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中华学生百科全书-第248部分
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简单的事：把矿石放到细菌培养液里浸着，过一段时间收集细菌的尸体，略
加处理就能得到纯度很高的金属了。像氧化亚铁硫杆菌那样喜欢吃金属的菌
种为数不少，食性也多种多样，喜欢吃金的、吃铀的、吃镉的……各有所好。
细菌冶炼的成本较低，原料利用率较高，产生的有毒废物很少，是一种很有
潜力的冶炼方式。
然而，大自然中这些喜欢吃金属的细菌，不同程度地存在一些缺陷，繁
殖较慢、适应环境的能力较差等等。单靠它们，要大面积推广细菌冶炼是有
困难的。基因工程专家们就着手对这些细菌进行改造。改造有两条途径，一
种是通过 DNA 重组改造这些细菌的遗传特性，使它们提高繁殖能力和适应能
力；另一种是干脆把吃金属的基因转移到大肠杆菌和某些酵母菌中去，让这
些繁殖快、适应能力强的菌种来完成冶炼金属的任务。这两条改造途径都取
得了一定进展。有人预言，不出 20 年，冶炼工业将发生革命性的变化——高
温冶炼和化学提炼的设备将大批消失，基因工程菌将成为冶炼工业的主力
军。
除了冶炼工业，基因工程菌在食品工业、化学工业、塑料工业等领域也
日益活跃。许多重要产品都可以用基因工程菌来合成、生产，例如饮料、乳
酪、乙醇、有机酸等等。
值得一提的是，这些生产流程都要在发酵罐里完成，要按发酵工程的工
艺流程来实现。原先发酵工程里使用的微生物，是通过筛选、诱导突变等手
段来取得生产性能最好的菌株，进行大量培养，然后投入应用。而基因工程
菌则是对微生物的基因开刀，进行改造，人为地获取最好的生产性能。所以，
基因工程菌是基因工程与发酵工程的结合点。可以这样说，基因工程通过发
酵工程的工艺来实现许多生产目的，而发酵工程采用了基因工程菌则是如虎
添翼，两腋生风。
癌症克星
今天，人类视癌症为洪水猛兽，人们谈“癌”色变。癌症虽不是死亡率
最高的疾病，但它像魔鬼一样令人望而生畏。现在，全世界每年有 600 万癌
症患者辞别人间，其中发展中国家超过一半。几十年前一旦得了癌症，很少
有人能挣脱它的魔掌。现在，由于医学不断进步，癌症治愈率也在不断提高，
但这种治愈只是说“5 年内未复发或癌细胞不转移”。癌症不仅光顾老年人，
对青年和儿童也“一视同仁”。
现在，人们正运用生物工程技术研制新型药物，创造新颖的治疗方法，
即将形成第四代抗癌疗法。如运用杂交瘤技术研制的各类单克隆抗体，已成
为一个个“抗癌导弹”。目的临床试验单抗药物已近 40 种，其中 15 种是抗
癌新药，有 5 种已完成临床试验，正申请批准投放市场。从临床试验的适应
症来看，单抗主要用于结直肠癌、淋巴癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、黑色素
瘤、白血病、前列腺癌和胰腺癌等癌症的治疗另外，无毒治癌的抗体也在加
紧试验，目前普通的抗癌药物或多或少有毒作用。我们正准备开始对现在没
有任何有效疗法的胰腺癌、乳腺癌和鳞状细胞肺癌的患者进行试验。我们也
曾对患鳞状细胞癌的病人用了这种抗体，结果表明无副作用反应而且抗体都
集中在肿瘤细胞上，因而即将对普通疗法 无效的晚期肺癌和对此疗法反应灵
敏的早期肺癌患者进行试验。
人们运用基因工程研制新型疫苗、新型药物和新型诊断试剂，取得了巨
大成功。
基因疗法是一种最新的治癌方法，通过此疗法可修饰矫正那些变化的染
色体（如化学药品中的农药、杀虫剂能损害人类负责传送基因信息的第 5 号
和第 7 号染色体），促使癌细胞“改邪归正，弃恶从善”。基因治疗虽然开
展仅 3 年多时间，但它是非常有发展前途的抗癌手段，被认为是癌症疗法新
纪元的开始。它的成功，定会成为一束射杀癌症恶魔的死光。脑瘤，是最难
治疗的一种癌症，其恶性最强的是脑胶质芽瘤。这种毒瘤美国每年有 5000
名新患者，其平均存活期限不超过 1 年，存活期达 5 年的不到 5．5％，迄今
没有任何有效疗法。美国国家神经疾病专家将含有胸腺嘧啶核苷酸激酶基因
的改变了遗传性的鼠逆病毒送进病人脑瘤细胞中，然后再注射抗病毒药，当
这种酶与抗病毒药一接触就能杀死肿瘤细胞，这为治疗脑癌带来了希望。恶
性黑瘤是一种致命的皮肤癌，科学家将恶性黑瘤病人的组织细胞进行离体培
养，再生细胞中插入肿瘤坏死因子（TNF）或白细胞介素（IL—2）基因，然
后送回病人体内。他们希望经过这样处理的细胞能对病人产生抗癌“免疫”
作用，从而引起病人的免疫系统袭击癌瘤。1992 年 6 月，专家们又开始了一
项体内基因疗法试验。他们不是把细胞取出用遗传工程方法使这些细胞表达
某种蛋白质，而是向一位 67 岁女患者的恶性皮肤肿瘤直接注射一种基因。该
基因来自一位健康人的淋巴细胞。他们希望该基因将在肿瘤细胞中表达，并
向肿瘤细胞发起免疫袭击。这种试验是第一次直接转移人转变遗传物质的试
验，表明人们已开始用 DNA 作为一种药物治疗癌症。
一场围歼癌症的战役已经打响很久了，生物工程向癌症发起的攻击将要
开始。现在我们还处于抗癌“魔弹”的制造与试验时期，但对这些用生物工
程制造的“魔弹”的效力充满信心。今后，将通过生物工程技术，以癌细胞
的 DNA 为对象，对癌遗传基因与患癌、癌抑制基因与防癌、细胞内信息传递
结构与患癌机制等开展基础研究，还将根据新的药效结构开发出治癌药物。
预计在大约 40 年后，人们将不再对癌症产生恐惧。
细胞工程
细胞工程的诞生
1978 年 7 月 26 日，这是个值得人类庆贺的日子。这一天，人类第一个
“试管婴儿”在英国呱呱落地，一声啼哭震惊了整个世界！她的诞生，虽然
引发了社会学和伦理学的议论，但重要的是使身患某些不孕症而又希冀后继
有人的夫妇，升腾起希望的曙光。迄今，试管婴儿的数目像几何级数一样跳
升，人类已有许多个“试管婴儿”诞生并健康成长。他们的诞生实现了生物
工程发展上的飞跃。通过科学家的设计和规划，奇迹不断出现，各种各样的
“试管婴儿”开始降临人间，令造物主也惊羡不已，自叹弗如！现在，已有
许多“试管婴儿”在农业（包括林、牧、渔）、医药、能源、环境保护等重
要行业留下了足迹。
“试管婴儿”是细胞工程的一大杰作。试管为什么可以孕育生命？何为
“细胞工程”？要弄清这些知识，我们还得将细胞工程发展史的镜头转到 300
多年前去。
1665 年的一天，英国建筑师罗勃特·虎克架起了那架自制的、简陋的显
微镜，将一块栎树皮（即软木）放在了显微镜下。他大概怎么也不可能意识
到，生命科学史的新的一页即将在他的手下揭开，这一天将成为生物学的一
些分支学科的起点。
就在这一天，罗勃特·虎克看到，显微下的栎树皮是由许多蜂窝状的小
格子组成的。这些小格子密密麻麻，形状相似，排列颇为规则。于是，他把
这些小格子定名为“细胞”。在拉丁文中，细胞的意思是“小室”。
在其后的一二百年中，对细胞的研究层层深入。人们逐渐发现，不仅树
皮是由细胞组成的，树身、树根、叶子、花、果实……植物的所有部位都是
由细胞组成的；不仅所有的植物是由细胞组成的，所有的动物也都是由细胞
组成的。连微生物也不例外，也是由细胞组成的；只不过有的微生物结构比
较简单，甚至是一个原始的、不完整的细胞。
当然，不同生物的细胞有很大差别，同一生物的不同器官组织的细胞也
有很大差别。
当初罗勃特·虎克在显微镜下看到的，只是一群死细胞的外壳——植物
细胞的细胞壁而已。作为一个完整的植物细胞，除了作为外壳的细胞壁之外，
还拥有细胞核、细胞质两大部分。动物细胞没有细胞壁，外边包着的是比较
薄而柔软的细胞膜，细胞膜里也是细胞核、细胞质两大部分。
最大的细胞有多大？最大的细胞直径有 10 多厘米，那是驼鸟蛋。
最长的细胞有多长？最长的细胞有 2～3 米长，比人还高，那是鲸的神经
细胞。
最小的细胞有多小？最小的细胞直径才 1 微米左右，1000 个这样的细胞
并排着，可以穿过针眼。那是一种叫做支原体的微生物。
到 19 世纪中叶，人们终于建立了完整的认识：一切动物和植物都是细胞
的集合体，细胞是生命的基本单位，动物和植物都是在细胞的繁殖和分化中
发育起来的。这一认识被称为细胞学说。
细胞学说是 19 世纪自然科学的三大发现之一。恩格斯对细胞学说曾给予
很高的评价。
进入 20 世纪，随着科学的发展，新技术、新工具、新方法不断涌现，人
们对细胞的研究越来越深入，从细胞整体的研究推进到亚细胞结构的研究和
细胞分子的研究。细胞的基本生命活动，包括在它的生长、发育、分化、分
裂等等，其规律日益清晰地呈现在人们的眼前。
对细胞核的研究更是激动人心。人们确认，细胞核里的染色体，正是遗
传物质 DNA 的载体，隐藏着神奇的遗传密码，控制着细胞的生长和繁殖，是
指挥整个生命活动的最核心的部位。
到 70 年代，一些走在前列的科学家开始有计划地对细胞进行培养，进行
改造，使细胞服从人类的意志，产生人类需要的物质，或是形成新的品种。
既然细胞是生命的基本单位，那么改造生命就应该从改造细胞开始。他们按
照这个思路进行了艰苦的实践，他们成功了。细胞工程就此诞生了。
细胞融合
1983 年 4 月 1 日，西欧有一家报纸刊登一条新闻，说是德国汉堡大学的
两位教授用最先进的生物技术，成功地使牛的细胞和西红柿的细胞融合在一
起。融合了的细胞经过培养长成一棵古怪的植株，结出的果实含有动物蛋白，
吃起来有牛肉味道。两位教授把这株植物定名为“牛西红柿”。
这条消息立即引起了轰动。用细胞融合培养出动物和植物之间的杂种，
这可是具有划时代意义的大事。一时间，各国的传播媒介竞相报道，我国的
一些报刊也作了转载。许多人饶有兴趣地注视着这一事件的发展。然而，不
久就披露出来的真相使人们一下子泄了气。原来，所谓的“牛西红柿”完全
是编造出来的谎言。在西方的许多国家，4 月 1 日是愚人节。
在愚人节撒谎是不会受到指责的。那家报纸对读者开了一个大玩笑，一
个国际玩笑。
玩笑归玩笑，这一事件毕竟使公众对细胞融合的认识和重视又提高了几
分。确实，作为细胞工程的骨干，细胞融合技术有可能创造出许多不可思议
的奇迹，它的前程不可限量。
所谓细胞融合，就是使两个不同物种的活细胞紧密接触在一起，并且使
接触部位的细胞膜发生融化。这样，两个细胞你来我往，互相流通，最后合
而为一，完全合并成一个细胞。在精巧的培养技术之下，这个细胞有可能发
育成完整的生物个体，那就是原来两个细胞所属的物种的杂种后代了。这个
杂种后代可能兼有两个上一代的一些优良性状。这对于改良品种，提高农、
林、牧业产品的产量和质量，是很有意义的。
美国的科学家曾经选择了两种烟草进行细胞融合。这两种烟草，一种是
产量很高的栽培品种，一种是抗病害能力很强的野生种。两种烟草的叶肉细
胞经过化学药品处理后脱去了细胞壁，然后发生了融合。融合的细胞再经过
培养，长成了一株面目一新的烟草。它兼有高产和抗病害的优点，而且能直
接繁育后代。这样，美国的烟草种植业就获得了一个优良的新品种。
一位德国科学家的工作更有趣，他完成了马铃薯和西红柿的细胞融合。
要知道，马铃薯和西红柿在植物分类上分别属于茄科的两个属，从植株来说
是绝对不可能发生杂交的。然而，细胞融合技术却使它们的杂种后代诞生了。
这个杂种后代结出了西红柿，而且初步具备了马铃薯耐寒的特性。美中不足
的是，它的地下部分并没有像期望的那样结出马铃薯。要是哪一天能做到这
一点就更妙了！
细胞融合说起来容易，做起来就是另一回事了。细胞的直径大多在数十
微米上下，几十个细胞并排着能从针眼里穿过，所以细胞融合的操作难度是
可想而知的。这还是小事，要使两个不同种的活细胞紧密接触，进而细胞膜
发生融化，是细胞融合的最大难题。在这个难题面前，科学家们使尽了浑身
解数：有的使用了聚乙二醇等化学药品；有的使用了细胞电穿孔技术——用
高强度、短时程的电脉冲去击穿细胞膜以促进融合；有的更是别出心裁，用
失去活性的病毒颗粒来促使细胞膜融化。至于在细胞融合后再把它培养成健
全的生物个体，则牵涉到设计和使用成分复杂的培养基，牵涉到控制和不断
变更培养条件等等，也是困难重重，荆棘满途。
尽管如此，致力于细胞融合的各国科学家还是取得了很大的进展。不要
说是马铃薯和西红柿那样不同属的植物的杂种，连菊科植物和豆科植物的杂
种也已经得到了。许多植物优良品种由此来到了世界上。在动物方面，山羊
—绵羊，牛—貂，猴—鼠，甚至人—鼠的细胞融合也已经成功了。这些融合
了的细胞尽管还没有能发育成动物个体，但已经能长期存活，而且能不断分
裂，形成同种细胞的群体——杂交瘤。关于杂交瘤，下文还将详细介绍。
前两年，有人完成了一项引人瞩目的细胞融合：在使用细胞电穿孔技术
后，人的红细胞被整个地摄入矮牵牛的叶肉细胞中。过几天后，两者相安无
事，各自都活得很自在。矮牵牛叶肉细胞慢慢长出了细胞壁（原来的细胞壁
在融合前剥去了）；而红细胞则照样履行它原先在人体里的使命——分泌血
红蛋白。这个奇特的融合细胞可以看成是一种全新的生物体系——植物和动
物的杂交体系，尽管它离开完整的杂交个体还有遥远的距离，但已经是一个
破天荒式的伟大的开端了。如果从这个开端能顺利发展下去的话，本文开头
说到的那个牛西红柿，说不定真有一天会出现在你的餐桌上呢！
细胞核移植
喧闹的大街上，一群外国友人款款走来。其中有一位青年“老外”特别
引人注目。他头上裹着厚厚的头巾，身上披着曳地长袍，脸上浮着真诚的笑
容，好奇地打量着周围的一切。导游向人介绍说：这位是古埃及王子，今年
已经 2400 多岁了……
请不要以为这是天方夜谭，这可是一群科学家筹划了许久的事，也许在
不久的将来真会发生。
要使古埃及王子复活，需要应用细胞工程中的细胞核移植技术。
让我们先从鱼类的细胞核移植说起。
鲫鱼和鲤鱼是经常出现在人们餐桌上的两种淡水鱼。它们的亲缘关系比
较近。鲤鱼幼小时常常会被误认为是鲫鱼，如果没有注意到它嘴巴边上的两
根须的话。但从总体上说，鲫鱼和鲤鱼的区别还是比较大的。鲫鱼的个子小，
长到 200～300 克就不会再长了；鲤鱼是大个子，只要一两年就能长到两三千
克重。鲫鱼肉质细嫩肥腴，鲜美可口；鲤鱼的肉较粗较老，滋味比鲫鱼逊色
多了。
80 年代初，我国武汉的一些生物科学工作者，进行了一项大胆的试验。
他们先对鲫鱼的成熟卵细胞“动手术”，设法去除掉它的细胞核。然后又从
鲤鱼的胚胎细胞中取出细胞核，让它到上述的鲫鱼细胞中“安家落户”。在
他们的精心操作之下，这种换掉了细胞核的鲫鱼卵细胞就像正常的受精卵细
胞一样，开始了不断的分裂，最终发育成面目一新的杂交鱼。这种鱼一年就
能长到 5O0 克以上，但外观形态和肉质滋味都酷似鲫鱼，只是嘴巴边上多了
两根须。
这是一次成功的细胞核移植。不难看出，细胞核移植和细胞融合一样，
能向人类提供在大自然里是难以想象的动植物新品种，从而带来巨大的经济
效益。
其实，在同种生物中使用细胞核移植技术也有巨大的价值，它能使性状
特别优异的品种迅速得到推广。道理很简单，生物个体的体细胞数量总要比
生殖细胞多得多，而体细胞细胞核里的遗传物质则与生殖细胞是一模一样
的。当人们发现了性状特别优异的动植物体后，用细胞核移植技术，就可以
把它大量的体细胞细胞核移植到同种生物的卵细胞里，培养出大量的性状特
别优异的后代。
要使移植了细胞核的卵细胞像正常的受精卵细胞那样开始分裂并发育成
胚胎，当然会有许多困难。在科学家们的努力之下，这些困难一个个迎刃而
解。例如，卵细胞要分裂，细胞核里的染色体必须先要自动加倍。科学家从
真菌中提炼出一种叫做“细胞松弛素 B”的物质，把这种物质加到卵细胞中
去，核里的染色体就会自动加倍，卵细胞的分裂就会顺利开始。
细胞核移植技术的出现可以追溯到三四十年前，英国和美国的一些科学
家相继完成了青蛙、蟾蜍的细胞核移植，培养出没有爸爸的小青蛙、小蟾蜍。
到了 1977 年，哺乳类动物的细胞核移植成功了，7 只“身世神秘”的小老鼠
来到了世上。而我国武汉的科学家们奉献的“鲤—鲫鱼”，则是不同种动物
间细胞核移植的一次创举。
现在，让我们把话题转回到古埃及王子身上吧。
在德国柏林的博物馆内存放着一具木乃伊。它的编号是 721 号，是 2340
年前的一位古埃及王子的尸体。这位王子死的时候仅一周岁。有研究者发现，
这具木乃伊身上的某些细胞仍然有生命力。这个发现使得从事细胞核移植研
究的人们大感兴趣，跃跃欲试。他们认为，把这具木乃伊的一个有生命力的
细胞的细胞核，移植到取自某位现代妇女的一个去掉核的卵细胞中，然后再
把这个卵细胞送回那位妇女的子宫，经过十月怀胎，分娩出的婴孩就应携带
着那位古埃及王子的全部遗传信息。古埃及王子就将前来领略现代风光了。
这可真是一个大胆、新奇而美丽的设想，究竟会不会变为现实呢？让我
们拭目以待。
美梦成真
美丽的神话《白蛇传》里，有这么一段感人的情节：白娘子为了救活被
吓死的丈夫许仙，闯上终南山，和守山的仙童们大战一场，终于夺下了能起
死回生的灵芝仙草，救活了许仙。
现代生物学家发现，“灵芝仙草”并非虚构，而是确实存在的一种真菌。
它有明显的抗肿瘤作用，所以，说它能“起死回生”也确有道理。遗憾的是，
也正如神话中所传说的那样，灵芝只生长在少数地区的深山老林里，产量极
低，用来治病救人远远不能满足需要。
细胞工程的出现，从根本上改变了这一局面。灵芝大量用于治病救人的
已经变成了现实。当然，那不是原来意义上的灵芝，而是灵芝细胞培养的产
物。科学家们将野生的灵芝捣碎后，放在特定的培养基中，控制好温度、光
照等条件，灵芝细胞就能迅速繁殖，产生一代又一代新的灵芝细胞。要不了
多少天，就可以收获到数百倍的新生灵芝细胞。除了少数细胞留下来投入到
又一轮细胞培养之外，大多数收获物被用来提取药用有效成份——灵芝多
糖。灵芝多糖的神奇的抗肿瘤作用，已经为大量的临床实践所证实。它的生
产和应用正在迅速推广之中。
人参，被称为“药中之王”，能大补元气，益寿延年。它的强身滋补作
用和对多种疾病的治疗作用已经为越来越多的人所认识。然而人参的生产有
一个很大的缺陷，那就是栽培期过长。从播种到收获，至少要 5 年时间。面
对着社会对人参的大量需求，细胞工程又出来大显神通了。从 70 年代起，人
参的细胞培养在日本、台湾等地相继获得成功。我国吉林省的科技人员也攻
克了这一堡垒。
人参细胞培养的周期是 25 天左右。在周期结束时，细胞培养物中，人参
的主要药理成份——人参皂甙的含量可达 6％左右。而一棵栽培了 6 年的人
参，人参皂甙的含量不过是 4．5％左右。两相对照，孰优孰劣就很明显了。
人参细胞培养还具有不受天灾、病虫害的影响，可连续进行等优点，就更不
是人参栽培所能比拟的了。
细胞培养，从原理上来说并不复杂，所需设备也比较简单，但它仍是一
门很精巧的技木。比较关键的是确定培养基的配方，特别是针对不同培养物
使用不同种类、不同数量的生长激素。另外，培养的物理条件也很重要。诸
如温度、光照、振荡频率等，都需要精心研究，仔细掌握。拿光照来说，人
参细胞在白光下生长最快，蓝、绿光下就要慢一些，红光下生长最慢，几乎
和�
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