杨阳——基因工程与21世纪经济.doc

杨阳基因工程与21世纪经济.txt我是天使，回不去天堂是因为体重的原因。别人装处，我只好装经验丰富。泡妞就像挂QQ，每天哄她2个小时，很快就可以太阳了。 科学界预言，21世纪是一个基因工程世纪。信息技术的发展改变了人类的生活方式，而基因工程的突破将帮助人类延年益寿。目前，一些国家人口的平均寿命已突破80岁，中国也突破了70岁。有科学家预言，随着癌症、心脑血管疾病等顽症的有效攻克，在2020至2030年间，可能出现人口平均寿命突破100岁的国家。到2050年，人类的平均寿命将达到90至95岁。 人类基因组蕴涵有人类生老病死的绝大多数遗传信息，破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命。人类基因组图谱及初步分析结果的公布将对生命科学和生物技术的发展起到重要的推动作用。随着人类基因组研究工作的进一步深入，生命科学和生物技术将随着新的世纪进入新的纪元。正如基因治疗的奠基者们当初所预言的那样，基因治疗的出现将推动新世纪医学的革命性变化。 然而，什么是基因工程呢？它的发展又经历了那些历史时期呢？让我们先来了解一下关于基因工程的一些基础知识。 基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质-DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中安家落户，进行正常复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。这个定义表明，基因工程具有以下几个重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中进行繁殖，能够跨越天然物种屏障，把来自任何一种生物的基因放置到新的生物中，而这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系，这种能力是基因工程的第一个重要特征。第二个特征是，一种确定的DNA小片段在新的寄主细胞中进行扩增，这样实现很少量DNA样品拷贝出大量的DNA，而且是大量没有污染任何其它DNA序列的、绝对纯净的DNA分子群体。 人类基因工程走过的主要历程怎样呢？ 1866年，奥地利遗传学家孟德尔神父发现生物的遗传基因规律； 1868年，瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分。酸性部分就是后来的所谓的DNA； 1882年，德国胚胎学家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内的包含有大量的分裂的线状物体，也就是后来的染色体； 1944年，美国科研人员证明DNA是大多数有载体机体的遗传原料，而不是蛋白质； 1953年，美国生化学家华森和英国物理学家克里克宣布他们发现了DNA的双螺旋结果，奠下了基因工程的基础； 1980年，第一只经过基因改造的老鼠诞生； 1996年，第一只克隆羊诞生； 1999年，美国科学家破解了人类第 22组基因排序列图； 未来的计划是可以根据基因图有针对性地对有关病症下药。 基因工程是人工进行基因切割、重组、转移和表达的技术。基因工程诞生于70年代。自1977年成功地用大肠杆菌生产生长激素释放抑制因子以来，人胰岛素、人生长激素、胸腺素、干扰素、尿激酶、肝火病毒疫菌、口蹄疫疫菌、腹泻疫菌和肿瘤坏死因子等数十种基因工程产品相继问世；1982年开始进入商品市场，在医疗保健和家畜疾病防治中获得广泛应用，并已取得或正在取得巨大的效果和收益。基因工程的基本步骤为：取得所需要的DNA特定片段（目的基因）；选择基因的合适运载体（另一种DNA分子）；使目的基因和运载体结合，得到重组DNA；将重组DNA引入细菌或动植物细胞并使其增殖；创造条件，使目的基因在细胞中指导合成所需要的蛋白质或其他产物，或育成动植物优良新种（或新品种）。 运用基因工程技术已育成高赖氨酸、高苏氨酸、高维生素K的生产菌株，并成功地将淀粉酶基因经持导入了酵母，使之直接利用淀粉生产酒精，从而将发酵工业推到一新的高度。农业上采用基因工程技术已培育成抗虫害烟草、抗除莠剂烟草和抗斑纹病烟草、高蛋白稻米、瘦肉型猪、优质产毛羊等动植物新品种。我国近年来基因工程也取得了重大成果，如乙型肝炎病毒疫苗、甲型肝炎病毒疫苗、幼畜腹泻疫苗、青霉素酰化酶基因工程菌株等，有的已推广使用、有的正在试产；胰岛素、干扰素和生长激素等基因工程产品正进行高效表达试验；抗烟草斑纹病毒、抗除莠剂，抗虫害的植物基因工程研究工作已获阶段性成果；高等植物基因导入的新方法，固氮及相关DNA结构和调控等研究达到了世界先进水平。 生命科学正成21世纪的领头科学生物药物毒性低、副作用小、容易为人体吸收，因此在药品中比例趋增。自1982年全世界第基因重组新药“人胰岛素”在美国上市以来，美国现已有近百基因工程重组生物技术药物获FDA批准上市。 基因工程是新世纪的沿技术基因工程，或称DNA（RNA）重组，是指对不同生物的基因，根据人们的意愿，是在生物体外进行基因切割、拼接和重新组合，再转入生物体内，产生出人们所期望的药物（如白介素），或改变生物的遗传特征（如转基因豆）等。 基因工程的大体步骤是这样的：如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片段连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这基因工程一般包括四个步骤：1.取得符合人们要求的DNA片段，即“目的基因”；2.构建基因的表达载体；3.将目的基因导入受体细胞；4.目的基因的检测与鉴定。 基因工程的前景科学界预言，21世纪是一个基因工程世纪。基因工程是在分子水平对生物遗传作人为干预，要认识它，我们先从生物工程谈起：生物工程又称生物技术，是一门应用现代生命科学原理和信息及化工等技术，利用活细胞或其产生的酶来对廉价原材料进行不同程度的加工，提供大量有用产品的综合性工程技术。 生物工程的基础是现代生命科学、技术科学和信息科学。生物工程的主要产品是为社会提供大量优质发酵产品，例如生化药物、化工原料、能源、生物防治剂以及食品和饮料，还可以为人类提供治理环境、提取金属、临床诊断、基因治疗和改良农作物品种等社会服务。 生物工程主要有基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程等5个部分。其中基因工程就是人们对生物基因进行改造，利用生物生产人们想要的特殊产品。随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。 人类基因组研究是一项生命科学的基础性研究，这项伟大的计划奠定了现代基因工程的基础。有科学家把基因组图谱看成是指路图，或化学中的元素周期表；也有科学家把基因组图谱比作字典，但不论是从哪个角度去阐释，破解人类自身基因密码，以促进人类健康、预防疾病、延长寿命，其应用前景都是极其美好的。人类10万个基因的信息以及相应的染色体位置被破译后，破译人类和动植物的基因密码，为攻克疾病和提高农作物产量开拓了广阔的前景。将成为医学和生物制药产业知识和技术创新的源泉。 基因工程的研究与发展，将是对人类社会的各个方面产生深远的影响。基因工程将使人类的生活的更加完美、人类的寿命更长久，人们的身体更健康。如果说工业革命使人类社会进入资本主义，那么基因工程将能够将人类社会带入新的历程。 基因工程在20世纪取得了很大的进展，这至少有两个有力的证明。一是转基因动植物，一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因，使得动植物具有了原先没有的全新的性状，这引起了一场农业革命。如今，转基因技术已经开始广泛应用，如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物，它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。“克隆”一时间成为人们注目的焦点。尽管有着伦理和社会方面的忧虑，但生物技术的巨大进步使人类对未来的想象有了更广阔的空间。 生物经济时代纳米生物医学行业的研究和产业化已成为生物产业的发展的重要推动力,纳米生物医学人才特别是高端创新人才是成为超出物质资源之上的第一资源,而我国却面临纳米生物技术创新人才匮乏,培养创新人才意识淡薄、观念陈旧、培养模式单一、培养机制僵化、无论是数量还是结构和质量都远不能满足整个行业发展的需求.这些问题将很大程度上制约着本专业的持续、快速发展。 本文首先对纳米生物医学的发展、在国民经济中的作用和地位作了详细的介绍和阐述,指出纳米生物医学技术关系到众多产业领域,必然催生更多的高新技术产业,可以全面推动我国医药、农业、环保、化工产业发展,对经济发展将发挥巨大的推动作用. 其次,在分析了国内外纳米生物医学发展现状、发展趋势,并作出比较后,又对我国纳米生物医学人才现状进行了详细的介绍,指出纳米生物医学这一跨学科领域的综合研究和开发靠的是具有综合素质的科技人才,不但需要有在一个领域的超高知识和专长,同时也需要对其它相关学科的深入了解,更重要的是要掌握学科之间的结合和穿插。 科学家们相信,高科技的突飞猛进,信息技术的成熟和极大普及,正在孕育并将人类推向一个崭新的生物经济时代。 从20世纪50年代初到70年代初这20年中,人们并未意识到自己将不会再生活在工业经济中。当人们最终明白旧经济已离我们而去时,信息经济这个名称才终于赢得了大家的认可。 如同其它事物的发展,所有的经济形式都有始有终,因此我们可以看到信息经济将在几十年之后结束。 接着人们将迎来下一个经济时代:生物经济时代。 世纪之交,世界新兴生物技术迅猛发展,成为当今新技术革命的重要标志之一。利用生物技术开发出的各种产品,已广泛地应用到社会生活的许多方面。在2000年5月22日出版的美国时代周刊上,有人预测:人类社会在经历了农业经济时代、工业经济时代和现在的信息经济时代后,“人们将迎来下一个经济时代:生物经济时代”。比尔盖茨预言:“超过我的下一个世界首富,应该来自于基因领域。” 科学界遍认为，生物技术和信息技术的发展将成为21世纪关系国家命运的关键技术。 基因工程的研究会在各个领域对人类社会产生深远的影响。这些影响表现在以下几个方面： 一、基因工程对医疗领域的影响。在生物医学领域，许多疾病的发生与基因有关，但目前的分析技术还无法达到基因水平。利用基因芯片则可检测出疾病的遗传倾向并作出准确诊断，由此影响整个医疗模式，特别是制药工业，将开发出很多基因水平的药物。改进对疾病的诊断；及早检测出由遗传因素导致的疾病；合理的药物设计；基因疗法以及对药物的控制：药物基因组学“习惯药物”。人类基因组工程研究取得的技术成果和资源已开始对生物医学研究产生深刻的影响，并将给更广泛的生物学研究和临床医学带来革命。越来越详细的基因组图谱的绘制完成有助于研究人员寻找诸如脆弱的X综合征、1型和2型神经纤维瘤、遗传性结肠癌，阿耳茨海默氏症和家族乳腺癌等几十种与遗传疾病有关的基因。分子医学的新时代已经开始显现。这个新时代的特点不是治疗疾病的症状。而是寻找引起疾病的根本原因。医学研究人员还将能够根据新的药物和免疫疗法技术，设计新的治疗机制、避开可能引发疾病的环境条件、通过基因疗法更换出现缺损的基因。人类基因治疗是目前生命科学的热点问题，可能从来没有一个问题像基因治疗那样如此受到人们的注意。 人类基因治疗是有意改变人体活细胞的遗传物质以预防或治疗疾病。体细胞基因治疗是改变身体已分化细胞DNA的程序，这些细胞没有能力将这种改变传递给下一代。生殖系基因治疗是改变生殖细胞的程序，这些细胞能将改变传递给下一代。人类体细胞基因治疗就是人类疾病的基因校正，其方法有三：体外法：将病人的细胞取出，在体外加入正常基因校正细胞，在将校正后的细胞放回到病人体内，使新的功能得到表达，治疗疾病。目前批准的100多个基因转移临床方案是采用这种方法。原位法：将新基因直接引入病人疾病部位（如癌块、肺树内膜等），可用病毒宿主或裸露的DNA引入。体内法：将宿主注入血流，将治疗性基因以安全有效的方式带至组织，目前尚未研制成功。二、基因工程对农业、畜牧、养殖的影响。利用基因工程，可以得到抗病虫害和耐旱的农作物；体质、生殖力和抗病力更强的牲畜；更有营养的农产品；生物杀虫剂：掺到食品里的可食用维生素；烟草等作物的环保新用途。认识植物和动物的基因组，将使我们培育出更强壮、更抗病的动植物，降低农业成本并且为人类提供更有营养、不含杀虫剂的食物。人们已在农业领域开始使用生物工程种子种植抗病、抗旱并且几乎不需要施加杀虫剂的农作物。由于农作物和牲畜更加健康，农民能够增加产量和减少浪费。利用基因工程，可以为人类提供质量更高、数量更多的食品。但目前，对转基因生产出的食品的安全性问题还存在一些不同的看法，这需要继续对转基因食品的研究，以求早日解决这类问题。转基因技术进入21世纪农业领域的趋势是无法逆转的。转基因技术在农业上的应用，最根本的目的就是解决日益膨胀的地球人的吃饭问题。三、基因工程对社会科学的影响。基因工程与通常的研究计划不同，后者似乎仅在应用时才发现与价值问题有关，而它本身就与许多价值问题纠缠在一起。因此，人类基因组计划包含着一个子计划，称为人类基因组计划的伦理、法律和社会影响（ELSI）。1.基因工程使我们能够在有办法预防、治疗、治愈很早就能预测的疾病，若发现一个青少年有疾病的基因，他在40时或以后发病，那么现在他们生病了吗？他们是病人吗？说他们是病人可能会使他们难以找到工作或被追缴纳更高的保险费。这些携带者似乎处于健康人与病人的中间状态，所以要求我们重新审议健康和疾病的定义。2.基因工程以及基因知识的应用不应该给病人、当事人、受试者以及利益相关者造成伤害，应该有利于他们，在利害均存在时应权衡利害得失，对造成的损害要给予赔偿。 无论在基因研究，还是在基因知识的应用是都必须坚持知情同意或知情选择原则。对于可能携带不利基因的任何人，都应公正对待，不得歧视。保护个人和家庭的基因隐私。3.克隆技术有很大的实用价值。现在的问题是，能否将克隆技术移用于人？ 在人的克隆问题的争论更激烈，涉及社会伦理问题也更突出。首先无性繁殖复制的人体，将彻底搞乱世代的概念。克隆人与细胞核的供体既不是亲子关系，也不是兄弟姐妹的同胞关系。他们类似于一卵多胎同胞，但又存在代间年龄差。这将在伦理道德上无法定位，法律上的继承关系也将无以定位。其次，克隆人破坏了人的尊严。人在实验室里的器皿中像物品一样被制造出来，这样无性繁殖的人不是真正的人，而只是有人形的自动机器。每个生命都是独一无二的，都有独特的个人品性， 复制人恰恰剥夺了这一点。 再次，人类生育模式由于克隆人技术的成熟。自己生自己的生育模式在许多方面又给伦理学提出了许多解决不了的难题。克隆人还可能造成人类的性别比例失调。第四，如果克隆人是为了优生。这种优生克隆规划由谁来实施？是否要将人类分成值得克隆的优良者与不值得克隆的劣等者。 只有禁止克隆，才能避免是对不值得克隆的劣等者的严重伤害。四、基因工程对其它领域的影响。1.新能源（生物燃料）；检测污染物的环境监督；防止生物战和化学战；安全有效地清除有毒废物。1994年，美国能源部利用基因组工程研究形成的新能力启动了微生物基因组计划，对有益于能源生产、改善环境、减少有毒废物和工业加工的细菌进行基因组测定。2.在确定微生物基因组计划中完整的基因组特点所获得的信息，将使人类深入了解诸如光合系统等与新能源有关的生物技术、能在极端环境下发挥作用的微生物系统、能对可重复利用的资源和废料进行新陈代谢的有机物。预计的好处还包括对多种新产品、处理技术、测试方法的开发，打开通向更清洁的环境的大门。生物制造行业将利用无毒化学材料和酶，降低生产成本，提高工业加工的效率。纸浆的漂白、斜纹布的石洗、玻璃杯上口红印迹的清除、酿酒过程中淀粉的分解、奶酪生产过程中奶蛋白的凝结等等均已开始使用微生物酶。在卫生保健领域，测定微生物的基因排列可以帮助研究人员发现新的人类基因，并获得对致病病原体的了解。3.对微生物世界更深人的了解，还将有助于对地球上生命的适应性变化和生命限度的了解。此外，新的基因技术已经使我们能够更精确地确立微生物的多样性，确定对维持或恢复大大小小生态系统的作用和完整性至关重要的微生物。对微生物界的研究，最终将为我们了解生物的相互作用和进化史提供模式。4.科学家已经为像烟草这样的作物找到了其他用途。一位研究人员已在实验室中利用基因工程技术培育出一些新烟草，这些烟草能够产生一种可分解TNT和二硝基甘油等爆炸物的菌酶。仅仅通过在污染地区种植这些特殊的作物，就能够清除要数百年时间才能在土壤里分解的废物。5.利用基因检测技术，开创DNA法医学（身份鉴定）罪犯可能会在犯罪现场留下 DNA，这可以用来确定犯罪嫌人；为错误地受到犯罪指控的人洗冤；鉴定犯罪和灾难的分害者；确定亲子和其他家庭关系；确定濒危和保护物种，为野生动物官员提供帮助（有可能用来控告偷猎者）；查明也许会污染空气、水。土壤和食品的细菌和其他生物体；为器官移植手术匹配器官捐献者和接受者；为牲畜养殖和育种确定种系；鉴别鱼子酱和葡萄酒等消费品的真假。为了鉴别个体，法医要扫描DNA中人各不同的大约10个区域，并且用这些数据建立受检者的特征资料（有时称为DNA指纹）。6.利用基因技术，研究生物考古学、人类学、进化和人类的迁移通过谱系里的种系突变研究进化；以母系基因进遗传为基础研究不同人群的迁移情况；研究Y染色体上的突变找出父系的谱系和迁移路线；把突变进化里的断点与人口年龄和历史事件作比较。掌握基因组学将有助于我们了解人类进化和我们与所有其他生命共有的生物机理。人类和诸如实验鼠等其他生物之间的比较基因组学。已指引我们发现了不同物种里与疾病和行为有关的相似基因。比较不同微生物的整个基因组的DNA序列，将为我们提供一个新的视角来研究古细菌、真核生物和原核生物这三个生命领域的关系。7.在对基因问题的研究过程中，每进一步，对超级计算能力的依赖也会随之愈加强烈；而这反过来也推动了超级计算自身的性能更进一步。基因计算，成为和平时期超级计算机厮杀的新战场。目前的芯片制造工艺已经达到0.1微米，当线宽到达50个硅原子这一理论极限时，我们就会发现IT业的视野终会受到量子力学的左右，这将同蛋白质（几个基因共同作用所引发的天文数字般的组合功效）计算所要考虑的问题惊人的相似。所以，也有人设想，在我们通过超级计算机把蛋白质分子的相互作用和折叠方式搞清楚以后，说不准会研制出一种真正基于蛋白质的超级计算机。果真如此，也许今天的基因研究将是一个质变的起点。 如果说20世纪是物理学独霸天下，那么21世纪将是生物技术世纪。以基因工程为核心的