人工蛋白质的构建：基因工程技术的应用

如果我们想要让一个细菌在细胞里合成一种哺乳动物的蛋白（就叫它“蛋白A”吧），我们首先要想办法找到这个“蛋白A”的基因，测出它的核苷酸序列，然后用各种办法取得它的基因也就是DNA片断，例如用从细胞里提取的方法，或者用人工合成的方法。 现在，假设我们已经得到了这个DNA片断。 那么怎样才能让一个细菌的细胞能“生产”（或者用专业一点的词汇，“表达”）这个蛋白呢？ 细菌体内有现成的蛋白质合成机器，就是核糖体、转运RNA-tRNA、各种氨基酸和各种相应的酶等。 现在需要的只是我们想表达的那个蛋白的信使RNA-mRNA。 而且，细菌细胞里还有各种转录酶类，只要把合适的基因送进去，它们自己就会给你把mRNA合成（转录）出来。 因此，我们要做的只是建造一个合适在细菌中被表达的、带有想合成的”“蛋白A”基因的人工DNA。 说到底，我们最好能够找到一个本来就可以在细菌细胞中被表达的DNA，再把我们的基因连接上去，不就行了吗？

这样的能在细菌中表达的DNA的确是有的，它叫做“质粒”。

质粒是一种环状的DNA（图20），主要存在于细菌中。 质粒自己可以被细菌的DNA合成酶系复制、数目不断扩增。 它比细菌的主要DNA（注意，细菌没有细胞核，所以我们就叫它“染色体DNA”吧）扩增得快得多：一个细菌只有一个染色体DNA，不会再增多；但是，只要有一个质粒钻进细菌，不要很久就会增殖成很多个，有的甚至可达上千个。 质粒上本来就带有几个基因，像细菌的抗生素抗性基因，以及质粒自身扩增需要的基因。 因此，质粒是我们把要合成的蛋白的基因装载上去的最好的载体。也就是说，如果我们“塞”进细菌的质粒带有我们想制造的蛋白的基因，那么如果细菌“觉得合适”的话，就会自动在它们体内为我们制造出那些蛋白来。 这样，科学家就实现了让细菌为人类生产新型蛋白质的目的。

图20 质粒示意图(www.xing528.com)

科学家早就看中了质粒在人工制造蛋白质上的用处，因此已经把自然界的细菌中差不多所有的质粒都提取出来了，并且测定了它们的核苷酸序列。 当然，它们上面有些什么限制性内切酶的位点，也都弄得一清二楚，画成了图（叫限制酶酶切图，又叫“物理图”）。 不仅如此，科学家们还对自然界的质粒做了大量的改进，建造了很多有特殊用途的人造质粒，像把噬菌体和病毒的DNA序列连接上去的质粒，甚至把一部分大肠杆菌的基因组DNA也连了上去的巨型质粒，等等。 这样，科学家手里就有了足够使用的工具，可以随心所欲地建造人工蛋白质，当然还可以用于其他的用途。

在做了这些准备工作以后，建造人工蛋白质的工作就很简单了。 不过我们在动手做实验之前，正像我们前面讲过的一样，要多动动脑筋。 首先，怎样才能把质粒DNA跟我们的“蛋白A”DNA连在一起？ 第二，怎样使细菌的转录酶（第三章讲过，又叫“依赖DNA的RNA聚合酶”）把我们的“蛋白A”基因正确地转录成mRNA？ 第三，怎样把建造好的质粒DNA送进细菌细胞里去？ 特别是第四，怎样不让没有带上我们的质粒的细菌也胡乱生长起来？ 如果是那样，我们的人工蛋白质肯定做不成。 这些问题，在做基因工程实验以前，是非解决不可的。 当然，在我们讲这些事之前很久，科学家们就已经解决了这些问题了。