细菌大功臣

吕秀齐

基因编辑这个词近来很火，而基因编辑所用的工具叫基因剪刀。可随便问一个不懂生物技术的人，啥叫基因剪刀，估计大多数人就回答不上来了。基因剪刀与普通剪刀的区别除了是分子构成不同外，最重要的是它们是长眼睛、智能化的，能识别剪哪里不剪哪里，不会乱来，所以也可以称它们是长眼睛的“分子手术刀”。

有人说那是不是人的基因也快可以随便编辑修修改改、定制人类了。其实还远着呢，因为人类虽然完成了一些生物（包括自身）的DNA测序，但对基因的DNA片段管等还不甚了解。就好比一本书，每个字我们都认识，但字连起来的句子我们并不知道是啥意思，所以在很大程度上DNA碱基排列构成的基因序列还像本天书。直到限制性内切酶的发现，才开启了基因工程的新篇章。事情大致是这样的：

上世纪50年代，DNA双螺旋结构被发现。60年代，揭示了遗传密码的秘密。然后，人类开始对基因进行“施工”，从而揭示其秘密，进而改造生命的梦想。既然DNA在染色体上呈线性排列，基因就存在于DNA的碱基序列之中。那么，科学家们就可以切开一段基因，把它同另外一段基因联结到一起，制成重组DNA，从而改变生物体的性状。而要进行上述操作，基因剪切工具十分重要。但DNA可不是想剪哪里都能如愿以偿的。DNA既看不见也摸不着，科学家们的手再灵巧，也无法直接切割基因。需要寻找专用的基因剪刀。幸运的是，大自然赋予了科学家们神奇的施工工具。科学家们在大肠杆菌等菌类中发现了一些小巧灵活、有很强特异性的物质，它们能够识别DNA大分子链上特定的核苷酸顺序，并能在一特定部位将DNA断裂。

别小看细菌等微生物，它们可研究利用的地方多着呢。目前发现的限制性内切酶有好多种，每一种都有极强的特异性，可以准确无误地进行核苷酸的识别，决不会错切一刀。可以说，限制性酶切酶是世界上最小、最灵巧的分子剪刀。借助于基因“剪刀”的帮助，科学家们可以从提取出的DNA片断中得到想要的一段。也可以有目的地从DNA长链中针对某些基因进行敲除或促其突变，从而通过观察基因缺失引起的表型变化，推测该基因的生物学功能，为人类完全读懂基因天书、改造生命奠定基础。

在生命进化历史上，细菌和病毒进行斗争产生了强大的免疫武器，简单说就是病毒能把自己的基因整合到细菌，利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务，细菌则为了将病毒的外来入侵基因清除，进化出CRISPR系统，利用这个系统，细菌可以不动声色地把病毒基因从自己的染色体上切除，这是细菌特有的免疫系统。2005年，科学家们经过优化，利用细菌的这套防御系统，制造出了CRISPR/Cas9基因编辑超级剪刀。2013年，这把厉害的基因剪刀得到广泛应用。这把基因剪刀最大的好处就是证明可以有效剪切多种动植物的DNA。

总之，基因编辑不但需要长眼睛的智能剪刀，也需要“浆糊”，需要搬运工具、载体等。其中细菌等微生物功不可没，所以在这種情况下细菌可是大“功臣”啊。endprint