因的大本營。染色體 位於細胞核內,由核內單基因突變所惹起的遺傳疾病都按照孟德爾遺傳定律,故統稱之曰 孟德爾式遺傳 (Mendelian inheritance)。這類疾病的認定與日俱增,現正在已知近萬種。除此 除外,細胞質內的粒線體亦有 DNA,其上有三十七個基因,這些基因突變也會致病,但只 能由母方遺傳 (maternal inheritance)。近年來,由於診斷技術的進步,這類疾病的數目也正 日益增补。 隨著遺傳工程技術的應用和人類基因體計畫的超前進展 , 許众紧张的致病基因已經正在 染色體上完工定位。基因自身也已被分離出來,基因內的核苷酸順序已經真切,其對應產 物(卵白質)上的胺基酸順序也從而確定。以是無論就構制上或成效上,許众紧张的致病 基因都已被徹底的加以剖解领会,無論一個核苷酸的代替或幾個核苷酸數宗旨增減,其對 卵白質成效或對人體强壮的影響都可一清二楚。由這些基因所衍生而來的探針(probe,其 內含有同位素或螢光物)可直接由廠商購得,它們就像偵探一樣,能够偵測人體內是否帶 有某相同病基因,以及追溯到該基因內的那一個地方出了問題和出差錯的真正機制。應用 此一分子技術,能够對社會大眾作婚前檢查(常染色體隱性基因雜接合體) 、產前診斷、新 生兒篩檢和遺傳諮詢等服務。譬如人類的杭亭頓氏舞蹈症 (Huntington’s chorea),是一種常 染色體顯性遺傳,但帶著一個壞基因的人时常要到中年才會病發。現正在诈骗分子技術,可 以正在此人出生前(產前)或出生後(更生兒)即可加以確認,可預測到三、四十年後此人 的命運。又譬如女性患乳癌的機率甚高,此中一部份屬於家族性遺傳,因為帶有乳癌基因 BRCA-1 或 BRCA-2 所致。不帶此等致癌基因的女性也會患乳癌,但機率較低;而帶有此 等突變基因的女性則發病率大增。以是對女性,特別是對乳癌家族內的年輕强壮女性,作 上述兩種乳癌基因的分子診斷长短常须要的。診斷結果能够達到預防的宗旨。 自一九九○ 年以來,基因治療 (gene therapy) 成了醫界祈望達成的一大目標。傳統的 治療是用藥物或外科手術,而治療遺傳疾病最好的藥便是基因自身。經過全全邦無數科學 家的起劲,基因治療還正在寻找階段,况且嚐試的範圍只限於體細胞而不足於生殖細胞。 3、人類的血緣鑑定與不法認定 雖然全邦人丁已超過五十億,但卻很少有兩個人的指紋 (fingerprints) 完整一樣。以是 許众年來,指紋被普通用作鑑定人的名望之用。同樣地,人類基因體上的核苷酸順序,也 很少有二個人完整一樣,除非他們是單卵雙胞胎。其华夏因良众,最苛重的是正在人類的基 因體(三十億個核苷酸)中,惟有約百分之三是帶有遺傳訊息 (coding sequence),是有功 4 能的基因,能够決定卵白質分子的合成,其餘百分之九十七的 DNA 成效不明,其內發生 突變,並不肯定發生可見的影響。以是正在這个别 DNA 中,經過千千萬萬年的演化,其內 會累積許众變異,使得人與人之間很難完整雷同。這些變異當中,有一類是來自於特地的 DNA 片断,發生了次數不等的重複,而這些重複片断首尾相連,酿成特地的分子標記,稱 曰 VNTR (varied number of tandem repeats),經過特地的局限酶處理,只正在 VNTR 的兩端加 以切割,就會取得長度不等的 DNA 片断,經過電泳的分離及探針的追蹤,就能够取得特 殊的帶狀分佈 (banding pattern),所謂的 DNA 指紋 (DNA fingerprint),以之作親子或不法 鑑定。 正在生父鑑定方面,過去靠血型领会來幫助。但血型领会只可做負面認定,指明或人不 不妨為其生父,但卻不行作正面確認,指明或人必為其生父。DNA 指紋卻可战胜上述困難, 同時對正負面認定作出結論。與此同理,若有兇殺或強姦案件發生,把受害人的 DNA,現 場採开罪犯留下的 DNA 樣本和嫌犯的 DNA 作 DNA 指紋领会,正在法庭上成為越來越紧张 的判刑依據。 實際的案例於一九九八年首度發生於美國。正在一九八七年,佛羅里達州的一位法官正在 審判一名強姦犯時,拒不採用檢察官所提出的 DNA 指紋證據,而將強姦犯無罪釋放。但 三個月後,該嫌犯再度犯案被捕。新的審案法官則採信了由嫌犯精液所得的 DNA 指紋, 從而將嫌犯入罪。根據估算,嫌犯被誤判(純由機會变成)的機率約為一百億分之一,可 謂微乎其微。以是產生冤獄的機會能够疏忽。 由於聚会酶連鎖反應的應用,作 DNA 指紋领会所需的 DNA 量極少,無論是來自微量 的血液、精液、毛髮或身體其他細胞均可。 4、诈骗細菌來製制真核基因產物 細菌能够為人類製制許众紧张產品的事實已久為人知。譬如抗生素、胺基酸、維他命 等為其著者。一九八二年,經由 DNA 重組技術,人類的胰島素基因首度被胜利地移植到 大腸菌內,况且以細菌細胞為工廠,正在那裡生產製制人類胰島素,以作治療糖尿病之用。 其後相繼胜利的紧张人類基因產物,包含第八凝血因子(blood clotting factor VIII,治療血 友病) 、血纖維卵白溶酶原活化物(plasminogen activator,可熔化血塊) 、人類生長荷爾蒙 (human growth hormone,治療侏儒症)以及許众干擾素(interferons,可治癌症)等,均 已對人類醫療產生强大的影響。 除上述能够治病的人類基因產品外,遺傳工程亦可讓微生物製制許众紧张的工業用蛋 白質。譬如有的酶用於乳酪生產,有的酶能够剖判化學污染物以致塑膠廢料,有的酶能够 把禾穀藁稈剖判轉化而成酒精,生物技术专业以代替石油能源的不敷等均有極大的工業發展潛力。事實 上,遺傳工程自身即需众種酶卵白的參與,如內切局限酶、連接酶 (ligase)、聚会酶、反轉 錄酶(reverse transcriptase) 等,現正在都是經由 DNA 重組技術,把有關基因接到細菌內的質 體 DNA 上,诈骗細菌細胞來生產製制的。全邦上許众大型藥廠和化學公司都紛紛轉型, 來爭相生產生物科技產品。 5 5、基因疫苗 所謂基因疫苗,是把製制病毒卵白質或細菌卵白質的基因,接到質體 DNA 上,再把此 質體注入人體的肌肉、皮下或黏膜等組織,讓質體上所攜帶的病毒基因或細菌基因正在人體 內外現,製制相關卵白,惹起免疫反應 [1]。一九九三年默克 (Merck) 藥廠首度應用此技 術,於實驗動物中胜利地讓流通性伤风病毒的核卵白基因外現。過去幾年來,基因疫苗已 成為全邦各國疫苗探索發展的熱門領域,對於傳染病、癌症、過敏症與自體免疫症等的預 防和治療都有很大的潛力。只是目前仍正在動物的實驗階段 [2]。 6、基因轉殖植物的應用 廿世紀的最後十年,從植物上見證了遺傳工程的無限潛力,植物革命寂静發生。所謂 基因轉殖,便是這些植物的染色體上含有外來基因。此等基因或許來自細菌、來自人類、 來自其他動物或植物。簡言之,诈骗遺傳工程技術,人類能够從心所欲,把任何一種物種 的基因移入任何一種植物細胞核內,正在那裡假寓、外現、製制其特有的基因產物。這些產 物的成效各种各样,或者能够改正禾穀類種子的營養因素、增补產量、抗蟲、抗旱、抗鹽、 抗重金屬、抗殺草劑等。透過光合影响,植物能够合成八萬種以上的合成物,此中有的是 主營養素 (macronutrients),有的是微營養素 (micronutrients),它們均與人類的强壮息息相 關 [3]。小麥、玉米、水稻、大豆等為人類紧张的食用作物,其內的微營養素含量均甚低, 目前诈骗基因轉殖,能够大大改正其營養因素 [4]。產於熱帶和亞熱帶的次要作物,如馬鈴 薯、樹薯 (cassava)、棕梠、香蕉等也已诈骗基因轉殖,產生抗病或高油含量的新品種 [5]。 目前更众令人驚奇的探索收获正逐漸浮現。譬如诈骗轉殖植物來製制藥物,製制可食 用的植物疫苗,以至製制植物性的塑膠 [6]。一九九八年八月正在美國聖途易舉行的第十六屆 國際植物學大會中,有好幾篇紧张的探索報告。其一是把人類的基因放到煙草鑲嵌病毒 (tobacco mosaic virus) 的基因體上,然後用此病毒教化菸株,菸株內就合成了人的基因產物 酶,此酶可用來治療人類的遺傳疾病或者癌症 [10]。其二是探索者把轉殖的菸株當成製制 卵白的工廠,所合成的人類卵白質由菸株根部釋入培養液內,這樣既便於分離純化,况且 菸株仍旧活者,能够繼續不斷的製制和渗出 [7]。另一篇報告則以水稻為轉殖對象,育成一 種金色水稻 (golden rice),稻粒是金黃色,由於其內含有外來的胡蘿蔔素 (β-carotene), 此物乃合成維他命 A 的前驅物。更可貴的是,此稻粒內亦含有益人類强壮的鐵元素。此一 轉殖共涉及七個基因,四個基因產物為合成胡蘿蔔素所必须的酶,另三個基因產物則與鐵 的存積有關。這七個基因分別來自細菌、真菌和另一種植物,目前被稻株所诈骗,產生極 有價值的稻米,能够嘉惠全全邦億萬的人丁 [9]。 基因轉殖植物,特別是能够合成殺蟲劑或者能够剖判殺草劑的苛重作物,如大豆、玉 米、棉花、油菜和馬鈴薯等的產地和產量正逐年敏捷增补。以過去三年為例,环球種植轉 殖植物的面積正在一九九六年為二百八十萬英畝,一九九七年為一千一百萬英畝,一九九八 年為二千七百八十萬英畝。此中美國佔總面積的百分之七十四,加拿大百分之十,阿根廷 百分之十五,其他國家總計佔百分之一。以是植物革命的收获已現,更大和更众的打破必 將隨新世紀的到來而日顯 [9]。 6 7、基因轉殖動物的應用 轉殖動物最實用的宗旨,是期望把人類基因轉殖到牛、羊類大型產乳動物細胞內,讓 人的基因產物,隨者牛乳或羊乳同時渗出出來,然後加以分離純化,以供治療疾病之用。 正在白種人中,纖維性囊腫 (cystic fibrosis) 是一種常見的遺傳疾病,而α1-抗胰卵白酶 (α 1-antitrypsin) 不妨對此病有療效。從人類血清中雖可分離出這種酶,但極其昂貴。以是正在 十年前,英國科學家已將人類抗胰卵白酶基因轉殖入綿羊細胞內,這條轉殖胜利的羊叫做 崔西 (Tracy),此羊已有 800 個後代子孫,此中有些羊每一公升羊乳中可產生十三~十七克 酶,可供英國對纖維性囊腫患者作臨床試驗之用。 其他由轉殖動物所製制的人類卵白也正正在臨床試驗之中。譬如人類的抗凝血素 (antithrombin) 基因正在山羊體內能够外現,從山羊乳液平分離出來的人類抗凝血素正在治療病 人時已證明平安無虞,以是製藥公司已正在歐美國家對血汗管雍塞而作繞道手術的患者進行 臨床實驗。其它,诈骗轉殖動物來製制众種疫苗卵白和單株抗體的實驗也正在進展之中。此 等產物不妨對癌症治療有所裨益。 牲畜類基因轉殖技術近來亦大有打破。威斯康辛的布里米 (R. Bremel) 氏把外來基因 先注入正正在進行減數分散的牛卵母細胞中,然後再與精子結合,結果轉殖胜利率大增,從 過去的 10%摆布增到近乎 100%。這對於未來牲畜製藥 (livestock pharming) 產業必有很大 的幫助 [10]。 四、細胞培養及細胞核移植技術的應用 1、細胞培養 雖然早正在一九○七 年,哈里遜 (R. Harrisan) 初次胜利地把田鸡胚胎脊髓的切片正在體外 培養劑上長入迷經纖維,但上等動物組織培養正在其後進展緩慢。到了一九五○ 年代,人類 子宮頸癌正在體外育成長生不死的細胞株 (HeLa cell),同時人工培養劑內的營養因素逐漸完 成定性和定量领会,從而加快了哺乳動物細胞培養的進展和應用。自一九六○ 年代以來, 正在體外培養人類細胞就像培養微生物一樣,每一細胞內含有人類基因組的一切遺傳訊息, 即使或人患有某種遺傳疾病,則由其所培養出的細胞就不妨測出此病的病因,譬如某種酶 的異常或某種代謝物含量的上下。诈骗培養的細胞,能够有助於病毒、癌症、代謝性疾病、 染色體異常等等的探索,正在人類遺傳學和臨床診斷上都饰演極紧张的脚色。 2、體外受精 由於體外細胞培養的胜利,人類的精細胞和卵細胞都可自體內取出,放正在人工培養液 內,進行受精,然後受精卵行有絲分散,待分散二~三次而成四~八個細胞的小胚時,再 植入母體子宮內完工發育,而得所謂的「試管嬰兒」 。一九七七年正在英國誕生了第一名試管 嬰兒,取名魯意絲.勃朗 (Louise Brown),開啟了體外受精以生育後代的先河。正在當時雖 曾經舉世稱奇,但廿众年來已有幾十萬個這樣的嬰兒誕生,體外受精正在婦產科診所已習以 7 為常。此法可讓不孕的配偶獲得子嗣,也能够讓患有遺傳疾病的配偶經由借用精子或小胚 細胞分子診斷技術生下强壮的下一代,有其消極的優生成效。 3、細胞核移植 一個真核生物的細胞,都含有細胞核和細胞質兩大个别,兩者間經由核膜加以分开。 從本世紀初年起,生物學家就對細胞分歧的現象極感興趣,念探究細胞核與細胞質正在分歧 過程中所饰演的脚色及其彼此關係。用作探索质料的生物包含蠑嫄 (newt) 、草蛙 (Rana pipiens)、蟾蜍 (Xenopus laevis)、老鼠 (mouse) 等。一齐的生物都顯示:受精卵是一個全 能細胞,經過分散分歧,能够酿成各種器官和組織;但已經分歧的細胞,則已落空万能的 影响,不行由之產生一個生物體。分歧的細胞一如受精卵,其內的遺傳物質並無增減,所 有的基因都正在,其間的差異乃正在於基因的外現(成效) 。以是科學家诈骗顯微手術,把受精 卵內的精原核 (male pronucleus) 和卵原核 (femele pronucleus) 或卵母細胞的核拿走,代之 以來自已分歧的體細胞核,看看這樣从头組合的細胞能否發育而成個體。所得的結論是, 正在受精卵發育至囊胚期 (blastula) 時,細胞核仍有万能性,但之後則万能性逐漸喪失,到 了成體 (adult) 則全無返老還童的不妨。直到一九九七年仲春英國的「桃莉羊」新聞公佈 之後 [11],情況才急轉直下,哺乳類的成體細胞核也有返老還童的潛能。經由細胞核移植, 用無性的手腕來複製牛、羊、鼠等生物也已胜利 [12],那麼複製人的遠景又怎样呢?從技 術層面言,谜底宛如是相信的。 把成牛的體細胞核移入牛的卵母細胞質內能够育成一頭小牛是已知的事實 [12]。即使 把人的體細胞核,移入牛的卵母細胞質內又將怎样?科學家正在无意無意之間作了這一類的 嚐試,這樣的人-牛組合的細胞正在體外也能够分散而成小胚。人和兔子的核移植也取得類 似的結果 [13]。這些科學發展每令人有匪夷所思之感。 牲畜類的複製顯然有其經濟價值。基因轉殖是一件費錢費時的事,即使把基因轉殖成 功的豬、牛、羊,再經核移植技術加以複製,就可產生許众基因組成完整雷同的生物,用 作活的生產人類卵白的工廠,潛正在的甜头極大。然而複製人顯然不行從經濟觀點著眼,這 個問題就變得極其複雜了。 4、人類胚胎細胞株的设立筑设 哺乳類的受精卵正在發育到囊胚時期,一齐細胞的細胞核都還具有万能的影响,特別稱 之曰胚幹細胞 (embryonic stem cells)。胚幹細胞若正在體內繼續分散發育,就越來越分歧, 而落空万能影响,成為分歧細胞。即使把囊胚細胞拿到體外培養,能否設法欺压它們的分 化,讓其永遠停顿正在万能的階段,况且能够生生不息,一代一代的生息下去。即使可行, 那我們就设立筑设了胚幹細胞株 (embryonic stem cell lines)。 上述的願景並非空中樓閣,到了一九九八年十一月初,兩篇有關人類胚幹細胞株设立筑设 胜利的報告已經出現 [14, 15],為這一個新領域帶來曙光。 胚幹細胞株究竟有什麼紧张?這些細胞株的每一個細胞就像一個受精卵,放到婦女的 8 子宮內就可發育而成「人」 ,這個「人」未便是「複製人」嗎?然而對人來說,這樣的複製 並無意義,因為這些細胞是來自小胚或胎兒,我們無從得知小胚或胎兒的優點何正在。 由於胚幹細胞有各式各樣的分歧潛力,即使我們能創制出適當的培養環境,來指導這 些細胞向單一而特定的倾向分歧,那我們就能够製变成血細胞,製制肝臟組織,或製制人 體任何組織來作器官修補或,以治療疾病。這些人工製制的差异人體組織,也可 以做篩檢藥物之用,以確定藥物的治療成绩或機制。以是胚幹細胞株正在未來醫療上不妨會 有紧张的貢獻。 五、結 論 遺傳工程無疑是廿世紀生物界的一大革命,其影響的層面既深且廣。正在過去,生物體間遺 傳物質的交換必須經由有性生殖的過程,况且僅限於種內生物之間。譬如馬和驢是兩種差异物 種的生物,雖然能够交配,但所生的雜種後代(騾)卻無生育才力,仍旧不行達到遺傳基因相 互流動的宗旨。然而遺傳工程能够突破生殖障礙,人的基因能够移置入細菌和上等動植物的細 胞之內,正在那裡假寓和外現。就基因此言,可稱此種現象為「演化亂倫」 ,大大破壞了正在演化長 流中所酿成的生物血緣關係。 人類有些顯性遺傳疾病,譬如杭亭頓氏舞蹈症,患者帶有一個致病基因,但出生後全面 寻常,众半要到中年才開始發病。現正在由於分子生物學的發達,這些尚未發病的患者能够正在產 前或產後就診斷出來。產前診斷能够作人工流產,免得悲劇。但產後診斷出來的小兒或青少年, 則產生了許众後遺症。因為此病現尚無法治療,診斷結果對病人自身毫無助益,反而使他的心 理蒙上陰影,使其後若干年本可寻常的生存也變的不寻常。同時保險公司對這樣的人不妨拒保, 找处事也不妨受到雇主的歧視。像這類的例子將會越來越众,立法機關必須制訂相關的公法加 以因應。 基因轉殖植物的胜利,被稱為「植物革命」 [3]。這些帶有外來基因的紧张作物產品,正在 美國受到普通的歡迎,但正在歐洲卻惹起了抗爭的風暴 [16]。譬如一九九九年美國大豆的種植面 積為二千九百萬公頃,此中有一半面積所栽的大豆為經由遺傳工程所改制過的品種,其內含有 抗殺草劑的基因 [16]。當這些大豆或其他類似經過遺傳改制的食品外銷到歐洲時,不光銷途不 好,况且受到消費者抗議。苛重的關鍵還是平安問題,美國人宛如對科學家較有信仰,認為這 些產物不會伤害强壮,而歐洲人則不肯置信。 把動植物变换成活的製藥工廠,用廉價和量產的格式,為人類製制可食用的疫苗,各種 治病的卵白質,也是製藥工業的一大革命。現正在良众資金雄厚的製藥和化學公司,都把目標轉 移到生技產業上來 [17],此種趨勢將必成為二十一世紀的發展主流,值得民众的重視。 哺乳類能够複製的訊息,為這個速將結束的世紀也惹起了一陣騷動。動物複製雖不妨有 經濟價值,但桃莉羊提早老化外现體細胞核內的基因對於生物發育的年齡有著銘記的影响。以 人而言,以小兒的體細胞核所作成的複製人,其壽命不妨與平常人相當;但若以中晚年人的體 細胞核作複製,顯然一出生的嬰兒就已經老了好幾十歲。小兒的才華未露,功效未知,作複製 9 宛如無的放失。而事業有成,腰纏萬貫者則又落空複製的先機。尽管年齡不是問題,複製人仍 有許众品德、倫理和公法上的困擾,故可行性不大。 胚幹細胞株雖不妨制福人類,但全邦各國众立法禁止用人胚來作實驗。正在美國,政府的 經費絕對禁止用於這方面的探索。儘管如许,正在企業界的經費接济下,胚幹細胞株還是誕生了。 以是美國政府的立場已經開始鬆動,勢须要對立法加以某種水准的厘正,以適應此一無法阻擋 况且也攸關人類福祉的新趨勢 [18]。 總而言之,廿世紀是人類歷史上科技功效最輝煌的世紀,不僅生物科技如许,資訊科技 和太空科技亦莫不如是。科學進步故可制福人群,但相應而來的也有許众空前未有的適應症候 群,衝擊著人性與神性,這些都將考驗未來人類的聪明。 參考文獻 1. 2. 3. 4. 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