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1、基因组测序、干细胞、基因工程与未来人类社会随着现代社会经济的发展，人才力量在不断壮大，各项科研技术飞速突破，形势一片大好。与人们生活密切相关的生物技术更是一马当先，为人们带来不小的福音。基因组测序、干细胞、基因工程等等这些热门词汇早已在报纸上屡见不鲜了，只是具体怎么回事估计大多数非生物以及相关专业人士并不是很明白，就像我。因此，有必要详解一下。基因组测序是指对某个物种基因组核酸序列的测定，最终要确定该物种全基因组核酸的序列。目前我们知道有人类基因组计划，什么叫人类基因组计划呢？人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出，并于1990年10月正式启动的，其核心内容是构建DNA序列图，即分析人
2、类基因组DNA分子的基本成分及碱基的排列顺序，绘制成序列图。它旨在通过国际合作，阐明人类基因组大约10万个基因、30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清楚它们在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。 人类的基因存在于人体每一个细胞内的脱氧核糖核酸分子即DNA分子上。DNA分子在细胞核内的染色体上，由两条相互盘绕的链组成，每一条链都是由单一成分首尾相接纵向排列而成，这种单一成分被称为碱基（因为这些化合物溶于水中能形成碱性溶液）。碱基有4种，分别简写为A、T、G、C。它们排列组合构成了基因，正是这些“字母”决定和影响着我们的肤色、身高，甚至生老病死。这一
3、计划与“曼哈顿原子弹研制计划”、“阿波罗登月计划”并称为人类科学史上的“三大计划”。中国、德国、法国、日本、英国与美国6个国家的16个中心组成国际协作组，人类基因组计划所倡导的是“全球合作、免费共享”的原则。人类基因组的研究不仅对认识人类自身的遗传、生长、发育、衰老、死亡以及性状、行为等有重大理论意义；而且对发展医学、制药、工农业生产乃至国防建设均有直接的关系，其研究成果将使人类的生活发生革命性的变化。参加这项计划的中国科学家宣布，在完成基因组计划之后，将重点转向研究中国人的基因，特别是与疾病相关的基因；同时还将应用人类基因组大规模测定碱基顺序的技术，测定出猪、牛等哺乳动物基因组的全部碱基顺序
4、。科学家认为,人类基因计划对整个世界都会产生影响。诚然，这是实话。但花这样大力气集中做一件事是否值得？是否冲击了生命科学其他重要问题的研究？这产生的影响对未来社会又会是怎样的呢？生活中，我们可以看到比起20世纪40年代的曼哈顿原子弹计划和70年代阿波罗登月计划，跨世纪的全球人类基因组计划对人类社会的影响将更为深刻。因为它的全面完成必将极大地提高人类的健康水平，改善人类的生存质量。并且它与信息科学和材料科学等学科的结合，将促成新的高新技术产业群的诞生，形成强大的生产力，推动人类社会的进步。人类基因组计划的重大影响下，（1）在 HGP推动下，世界大公司投入生物技术意向剧增。（2）推动新学科兴的起，
5、如生物信息学（Bioinformatics）、基因组学（Genomics）等。个体化的基因组医学诞生，基因芯片进入临床服务时，不仅可以高效进行分子诊断，而且可以鉴定每个人基因组的表达格局。临床医生可以根据每个人的生物学密码，制定个人特异的治疗方案，避免药物的毒副反应；判断多基因复杂病的发病风险，通过改进生活方式，防止发病。但临床医生必须注意为病人保守秘密，维护知情同意，反对基因增强和胎儿选择。基因克隆和重组技术日趋成熟，在商业目的的驱使下，人类将大量的改造物种，开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪”。人类基因组计划完成，使我们进入了后基因组时代，人类将解读自身大约3万个基因的含义。危害人类健康
6、的5000多种遗传病，以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、精神病等，都可以得到早期诊断和治疗。基因工程药物将得到广泛的应用。可以设想，再过一二十年每个人都将拥有一张“基因身份证”，上面详细记录了你所有的遗传信息和基因缺陷。疾病诊断向基因诊断的过渡， 即“此人患何病？”转向“何人可能患此病? ”就诊时，无论是去医院或在互联网上就诊，经过一系列的检查，确诊为某一种疾病时，只要把“基因身份证”插入电脑，同时输入疾病和检查的相关信息，电脑就会提示你该选择什么药物、什么剂型、最佳剂量和注意事项，既快捷又准确。药物基因组学根本目的是运用遗传信息进行个性化用药，将正确的药物、正确的
7、剂量在恰当的时间给予合适的患者。药物基因组学在药物设计、制造和应用方面正酝酿着一场根本性的革命！药物基因组学将在临床合理用药中得到广泛应用，真正实现“量体裁衣”，因人而异，实现最佳的治疗效果，从而可能带来一个“个性化药物”（personalized medicine）的时代。 再来看看干细胞，估计民众更多是通过报纸知晓06年韩国科学家黄禹锡学术造假案而知道这个名词的。干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细
8、胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞（Pluripotent stem cell）和单能干细胞（unipotent stem cell）。干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”胚胎干细胞(Embrtibuc stem cell)的发育等级较高，是全能干细胞（Pluripotent stem cell），而成体干细胞的发育等级较低，是单能干细胞。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包
9、括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现，成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。在胚胎的发生发育中，单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中，正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。然而，这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明，组织特异性干细胞同样具有分化成
10、其他细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。干细胞具有自我更新能力（Self-renewing），能够产生高度分化的功能细胞。干细胞按照生存阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。越来越多的证据表明，当成体干细胞被移植入受体中，它们表现出很强的可塑性。通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。而在某些情况下干细胞的分化并不遵循这种规律。1999年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞系。这种现象被称为干细胞的横向分化（trans-differentiation
11、）5。关于横向分化的调控机制目前还不清楚。大多数观点认为干细胞的分化与微环境密切相关。可能的机制是，干细胞进入新的微环境后，对分化信号的反应受到周围正在进行分化的细胞的影响，从而对新的微环境中的调节信号做出反应。克隆猪、克隆羊，其技术的机制原理和干细胞是一致的。说这么多，干细胞与未来人类社会有何意义呢？干细胞研究的意义如下：分化后的细胞，往往由于高度分化而完全丧失了再分化的能力，这样的细胞最终将衰老和死亡。然而，动物体体在发育的过程中，体内却始终保留了一部分未分化的细胞，这就是干细胞。干细胞又叫做起源细胞、万用细胞，是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。可以这样说，动物体就是通过干细胞的分裂来实
12、现细胞的更新，从而保证动物体持续生长发育的。早在19世纪，发育生物学家就知道，卵细胞受精后很快就开始分裂，先是1个受精卵分裂成2个细胞，然后继续分裂，直至分裂成有16至32个细胞的细胞团，叫做桑椹胚。这时如果将组成桑椹胚的细胞一一分开，并分别植入到母体的子宫内，则每个细胞都可以发育成一个完整的胚胎。这种细胞就是胚胎干细胞，属于全能干细胞。骨髓、脐带、胎盘和脂肪中则可以获取组织干细胞。每个人的体内都有一些终生与自己相伴的干细胞。但是，人的年龄越大，干细胞就越少。为了弥补干细胞的不足，一些科学家建议从胚胎或胎儿以及其他动物身上获取干细胞。进行培养和研究。干细胞的用途非常广泛，涉及到医学的多个领域。
13、目前，科学家已经能够在体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种子”，培育出一些人的组织器官。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使人能够用上自己的或他人的干细胞或由干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换自身病变的或衰老的组织器官。假如某位老年人能够使用上自己或他人婴幼儿时期或者青年时期保存起来的干细胞及其衍生组织器官，那么，这位老年人的寿命就可以得到明显的延长！所谓基因工程，狭义的基因工程仅指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因，如用重组DNA技术，将外源基因转入大肠杆菌中表达，使大肠杆菌能够
14、生产人所需要的产品；将外源基因转入动物，构建具有新遗传特性的转基因动物；用基因敲除手段，获得有遗传缺陷的动物等。广义的指将在体外进行修饰、改造的脱氧核糖核酸分子导入受体细胞中进行复制和表达的技术。基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物
15、工程共同组成了生物工程。 所谓基因工程（genetic engineering)是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，属于基因重组。是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的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，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。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
16、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。基因工程是一种按人们的构思和设计，在试管内操作遗传物质，并最终实现改造生物的新技术。基因工程对生物的改造，可以使生物像工厂似的为人类生产特殊产品，也可以使现有的动植物更符合人类的要求。 基因工程在医药业中的应用。利用基因工程生产蛋白类药物，可提高产量，降低成本。如干扰素是一种蛋白质，能抑制癌细胞增殖，增强身体的防御功能。前田进日博士采用基因工程技术，使蚕生产人干扰素获得成功。他发现，附在蚕体内的NPV（核多角体病毒）增殖效果好，在蚕的一个细胞核中可以增至100万个。他把带有干扰素基因的重组体NPV接种到蚕体内，蚕便在体液中分泌出干扰素。 基因疗法是基因工程的又一重大应用。遗传病是长期困扰人类的一类不治之症，迄今已发现的有3000多种。其根源于遗传基因存在缺陷，主要特征是可随生育而传代。基因疗法就是通过向
