Biology 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Biology
标  题: 8---生物芯片
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Mar 11 13:45:36 2004), 站内信件

发信站: 瀚海星云  

    硅晶体是制造电脑的重要材料，长期以来，半导体硅芯片电路过分密集引起的散热

问题一直难以解决。此外，20世纪微电子技术的快速发展也使得硅芯片的制造工艺达到

了登峰造极的程度，于是，科学家们便开始寻找代替硅芯片的新材料。20世纪70年代，

人们发现蛋白质具有开关的特性，用蛋白质分子作元件可以制成生物芯片。这一发现激

发了众多科学家的灵感和热情，很快，一些简单生物元件相继问世。现已研制出利用蛋

白质制造的芯片有：
    合成蛋白芯片、遗传生成芯片、红血素芯片等。用蛋白质制造的电脑芯片在1平方
毫米的面积上即可容纳数亿个电路，其存储容量可以达到普通电脑的10亿倍。由蛋白质

构成的集成电路，大小也只相当于硅片集成电路的十万分之一，而且运转速度更快，只

有10秒，大大地超出了人的思维速度。此外，生物芯片耗能低，且具有自我修复的功能

，
它可以与人体人脑结合起来，听从人脑指挥，从人体中吸收养分。酶工程如果没想一下

没有酶的存在，一个人吃饭后会变成什么样于，就知道了酶对于生命是多么重要：可以

确信，没有酶参加消化吸收的化学反应，一个人吃下去的饭食将不会发生任何变化，那

么，这个人也将会被活活饿死。
    很多人都已经知道，酶是最重要的生命物质之一，是生命体内优化调控生命活力的

催化剂，它能使化学反应的速度提高10－10倍。酶具有专一性，一种酶通常只能催化一

种化学反应。到目前为止，在自然界发现的酶大约有300多种。多少年来，科学家一直
在关注一个问题：酶到底是什么物质？他们试图分离酶，但最终都失败了。1930年，洛

克菲勒研究院的化学家诺思罗普和他的同事们得到了许多种酶的结晶体，发现这些结晶

体的确都是蛋白质，但奇怪的是，即使把它们溶解到查不出蛋白质存在的状态都能保持

着催化活力。由此，人们确信，酶是“蛋白质催化剂”早期的酶工程技术主要是从动植

物、微生物材料中制造各种酶制剂以应用于化工、食品和医药等工业领域。70年代后，

生物反应器、生物传感器等酶工程技术迅速应用。随着第三代酶制剂的诞生，酶工程技

术在制造精细化工产品和医药产品等各个领域的广泛应用中逐渐展示了广阔的前景。


微生物工程

    首先要澄清一个常识性的错误：人们常说的细菌，或者较为温和的称呼一微生物，

绝非都是致病有害的。实际上，在人类已知的1400种细菌中，只有匕0种危害人类、动
植物的病菌。地球上每时每刻都有数不清的生命体死亡，如果没有真菌和细菌，特别是

腐生细菌，长此以往，地球很可能会被死去的动植物尸体所堆满，人类早已失去了立身

之所。微生物存在的意义显然不只于此，在20世纪中期兴起的生物工程中，微生物工程

举足轻重，因为基因工程、细胞工程、酶工程、单克隆抗体和生物能量转化等高科技成

果往往要通过微生物才能转化为生产力。不用说，人类在史前时期就已经开始利用微生

物为自己酿酒、酿醋了，虽然古人们并不知道这其实是酵母菌立下的汗马功劳。绵延几

千年的传统发酵技术与现代生物工程相结合，使发酵业进入到微生物工程阶段。现代微

生物工程不仅使用微生物细胞，也可以使用动、植物的细胞来发酵，以生产出对人类有

用的各类产品，例如利用培养罐对杂交瘤细胞进行发酵，生产出单克隆抗体等昂贵的生

物工程药品。此外，还可以利用微生物采矿、生产生物塑料和具有解毒功能的微生物。



未来世界

    生物工程技术的日新月异为人类打开了前所未有的创造之门，也给未来世界描绘了

一幅锦绣前程。可以预见，未来的生物技术将全面改变人类的生活及生存状态，同时，

作为副产品，也可能引发一系列棘手的社会问题，因为获得总是要付出代价的。
    1996年，英国的一些未来学家对21世纪的生物工程技术可能引发的社会问题作出预

测。他们认为，随着ZI世纪的到来，人类将面临着生物遗传学带来的一些社会问题。可

以仅从有关人类的两个方面来分析生物遗传学将带来一系列社会问题的可能性：基因组

图谱、生物与伦理。
    1990年，一个世界级的科学家团体宣布，将在未来的匕年内编绘出人类的全部基因

图，这一计划被称为“人类基因组工程”。这项计划的目的在于详细调查、破译组成人

体遗传物质的35亿对基因碱基。“人类基因组工程”的科学价值被当年舆论评价为“关

系到人类未来的健康，关系到遗传疾病、基因病、癌症以及最令人关心的艾滋病的治
疗”。“人类基因组工程”在6年后获得了突破性进展。1996年3月，法国一个叫作“杰

勒通”的科学家小组发表了～个基因图谱，该图谱可以帮助人类征服多种疾病。例如，

从人类基因组分析中，我们可以了解到诸基因在染色体上所处的特定位置，并分析哪些

基因发生了突变，发生了什么样的突变，将遗传病或癌症病人的基因组与正常人基因组

加以比较，从而确定基因治疗的方案。这项成果已使科学家们能够确定200多种疾病
（主要是罕见病）所涉及的223个基因和鉴别对个致病基因突变。现在科学家们正以每
天发现一个或一个以上的基因速度寻找着人类基因。截止目前，“杰勒通”已完成了人

类基因组计划第一个阶段的工作一一绘制人类遗传基因图，即指出在长长的染色体上各

个遗传基因是如何分布于其上的。有了人类遗传基因图，就可以确定各种遗传基因的正

确位置。据美国卫生研究院预测，大慨再过一年时间，便可完成基因位置确定，而到了

2005年便可破译全部遗传基因所携带的遗传信息。一旦完成了人类基因组计划，即意味

着“生命百科全书”的问世。有了人类基因组图谱，人类的生、老、病、死之谜也就一

目了然了。既可以对人的遗传性状、行为模式等有所预见，又可以对其它门类的学科产

生巨大的影响。难怪人们把人类基因组计划看作是“试图全面彻底了解人体自身奥秘的

阿波罗登月计划”～旦人类基因组图谱被绘制出来，那么从易读的人类基因组图谱中的

DNA来预测人的性状，又会使人们面临着涉及人的隐私、婚姻、就业、保险等一系列社
会问题。例如，可能出现用遗传基因筛选的方法聘用雇员，从而使带有一组不利基因的

人的就业机会受到限制；可能出现不能结婚的遗传群体，这些群体将受到基因歧视。现

在，国外已有公司要求求职者提供有关个人的遗传资料，作为是否聘用的一个依据。
    此外，一旦将人类基因与人的行为表现联系起来，用电脑分析基因对于个人行为的

作用，以此预测人的综合能力和可教育程度时，就会存在把遗传检验当作判断人的能力

的精确尺度，而忽视教育等其它因素对个体的作用。甚至还有某些人、某些团体可能会

利用人类基因组图谱泛起遗传决定论的沉渣，点燃种族主义的火种。因此，世界各国众

多的有识之士已经开始呼吁，尽快讨论制订使用遗传信息的政策和立法问题，避免出现

与人们期望的人类基因组工程主旨背道而驰的后果。
    再就是生殖与伦理。人们都明白一个无可奈何的事实，那就是世界上没有长生不死

的生物，区别无非只是寿命的长短。但是，另一方面，自然界又存在着一个永恒的天津

：
生即是死。每个生命个体在死亡之前，总会以某种方式繁衍与自己性状相似的后代以延

续生命，这就是生殖。人类的自然牛殖过程是由性交、输卵管受精、植入子宫、子宫内

好娠和分娩等步骤所组成的。如果因为某种原因而不能生育时，是否可以通过某些技术

手段的非正常途径来生儿育女呢？这种设想当然是能够实现的。现在，人们完全可以根

据需要在实验室里通过人工授精、体外受精和胚胎移植等生殖技术手段培养出一个婴儿

，
换言之，人类可以随心所欲地创造新生命。
    人工授精、体外授精和无性生殖是当代三种基本的生殖技术。人工授精可以解决丈

夫不育症所引起的难题。现在世界上有不少国家有了精子库。体外授精是用人工方法在

人体外将精子和卵子放在含有特定营养液中受精，发育到前胚阶段移植到母体子宫内，

让其继续发育直至分娩。早在100多年前，人们就在哺乳动物试验中对此作过探索性的
研究。1978年7月25日，英国生理学家爱德华和外科医生斯蒂普托联手用人卵母细胞体
外授精，成功地创造了世界首例试管婴儿——路易丝·布朗。继路易丝·布朗之后，接

着有很多试管婴儿在世界各地诞生。到20世纪如年代初期，全世界已有1万多名试管婴
儿来到了人间。现在的试管婴儿还是在母亲的子宫中发育成长起来的。据不少科学家预

测，胎儿整个发育时期都在试管中进行的真正的试管婴儿或许在不久的将来就能实现。

到那时，如果不加限制，就会有大批量的婴儿按流水作业的方式成批生产出来。果真如

此，情形实在令人不寒而栗。
    还有必要再提一提“克隆人”。1963年，英国生物学家霍尔丹在《未来一万年的人

种生物学的可能性》一文中叙述了人类实现无性繁殖的可能性。他的设想和克隆羊“多

别’的诞生一样，把人的体细胞的核移植到去核的卵细胞中，就可繁殖出克隆人。此外

，
霍尔丹还设想了一种可能：把两个没有受精的卵子融合起来，就可能繁殖有母无父的单

，
繁殖出多父多母的组装人生殖技术的应用改变了人类生育的自然过程，从而使人们面临

前所未有的新问题，并对传统的伦理、价值观念、家庭和社会秩序等产生巨大的冲击，

引发一系列的法律和伦理道德问题。伦理讲的是关于人们的行为准则和人与人之间应有

的道德关系，如辈分、长幼、朋友、上下级等等关系。不是夫妻，却要实行人工授精，

却要让他们的生殖细胞结合、发育、生孩子；不是夫妻，却要为别人的丈夫生儿育女。

精子、卵子、子宫一旦变成商品一样的东西，儿女也就成了商品，他们从存在那一天就

开始迷悯。通过体细胞克隆或融合形成的孩子已经失去了子女的概念，而是提供体细胞

核的人的复制——克隆人同供核人之间，在年龄上可以相差几十乃至上百岁，但他们不

是亲子关系，而是兄弟、姐妹，这太不可思议了。家庭将如何定义谁是父亲？谁是母亲

？
我是谁？这会是个十分头痛的难题。



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