说起基因工程，已经算不上什么时髦的新词了，几乎人人有所耳闻。
那么，什么是基因工程？它是如何发展起来的？它在我们的生活中能发挥什么作用？读完本文也许您能了解一二。
众所周知，DNA是遗传物质，基因其实就是一段DNA。
基因工程的本质就是DNA重组，用“剪刀”在DNA的特定位置剪断，再用“胶水”把不同的DNA片段连接起来（很像做手工）。
先来介绍两种重要工具——DNA内切酶（剪刀）、DNA连接酶（胶水）。
DNA内切酶
20世纪60年代，美国科学家DanielNathans、HamiltonO.Smith和瑞士科学家WernerArber在细菌中发现了一种能切割DNA的酶，这种酶可以在特定位置切割DNA，是精确切割DNA的“剪刀”，他们因此分享了年的诺贝尔生理学与医学奖。
左：DanielNathans（-）；中：HamiltonO.Smith（-）；右：WernerArber（-），图片来自网络
内切酶在遇到DNA时并不是随便乱切的，它有自己的识别位点，只有DNA的序列与他的识别位点一致时，它才会在这个位点把DNA“一刀两断”。
内切酶是一个大家族，不同的内切酶识别位点也不同。所以，如果想随心所欲地切割DNA，就必须有种类繁多的内切酶才行。
幸好我们的大自然很慷慨，几乎在所有细菌中都有内切酶存在，有的细菌在一个属中就有几十种内切酶，如在嗜血杆菌属（Haemophilus）中现已发现的就有22种，所以切割DNA的工具非常丰富！
DNA连接酶
年，世界上有三个实验室几乎同时在大肠杆菌细胞中发现了一种酶，这种酶能神奇地把被“剪刀”剪断的DNA片段重新连接起来，包括不同来源、不同物种的DNA。
年，印度裔美国科学家HarGobindKhorana在噬菌体中又发现了一种连接活性更高的DNA连接酶——T4DNA连接酶。直到现在，T4DNA连接酶都是所有分子生物学实验室的必备试剂。
HarGobindKhorana（－）
此君由于“揭示了遗传密码及其在蛋白质合成中的作用”年就拿了诺奖，年发现T4DNA连接酶已经是后话了（图片来自网络）
有了“剪刀”和“胶水”，科学家就可以随心所欲地拼接DNA了！下图简要说明剪切、拼接、获取目的基因表达产物的过程：
第一个将上图变为现实的是美国科学家PaulBerg。年，他将猿猴病毒SV40的DNA引入大肠杆菌的DNA，二者重组后，获得了一种带有SV40基因的新型大肠杆菌，这是人类历史上首次实现DNA重组，预示着任何来源的DNA都可以相互重组，Berg因此获得了年的诺贝尔奖。
PaulBerg（-），图片来自网络
在这之后，基因工程技术风起云涌，发展迅猛，在药物研发、基因治疗等方面发挥了巨大作用，举两个例子为证：
基因工程药物——人胰岛素的研制
年以前，糖尿病属于不治之症，得了糖尿病就意味着被判了死刑。当时的治疗手段除了控制饮食别无它法，成千上万的患者不得不依靠残酷的饥饿疗法延长寿命，患者极端消瘦，最终不是病死就是饿死。
年，加拿大医生Banting首次从狗的胰腺中发现并提取到了胰岛素，证实这种物质具有降糖的效果。年1月11日，美国一名14岁的男孩泰德在注射了胰岛素后，糖尿病症状得到缓解。
从此糖尿病不再是不治之症。Banting因此获得年诺贝尔生理学与医学奖。年，世界卫生组织（WHO）将Banting的生日——11月14日定为“世界糖尿病日”。
Banting（-）
他发现并提取到胰岛素时只有30岁（图片来自网络）
虽然人们后来又在猪、牛等动物提取到了胰岛素，但这些动物胰岛素与人胰岛素并不完全相同（猪、牛的胰岛素分别有2个、1个氨基酸与人胰岛素不同），属于异种蛋白，存在免疫原性，人注射后容易产生抗体导致耐药，故降糖效果并不稳定。
在随后的几十年里，合成人胰岛素用于治疗糖尿病简直就是一个遥不可及的梦想，直到70年代初DNA重组技术出现，这个梦想终于变为现实。年美国EliLilly制药公司利用DNA重组技术，成功地将人胰岛素基因植入细菌的DNA中，并通过细菌的快速繁殖来复制、合成人胰岛素。年美国FDA批准人胰岛素“Humulin”上市，人类自此逐渐告别了动物胰岛素时代。
通过注射胰岛素，糖尿病患者可正常生活
图片由美女同事的老爸王祥琪先生提供，在此祝他健康：）
基因治疗——泡泡女孩的新生
基因治疗主要针对的是单基因遗传病，顾名思义，这种病是由单基因突变造成的，基因治疗就是把已经突变的缺陷基因“修补”好。
有一种罕见的单基因遗传病，名为重症联合免疫缺陷症（ADA-SCID），其发病率小于十万分之一。患者X染色体上的腺苷脱氨酶基因突变，导致T淋巴细胞不正常，因此免疫功能几乎完全丧失，只能生活在无菌的环境中，外出时需要将自己装在一个大气球中，任何轻微感染都可能致命。
大气球中的ADA-SCID患者（图片来自网络）
年，美国国家卫生研究院的WilliamFrenchAnderson医生运用基因疗法给一个ADA-SCID患者——4岁的小女孩AshantiDeSilva进行治疗，成功地缓解了病症。
Anderson医生从DeSilva体内抽取T淋巴细胞，利用基因重组技术将正确的腺苷脱氨酶基因植入T淋巴细胞的DNA中，再将这些T淋巴细胞重新输回DeSilva体内。在之后的检测中发现，DeSilva体内的T淋巴细胞确实可以正确地合成腺苷脱氨酶，DeSilva的免疫功能因此得到恢复。这例手术是基因疗法历史上的里程碑。目前，已经有超过例患者接受了这样的治疗。
除了以上应用，基因工程还在寻找病因、疾病诊断，以及争议颇多的转基因动植物中发挥着不可替代的作用。不论大家支持还是反对，转基因食品已经不可抗拒地出现在餐桌上，装点城市的花卉也变得更加奇异、缤纷，基因诊断越来越普遍，更多患者已从基因治疗中受益......基因工程已经与我们的生活息息相关！
本文由王海光摘编自乔中东撰写的《前沿生命的启迪》一书中的第29章"基因工程是实现人类梦想的新途径"。
该书由乔中东、贺林主编，作者汇集了上海交通大学生命科学领域的几十位著名学者，全书分为五部分：新理论和新探索、新方法、现代生物技术在医学领域中的应用、新药研发、现代生物技术在农业中的应用，具体包括38篇主题文章。
标题为编者所加，如有不妥之处，请联系：wanghaiguang
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