用遗传工程菌制造干扰素，可能治疗病毒性疾病和某些癌症

大众心目中应该都有这样一个印象，那就是20世纪70年代中期，遗传工程的起步相当困难。首先，它引起了人们某种程度的恐慌——第九章有详细介绍。其次，遗传工程又在看好它的商业团体和民众中激起了过度的乐观情绪。大众从新闻媒体中听到这类令人惊叹的成就，而且总是期望下周或明年奇迹就能发生，但从设计巧妙的实验到市场投放，是一段漫长的艰苦跋涉。第一个遗传工程产品——人胰岛素的市场投放就耗费了近10年的时间。

人胰岛素是个值得一谈的例子。它是全球6000多万糖尿病人必需的激素，可使一度失衡的关键化合物处于受控制状态。糖尿病人通常采用的是猪胰岛素，原因显而易见，因为人胰岛素是无法获取的。猪胰岛素虽然有效，但给人注射猪的蛋白，难免会有一丁点产生副作用的风险，因此一些遗传工程公司便着手克隆人的胰岛素基因，并诱导一种细菌（我们熟悉的大肠杆菌）生产并释放人胰岛素。这是一个迷人的故事，而最精彩的环节，是该基因必须被夹在大肠杆菌的一个基因中来伪装自己的产物，使细胞无法识别这一异源蛋白并破坏它。1980年，用这种方法生产的人胰岛素被用于临床试验，1982年，它在英美两国通过审批后投放市场。故事圆满结束。

借助遗传工程菌，我们还能生产其他具有医用价值的产品，包括垂体生长激素（这是一种治疗垂体性侏儒症所必需的药物，而它仅能从死者身上少量获得），还有一些激素。免疫反应中的干扰素也可通过遗传工程菌生产，人们对它格外关注，因为它有可能治疗病毒性疾病和某些癌症。自发现以来，干扰素其实一直都是不够用的，甚至连临床试验都不够，而成功地克隆其基因，起码使得试验有了更多的物质可用。这几种干扰素需要相当长的时间来发挥药理作用；这方面至今还未得到突破性成果。人的基因被克隆，用于临床诊断。某些人的遗传性疾病源于家族的遗传性缺陷，囊性纤维变性和某种肌营养不良症便属于这类疾病。目前，相关的基因已被克隆，其中基因的缺陷也得以确定。只要采集到打算要孩子的夫妇的少量血液或组织，科学家们便有可能得知他们是否携带了缺陷基因，以及这些基因是否会传给他们的后代。

按理说，较简单的遗传性疾患是有可能被治愈，或至少有所缓解的，研究者们正在进行这方面的尝试。囊性纤维性病就是一个适当的例子。该病的初期症状是肠黏膜和肺液体过度分泌，从而引起肠梗阻、呼吸不畅及肺部易受感染等问题，并最终可能导致呼吸衰竭；患者需终身用药和定期理疗，常年轻早逝。全世界约5万人受此痼疾所累。该病属遗传性疾患，与微生物无关，据追踪，它是由涉及黏液分泌的酶之单基因突变引起的。健康人的这种基因已被克隆和测序；若我们能将其置入呼吸器官的内层细胞中，应该能够防止囊性纤维性病某些严重症状的出现。要做到这点，原则上有两条途径。其一，找到能感染黏膜又不对其造成损伤的病毒，然后巧妙地把健康基因引入病毒基因组里，再用它去感染患者的呼吸道，在病毒感染的过程中，健康基因大概就能找到进入宿主细胞的通道。其二，从任意被克隆进去的载体中提取正常DNA，再把它混进某类能被黏膜细胞吸收的微粒中，那么在外来的颗粒崩解时，这种DNA就有望替下那些细胞内有缺陷的DNA。研究者们对以上两种办法都在进行尝试。他们选中的感染生物是一种腺病毒；该病毒通常引起咳嗽和咽喉疼痛，但现在，它的致病基因已被抑制，而与囊性纤维性病基因相应的健康拷贝被克隆进了它的DNA中。被选用的微粒是天然的亚细胞器——脂质体，它能进入细胞而不损伤细胞膜，并相当牢固地插入DNA中。上述任一种的悬液，都可以气雾形式使患者吸入。用动物进行的初步实验很鼓舞人心。对人体试验的报道至今不算多，但结果还是让人充满希望的。在撰写本文时，这方面的工作还在进行，但包装了健康基因的病毒产生一些不好的副作用，而脂质体也并非总是有效。不过，现在下结论为时尚早，更多的试验还有待进行。

在美国，研究者们对两名罹有免疫系统缺陷的儿童施行了基因治疗，而后者之所以得病，是因为编码腺苷脱氨基酶（ADA）的基因读码出错。治疗出现了效果：引入了正常ADA基因的白细胞的反复输进，使他们的病情得到明显控制。还有报道称，通过引入能对抗个别癌症的基因（该基因被克隆进了腺病毒里），某种癌症已经消退。基因治疗引起了制药工业的极大兴趣，因为它极可能成为很有价值的辅助药剂，而进行过的研究比公之于众的要多得多；遗传操作的应用引起了一个伦理问题，关于这一点，我将在第九章中谈及。

让我们把目光转向医学的另一领域。保护人和动物免患微生物性疾病的疫苗，传统制剂不是死亡了的病原体本身，就是与其有亲缘关系的活病原体；后者或是没有病原性，或是近于无害而不至于引起严重病症。现在，靠遗传工程制出的疫苗更为安全。例如，人或动物之所以对病毒免疫，通常是因为他（它）们的免疫系统能够识别病毒表面的一种或几种蛋白质。激发免疫性的蛋白质被称为抗原。对细菌来说，情况差不多也是这样，虽然它们的外层除了蛋白质外还有碳水化合物。我在第二章中提到过，沙门氏菌的各种抗原类型主要就与碳水化合物有关。20世纪80年代，一家叫百奥坚的生物工程公司，把与制造乙型肝炎病毒外壳蛋白有关的基因克隆进酵母菌中，开发出一种疫苗来抵抗这一至今难于对付的病原；这种从酵母菌提取的蛋白制剂，目前已被广泛用来产生对乙型肝炎病毒的免疫性，而无须接触病毒本身。在本书的前面部分我曾经谈到，诱导性疫苗已被用于控制欧洲的狂犬病流行。广泛使用的抗狂犬病疫苗实际上是活的，但确为无病原性的狂犬病毒品系，不过这还是使人担忧，因为在野生环境中，毒力减弱了的品系也许会自然地恢复或产生出致病性来。最近，科学家已把为狂犬病毒的一种具抗原性外壳蛋白编码的基因克隆进无害的牛痘病毒里，制备了更安全的疫苗，并获得了野外试验的成功。

一条获得相对安全的疫苗的新途径，是把病原体的抗原基因克隆进无害的微生物中，用以激发对危险病症的免疫性。但为何只限于微生物？生物工程学家们已经有能力把植物或动物的基因克隆给微生物，并让后者表达这些基因，或者使微生物基因在高等生物中克隆和表达。上述方法都已获得了有用的上市产品。显然，下一步是把植物或动物的基因克隆给微生物，然后再把这些基因转回植物或动物，而近年来，这种做法似乎拥有了更广阔的实用前景。许多来自动物并具医学价值的复杂生物物质——蛋白质、激素、酶、抗原的基因，已在实验小鼠身上被克隆和表达。为了开发出实用产品，科学家们常渴望有一种基因能在组织培养物中表达，或在某种易于收获产品的分泌物中表达。奶是最理想的分泌物，其次是尿液。后者并不是多么不可思议的事：长期以来，临床使用的雌性激素即是从孕妇的尿液中提取的。小鼠是比较常用的实验动物，但是它们个头太小，不适合任何大规模的实用性开发，所以研究者们会用到绵羊、牛或山羊这类大型家畜。此方面最早开发的项目之一，是α-Ⅰ抗胰蛋白酶这一酶抑制剂的基因克隆，该抑制剂可被用于救治囊性纤维性病患者。把抗胰蛋白酶的基因拷贝转入母绵羊体内，并置于其泌乳系统的控制之下，这样，基因产物就只出现在母绵羊的乳汁中，别处都没有。用类似的方式对一种名为抗凝血酶3的抗凝血因子进行克隆，可使之出现在母山羊的奶里，我有幸见过一只温顺的转基因母羊，它的奶中分泌有人的第Ⅸ因子——一种可以治疗血友病的蛋白质。把基因转入受体动物基因组正确部位的过程，依然是偶然性大且难于把握的；但无论如何，这类产物还是在20世纪90年代走入了临床试验。

不过，在更遥远的将来，组织培养物和哺乳动物的分泌物也许会被植物代替，因为后者更易于进行下一步的分离处理。稍后，我将更详细地谈及如何把外源基因引进植物里——这个过程中，植物病毒和根癌土壤杆菌都可作为载体。完整植株或植物细胞的组织培养物都能作为外源基因的宿主；更有吸引力的是水果、种子或植物的其他生殖体，因为它们的形成涉及通常处于休止状态的基因的适时表达，就像哺乳动物泌乳那样。一些转基因多叶植物，比如烟草或名为豇豆的豆科植物，已被用作抗原提取源进行试验。20世纪90年代晚期，一些生物工程公司开发了几个类似的项目，其中包括携有乙型肝炎病毒抗原的番茄和携有诺瓦克病毒（一种能引起严重腹泻的病原）抗原的马铃薯。1995年，当这些植物首次被公之于众时，新闻界提出了一种“接种疫苗”的方法，即把经遗传工程产出的、含有抗原的香蕉喂食给儿童，使之获得对疾病的抗性——想法挺不错，但眼下我们还没有这种能治病的香蕉。植物虽然生长缓慢，但养育成本很低，所以作为表达生物工程产物基因的宿主，它有着巨大的经济优势——不过，所有这类工作都面临着一个危险，那就是不好的外源基因可能会在正常植物中扩散。

疫苗产品的创新和遗传工程的开发前景，必给人们留下深刻的印象，从事这方面工作的生物工程学家也理应感到骄傲。然而，如林的强手中常有佼佼者出现。1996年，一些美国研究者的简报称，我们也许无须大费周折地大量培养带有克隆基因的微生物，再提取抗原供纯化和使用。他们发现，他们仅需分离已克隆有相应基因的质粒，而一旦把那些基因置于强力开关的控制下，他们就能给实验动物注入完整质粒，使其在这些动物中产生预想的免疫力。人们一开始对此产生了怀疑，因为他们难以相信，单纯的DNA就能引起对蛋白质的免疫反应，但日益积累的证据表明，这一方法是可行的，而且志愿者临床试验也开始进行了。DNA是怎样工作的？肌肉细胞对外源核酸有正常的防御机制，组成多数质粒的细菌DNA都会被它迅速破坏，但还是有足量的构成抗原基因的DNA，会连同它的开关一起逃到核里被表达。与蛋白质抗原相比，质粒DNA惊人地稳定，它能被冷冻甚至冷冻干燥保存。如果所谓的“DNA疫苗”能经受考验并取得圆满成功，它们就能对全世界偏远和贫困地区的疫苗接种进行彻底改革。

经证实，在与上完全不同的法庭和警务工作领域，遗传操作也有出色的表现。这就是“DNA指纹技术”。大多数读者都知道，人的指纹各不相同，没有两个人拥有相同的指纹。人的染色体有DNA区带，它们并不是基因，每个人的DNA区带也都是独一无二的，因此它们同指纹有相似的用途。与任何基因一样，这些DNA区带可以被克隆到微生物中，并被提取和分析。这类分析工作包含将克隆的DNA用一种限制性内切酶切成许多片段，然后经电泳按大小排列，20世纪80年代中期，亚历克·杰弗里斯爵士（Sir Alec Jeffreys）教授觉察到，这些排列方式就是一种“DNA指纹”。一个小孩的DNA片段排序是其父母序列的杂合，甚至同一个家庭中不同孩子的DNA排序也略有不同。这种DNA指纹技术首先在有争议的亲子鉴定及亲缘关系确定中显示了它的作用。自然，这种“指纹”并非真的指纹，唯一用到的手指，只有科学家辛勤工作的手指。

为了进行DNA指纹分析，科学家需要从几毫克的样品（如组织或体液）中提取几微克DNA来进行鉴定。而如今，完成上述鉴定仅仅需要非常少量的DNA，比如几根头发或者一丁点皮屑。为什么只需要如此微量的DNA呢？这得益于1985年前后由美国一家生物工程公司——赛图思公司发明的一项技术革新。该技术使DNA片段可以在同一容器中不断复制，直至浓度增加几百万倍。这个过程被称为“DNA扩增”。我们在此不必了解其中细节，只需知道，它的原理是利用一种合成DNA的酶（DNA聚合酶），经过加热、冷却的多次循环，该酶在每轮循环中，都会使操作者最初加入的DNA片段的拷贝数增加一倍。大多数的聚合酶在加热时便失去了活性，而这项技术的精妙之处，在于它采用了一种对热稳定的聚合酶，而这种聚合酶是从一种嗜热细菌——水生栖热菌中提取的。完成这一扩增程序的自动化仪器已随处可得。由于该技术的高度敏感性，操作者必须十分小心地防止自己的头发、皮屑、干鼻痂等落入反应体系，幸运的是，由于疏忽造成的污染很快便会被发现。

依照分子生物学家的术语，这一扩增程序被称为PCR（聚合酶链式反应）。该项技术经过某些变动，就使科学家们改扩增DNA为扩增RNA，而这一变通技术已经得到实际应用，比如对尚未发病的艾滋病患者的HIV病毒（RNA病毒）进行检测。不论做研究还是实际应用，只要量够，遗传物质的克隆就容易得多，因此，用PCR来扩增DNA或RNA已成为遗传研究和遗传工程的常规步骤，一旦你感兴趣的核酸出现短缺，就可以应用这项技术将其扩增。

●用DNA指纹做亲子鉴定。M和C是母亲和孩子的“指纹”。图中条带是同一区带DNA经电泳按大小排列显示的片段。F1和F2的“指纹”来自两位可能是父亲的人，是他们DNA样品的同一区带。此孩子具有许多与F2相同的条带，因此F2必定是孩子的父亲。［蒙亚历克·杰弗里斯爵士（Sir Alec Jeffreys）教授及伦敦英国皇家协会特许］

杰弗里斯对运用PCR的DNA指纹技术进行了改良，开发出了“DNA分布型分析”，使法医学得以革新。如今，即使在犯罪现场发现的头发、唾液、血液或像精液这类体液只有非常少量的痕迹，法医们也能毫无困难地把罪犯查出来。1986年，此项技术在英国首次付诸实施：列斯特郡警察局当时抓获了一名谋杀了两个15岁女孩的强奸犯，但没有确凿的证据指认他。倒是另有一名犯罪嫌疑人认罪，但这名犯罪嫌疑人因DNA分布图不符而免责。后来，警察局对5000名当地居住的男性取样检验。那名真凶居然安排一个替身顶他的名字受检，诡计被识破；真实样本终于落入警察手中，在罪行发生后4年，杀人真凶被拘捕判罪。(www.xing528.com)

DNA分布型分析当今已在全世界被广泛使用。1995年，模仿已有的指纹资料库，英国警察局经允许建立了一个罪犯和志愿者的DNA分布图资料库以作补充。这一方法极度可靠，因为在被告律师强烈坚持检测时，只要取样和操作适当（样品没有弄混或污染），出现错配的概率远低于百万分之一。

DNA的比较分析已被用于火灾、空难等意外灾祸后尸体的辨认。20世纪90年代中期，一个引人注目的应用是沙皇尼古拉二世（Tsar NicholasⅡ）及其家人的尸体推定；他们在1917年苏维埃革命中被谋杀，据传埋葬在俄罗斯共和国的埃克特林伯格。此传闻经证明无误。另一桩流传很久的谣言则在1998年被否定了，即与德国独裁者阿道夫·希特勒（Adolph Hitler）关系密切的马丁·博尔曼（Martin Bormann）在第二次世界大战末期逃到了南美。在柏林希特勒自杀的地堡附近，人们发现了一个头骨并将其保存下来，为进行鉴别，有关部门对其进行了DNA分布型分析。结果表明，这个头骨的DNA与博尔曼的孩子匹配。这颗及其附近发现的另一颗头骨，其齿间均有装着氰化物的安瓿的玻璃残渣：显然，博尔曼曾试图逃跑，但意识到失败不可挽回后，就步希特勒（Führer）之后尘自杀了。1996年于加拿大报道应用该技术的实例令人印象深刻：通过对一件染血夹克上发现的一根猫毛做DNA分布图检测，警察们得以对一名杀人犯定罪，因为这根猫毛的DNA分布图与他家猫的一致。

对保存完好的猛犸象和古尸上残留的DNA，研究者们已用PCR进行了扩增，但我们必须记住，真正留在这类样品上的DNA并非活细胞中存在的那种长链状分子；随着时间的推移，DNA分子会缓慢地自动瓦解，结果分子数量与日俱增，链越来越短；能够被扩增的就是这些片段或其中的一部分。即使是1000年后，我们也不太可能从残留的DNA中扩增出整个完整无损的基因，更何况5万年后呢？几乎所有的基因都已经解体了。不管是科学家们从数百万年前变为琥珀中化石的昆虫中分离出了DNA链的报道，还是恐龙的DNA可能被克隆的说法，都与目前DNA化学的现状不相符。我们对这些结果应当持保留态度，除非它们能在一些实验室中得到证实；试图对其证实的科学家确实成功扩增了一些DNA，可惜那些只是污染进样品的现代DNA。它们要真是恐龙的DNA就好了！想想《侏罗纪公园》，多精彩的一部电影啊，不是吗？

DNA的扩增及RNA的扩增是一种新奇的研究手段，而且持续地对整个生物学界和医学界产生着巨大的影响。在普通微生物学的研究中，当取自病人、食物或自然环境的样品中微生物数量很少时，借助某些特殊微生物的DNA链，我们就可以用DNA扩增技术对它们进行检测。例如，借助这一技术可查出一杯牛奶中的单个利斯特氏菌细胞。该技术为科学家们提供的病原体（包括生物战病原）检测方法，比传统的培养法要快得多。这些研究也揭示出了呈自然状态的DNA链，它们至今不为人知，有些深埋土壤下层，这说明在那里有从未在实验室培养过的微生物类型存在。

由于有现代的DNA操作技术，不论在试管内进行或是在活细胞间转移活动的遗传因子，如今都可以很容易地改变微生物的性状，例如生产新的产抗生素的链霉菌菌株，改变酵母菌的遗传性状，或者使微生物产生的可溶物产量增加。20世纪80年代，一场针对重组微生物的持久争论在美国展开。霜冻使加利福尼亚的草莓严重毁坏，罪魁祸首是丁香假单胞菌的细菌，它在植物及其周围生长时并无害处，但偏巧它含有某种蛋白质，作为晶种能够促进冰的形成，因此在英国的冬天，这些细菌产生的白粉常引起结霜。冰的形成使植物在本不会受伤的-4℃被霜冻毁坏。80年代初，加利福尼亚聪明的微生物学家培养出“不结冰”的（即不形成生冰晶蛋白的）丁香假单胞菌菌株，并于1982年提议在草莓试验田施放大量的该菌株以抑制野生菌株，从而保护草莓不受伤害。他们的提议引发了当地环保主义者的愤怒和焦虑，因为后者担心非天然的微生物会传播开来，并造成意想不到的后果，即便被告知了这种冰冻蛋白缺陷的菌株是天然存在的，这种疑虑仍然无法消除。不过他们只是一小部分人。经过公开的法庭和科学辩论，该缺陷菌株终于获准施放，然而，第一块试验田却被激进分子破坏了。正规试验几年后才得以进行，但最终是成功的。这个例子只是少数外行们对微小的危险产生的极端反应，但它揭示了一个重要的观点，那就是生物工程工作者目前已能制造各种各样非天然的生命形式，而这种能力早晚会带来危险。因而，在计划进行这类生物的施放以前，我们必须预先考虑一下潜在的危险，并且令人信服地加以防范。第九章将对此做详细论述。

从积极的方面看，农业似乎是另一个得益于新兴生物工程的领域。微生物的基因能通过一个特殊的质粒——Ti质粒转移到植物中。Ti质粒天然存在于一种植物致病菌——根癌土壤杆菌中。它自身能从微生物转移到植物中，并整合在植物的细胞核DNA上。它通常使植物产生根瘤，但并不严重，生物工程学家便培育出了没有什么害处的菌株。微生物的抗性基因已被克隆到了Ti质粒上，它被引入植物而使之产生相应的抗生素抗性，目的基因可以与抗性基因一起被克隆并转移。随后，从植物中把Ti质粒基本或彻底除去的方法有很多种。我曾在第149页叙述过转基因植物的成功案例，例如将苏云金芽孢杆菌的昆虫毒蛋白基因转入植物中，使植物对其害虫表现出毒性，其中毒素基因的载体是Ti质粒，如图所示，结果显而易见。蒙桑托（Monsanto）公司构建了一“Bt＋”系马铃薯，它能抵抗可怕的科罗拉多甲虫，而美国有3个Bt＋玉米变种可用。

●遗传工程的成功例子。图示为两棵烟草，右边一棵转移了从苏云金芽孢杆菌分离的基因而产生对毛虫的毒蛋白；另一棵为非转基因的同种植株。拍照前，两棵植物均受毛虫侵袭达11～12天。转有细菌基因的植物因其产生自己的杀虫剂而未受虫害，另一棵则被吃掉了。［蒙亨特大学马克·冯·蒙塔古（Marc van Montagu）特许］

带有苏云金芽孢杆菌毒素的植物会使农耕业的害虫控制状况彻底改观，但这种做法可能带来的风险也值得人们认真考虑。如果这类植物生长在开阔的田野，毒素基因会通过花粉传给相关的野生植物吗？当地包括益虫在内的昆虫区系随后就会遭到破坏，甚至淘汰。鸟类会因无昆虫可食而挨饿吗？这些问题的解决办法是存在的：人们可以栽培无花粉可用的不育植物，或将毒素基因置入不被性传递的细胞器DNA中。不过，微妙的危险仍然存在。在转基因植物的叶片中，毒素的浓度相当低，而且在以下情况中，生物很容易获得对毒性物质的抗性：其一，附近毒性物质不多；其二，一些毒性物质长期存在。对苏云金芽孢杆菌有抗性的昆虫变种很少见，但毕竟还是有的；如果害虫持续受到转基因植物低浓度毒素的作用，则相比于往作物上喷洒苏云金芽孢杆菌或其毒素溶液，敏感昆虫抗毒素突变种出现的概率更高，因为喷洒的方法使毒素的初始浓度较高，但那些没起作用的毒物很快就被雨水冲走或失效。至少有3种预防措施可使危险减至最小。其一是针对植物的：在产毒素作物旁边种植一片不产生毒素的相同作物，以储备无抗性的昆虫，只要让这些昆虫与任何出现抗性的昆虫交配，当地群体中出现抗性后代的概率就会降低。再一个比较巧妙的办法要靠植物分子遗传学家：把Bt基因置于对外来化学物质（如稀酒精）起反应的基因开关的控制之下，让农夫（而不是植物）来控制毒素基因的表达。当虫灾来临时，农夫借喷洒稀酒精来开启植物毒药开关，这样就不会有产生抗性昆虫的危险。但最实用的防御措施是著名的“联合防虫法”，即化学药物和转基因植物双管齐下（同时或先后使用）。实行这些措施的种种考虑表明，在决定施放遗传工程生物时，我们必须对一些问题有所预见并深思熟虑。

花椰菜花叶病毒是一种DNA病毒，经过修饰可以成为对宿主植物没有伤害的病毒载体，外源基因可以被克隆到其中。所以我们可以利用这种病毒，把一种基因引入西红柿或烟草植株，使后者产生对某种专利除草剂的抗性，而被引入的基因并不是微生物基因，而是来自一种植物——碧冬茄的变异株。受到这一发现的启发，多家公司考虑通过这个办法，让油菜、棉花和大豆等重要的农作物对除草剂产生抗性，于是当农夫向农田里喷洒除草剂时，他们只会杀死杂草，而不会影响作物的生长。农用化学工厂对这一科学进展充满热情，因为它有望提高除草剂的销售量，但那些愿意在乡间欣赏野花的人恐怕就不这么想了。

运用相似的方式，植物能产生对植物病毒的抵抗力，不仅如此，从理论上说，植物产品的营养价值也可以得到提高。例如，植物蛋白通常缺乏赖氨酸，那我们就可以把一种高产赖氨酸的微生物基因引入植物中。此外，科学家们还能让引起成熟水果变软的基因失活，从而使水果更久地保持质地坚实，于是在美国，多种番茄的货架寿命得以延长；在这方面，“佳味”就是一个非常成功的商业品牌。再有，通过引入大肠杆菌的一个基因，马铃薯块茎的淀粉含量明显增多。为什么要这样做？因为它们在烹调时不太吸油，可制出较利于健康的炸薯条——对不起，应该叫法国油炸食品（French fries）。

我提到的所有例子中，引入植物的新性状都是由单个基因编码的。这一点很重要。对高等植物而言，读取和表达单个外源微生物基因是没有什么困难的。但是，人们希望引入植物的某些性状，可能是由多个基因协同作用而产生的。如果这些基因来自其他植物或真菌，表达虽有困难，却不至于太严重。但是如果这些基因来自微生物，那困难就大了，因为微生物阅读和翻译其遗传信息的方式完全不同于高等生物。打个比方，将细菌的一个基因簇转入植物并期望它得到表达，就如同给说英语的工程师一串匈牙利语指令，尽管字母可以被识别，但意义完全不同。这个问题的解决思路，包括深入了解这两类生物的阅读机制，但是成功还遥遥无期。这样的问题挺实际的，打个比方，如果我们能把固氮性能转移到农作物上，农作物就不再需要依赖固氮细菌或人工氮肥了，那么一个全球食物生产的主要制约因素就得以消除。我相信这一目标总有一天会实现。然而，目前的问题是如何使植物利用这些固氮基因，因为固氮基因组是包括20个基因的一个复杂的调控系统。到目前为止，这些基因中只有一个能在植物材料中完成微弱的表达。

基因在微生物之间的转移以及由微生物介导的动植物间的转移，目前已是研究中的家常便饭，并且已开始在工业生产中显现其推动力了。但是事情到此为止了吗？为何不在实验室制造全新的基因并转入生物体呢？既然遗传密码已经被破译了，既然化学家们不仅能合成DNA分子的原件，还能将它们串成基因样的DNA链，那么这应该是可行的。没错，这个设想已经被提出并付诸实施了。早在20世纪70年代初期，科拉纳（H. G. Khorana）与其助手们就在美国用化学方法合成了两个小基因，它们可以在酵母菌和大肠杆菌内将氨基酸移来移去。现在，克隆一个现成的基因、将其纯化、用合成的DNA链替换掉部分DNA链以改变其化学结构等操作，都是比较容易的事了。事实上，人们目前可以买到电脑控制的机器来合成特定的DNA链。绝大多数基因可编码蛋白质，因而，全合成或部分合成的基因需被插入质粒并引入大肠杆菌宿主。假定其插入位点有阅读信号，则大肠杆菌将能够制造该基因编码的蛋白。当然，事情不总是如此顺利，新的基因产物对其宿主也许不太有益，但此项策略总的说来是成功的，并催生了一个前文提到过的新技术——“蛋白质工程”，人们可以用它设计制造全新的蛋白质。蛋白质工程的早期产物是改变了底物特异性的酶，它们有助于阐明酶的作用机理，而不久以后，人们也许会创造出新的酶，作用于全新的底物——一些从未被生物系统用作底物的物质。将来，这些都有可能被应用于工业生产，而微生物也将在生产中扮演主要角色。

利用相关的基因修饰酶类的做法，为制作新的有用的催化剂开辟了思路；应用遗传工程技术改造植物已成为现实；动物的改良也在进行之中；而对人的改良（应用基因治疗法对付遗传疾病）也刚刚起步。除此之外，还有新疫苗、新药，以及检测和鉴定各种生物实体（从病毒和细菌到尸体和罪犯）的新方法，再加上大量的其他精巧的应用——大多数内容我都略去未谈。上述所有活动中，微生物是必不可少的工具。与我们的付出相比，回报或许来得缓慢，但现在它们都正在兑现，且前景是美妙的。在我的简短叙述中，我似乎总是着重于健康与食物，但这又何尝不是人类的原始兴趣呢？工业生产最知道从哪儿挣钱，我有必要在下一章讲讲这点。考虑到现代研究的发展方式，我把本章重点放在了工业生产及创造利润的工艺上。准确地说，本书就是围绕应用微生物学和工业微生物学写成的，而两者都是以工业生产工艺为对象的。对工业有益的一般也对公众有益，但是也有例外情况。下面我就要谈谈有益于公众的微生物应用了。