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,特别是当人们了解到遗传密码是由 RNA转录表达的以后,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.
如果将一种生物的 DNA中的某个遗传密码片断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,这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同.
这种做法就像技术科学的工程设计,按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物.这种完全按照人的意愿,由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术,就称为“基因工程”,或者说是“遗传工程”.
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工程共同组成了生物工程.
基因工程一般包括四个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段,这种DNA片段被称为“目的基因”；二是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组 DNA；三是把重组DNA引入某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来.
DNA 分子很小,其直径只有20埃,约相当于五百万分之一厘米,在它们身上进行“手术”是非常困难的,因此基因工程实际上是一种“超级显微工程”,对 DNA的切割、缝合与转运,必须有特殊的工具.
要把目的基因从供体 DNA长链中准确地剪切下来,可不是一件容易的事.1968年,沃纳·阿尔伯博士、丹尼尔·内森斯博士和汉密尔·史密斯博士第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶,它能够在DNA上寻找特定的“切点”,认准后将DNA分子的双链交错地切断.人们把这种限制性内切酶称为“分子剪刀”.这种“分子剪刀”可以完整地切下个别基因.自70年代以来,人们已经分离提取了 400多种“分子剪刀”.有了形形色色的“分子剪刀”,人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链的切割了.
DNA的分子链被切开后,还得缝接起来以完成基因的拼接.1976年,科学们在5个实验室里几乎同时发现并提取出一种酶,这种酶可以将两个DNA片段连接起来,修复好DNA链的断裂口.1974年以后,科学界正式肯定了这一发现,并把这种酶叫作DNA连接酶.从此,DNA连接酶就成了名符其实的“缝合”基因的“分子针线”.只要在用同一种“分子剪刀”剪切的两种 DNA碎片中加上“分子针线”,就会把两种DNA片段重新连接起来.
把“拼接”好的 DNA分子运送到受体细胞中去,必须寻找一种分子小、能自由进出细胞,而且在装载了外来的 DNA片段后仍能照样复制的运载体.理想的运载体是质粒,因为质粒能自由进出细菌细胞,应当用“分子剪刀”把它切开,再给它安装上一段外来的 DNA片段后,它依然如故地能自我复制.有了限制性内切酶、连接酶及运载体,进行基因工程就可以如愿以偿了.
运载体将目的基因运到受体细胞是基因工程的最后一步,目的基因的导入过程是肉眼看不到的.因此,要知道导入是否成功,事先应找到特定的标志.例如我们用一种经过改造的抗四环素质粒PSC100作载体,将一种基因移入自身无抗性的大肠杆菌时,如果基因移入后大肠杆菌不能被四环素杀死,就说明转入获得成功了.
