基因工程创造的最奇异生物范例

王志成

在黑暗中发光的动物？这听起来像科幻小说，但它们已经存在多年了。能产生蝎子毒的卷心菜？也已经完成了。还有能够抗癌治病的药用鸡蛋……

这些奇异的生物之所以存在，是因为它们的DNA已经被改变，并与其他DNA结合，创造出一套全新的基因。下面让我们来看看现代基因工程已经创造的最奇异的植物和动物：

在黑暗中发光的荧光猫

早在2007年，韩国科学家改变了一只猫的DNA，使其在黑暗中发光，然后从中提取DNA克隆出其他猫——创造了一组毛茸茸的荧光猫。老鼠在黑暗中看见荧光猫就会立刻被惊呆而束手就擒。科学家是这样做的：他们从土耳其安哥拉母猫身上提取皮肤细胞，再用基因指令将荧光蛋白插入细胞核;然后将基因改变的细胞核放入卵子中进行克隆，克隆的胚胎被植入捐献者的猫体内，使猫成为自己克隆的代孕母亲。

科学家表示，用荧光蛋白改造动物的能力将使它们能够人工制造出带有人类遗传疾病的动物，可广泛应用于对人类疾病的病因、发病机制、防治技术和防治药物研究中。据最近一期《自然·方法学》杂志报道：美国梅奥医学中心的研究人员将能对抗艾滋病病毒（HIV）的恒河猴基因和在紫外线照射下会发绿色荧光的水母基因注射到未受精的猫科动物卵子中。该水母基因主要用于追踪限制因子，发出绿色荧光即表示体内存在该蛋白。科学家们通过试管受精技术让这些卵子受精，随后将其移植入代孕雌猫体内。经过22次尝试，科学家们制造出了5只荧光猫，其中3只存活了下来。

绿色荧光经常在遗传工程中作为标记细胞的工具。如果猫不发光，科学家就无法确认抗艾滋病毒基因是否进入了猫体内的细胞。最新研究结果证明，这3只荧光猫都能对抗猫类免疫缺陷病毒（FIV）。

专家认为：猫科动物能够感染的FIV病毒，其侵入免疫细胞的机理和艾滋病病毒侵入人体免疫细胞相同。因此人们期望通过研究FIV，找到抵抗HIV的手段。为开发人类用的艾滋病疫苗，研究者多以猴子作实验对象。而如果用猫做实验，不仅花费更便宜，而且比用猴子更容易操作。此次科学家把能抗击FIV病毒的猴子基因，转移给了猫，让猫体内也自然生成了抗FIV的蛋白质。这样，科学家就可以从研究天然抗艾滋病的猴子，转向天然抗艾的荧光猫。这对相关研究自然是一大便利。

产能高效的无污染环保猪

与其它饲养动物不同，圈养生猪的饲料需要含量较多的磷，因为磷在生猪数月生长中骨骼、牙齿和细胞壁的形成以及各种细胞和器官功能中起着关键作用。但是生猪体内很缺乏植酸酶，因此饲养生猪的饲料及其植物中自然产生的磷在没有植酸酶的情况下是不可消化的。所以相当数量的磷元素会从猪的粪便中排出。反过来，这些废物会进入湖泊、河流和海洋，导致藻类大量繁殖，耗尽水中的氧气，杀死大量水生物。以往，大多数农民曾给猪的饲料中添加植酸酶作为补充。但是摄入的植酸酶并不像猪体内产生的植酸酶那样能有效分解磷，其环境污染依然存在。

最近加拿大圭尔夫大学的研究人员花了十多年时间寻找自然界中负责分解磷的酶，最终在细菌的基因组中找到了它E-大肠杆菌。为了确保这种改变在哺乳动物身上有效，研究小组将E-大肠杆菌与带有小鼠基因启动因子复制成的特定片段基因注入显微受精的猪胚胎。试验表明，这种分解磷元素的细菌酶不仅被整合到猪的基因组中，它还可以被基因工程猪的后代遗传。圭尔夫大学微生物学家、该项目的首席研究员塞西尔·福斯伯格说：“我们培育的环保猪现在已经是第八代了，而且这种分解磷元素的细菌酶已经传播到了环保猪的所有世代。”

加拿大国家科技项目发言人利斯说：环保猪最近被批准在加拿大进行有限生产，因为它不仅解决了环境问题，其尿液和粪便中的磷含量减少了65%，帮助农民遵守了国家“零排放”规定;同时也解决了养猪过程中的社会挑战，一是饲养环保猪将不再需要添加植酸酶，二是减少了猪排泄物的处理费用，减轻了农民的负担。”

能自生蝎毒防治病虫害的卷心菜

卷心菜是人们日常饮食的最主要蔬菜之一;但是，卷心菜在栽培生长过程中深受毛虫、小菜蛾幼虫等损害，必须施用大量杀虫剂;而卷心菜中残留的杀虫剂又会对人体造成潜在的健康危害。北京大学生命科学学院蛋白质工程和植物基因工程国家实验室的科研人员利用基因工程新技术，已经开发出能自体产生蝎子毒素防治病虫害的转基因卷心菜。

蝎毒是蝎子捕食和自卫的最重要工具之一。其毒素AaIT的有效成分是一组由30—80个氨基酸组成的具有神经毒性的蛋白质;科研人员将AaIT编码序列合成到卷心菜基因中，从而使卷心菜具有显著的抗虫活性。这种会自身产生蝎子毒素的转基因卷心菜，在栽培生长过程中能够防止毛虫、小菜蛾幼虫等损害，因而限制了杀虫剂的使用;而且，其毒素经过了改良，所以对人类无害。

能生产钢丝的蜘蛛羊

结实、柔韧的蜘蛛丝是自然界中最有价值的材料之一，如果我们能够将其商业化生产，它可以被用来制造一系列产品——从生物钢丝韧带到降落伞绳。几年前，加拿大Nexia生物技术公司宣布他们找到了答案：一只山羊在其羊奶中产生蜘蛛丝蛋白。

据报道，金球蜘蛛分沁的蜘蛛丝是地球上最坚固、最不可穿透的物质之一，而且它非常轻。但问题是，金球蜘蛛并非是生产这种丝的有效工厂——它们太小了。生产一件罕见的11×4金球丝织物，它需要一百万只蜘蛛，70名工人，以及连续四年的丝绸收集。这种生产水平是不现实的。Nexia公司的研究人员将金球蜘蛛的丝蛋白遗传基因插入到山羊的基因中;然后将转基因细胞与山羊卵结合生成胚胎，胚胎有着合成其DNA的基因;当母羊开始分泌乳汁時丝蛋白就产生了。

与Nexia公司合作的美国怀俄明大学分子生物学家兰迪·刘易斯博士说：“蜘蛛羊是一种独一无二的转基因山羊，因为当母羊开始分泌乳汁时蛛丝蛋白就产生了。现在怀俄明大学经营的农场有大约有近百只蜘蛛羊，正在发展成为世界最特异丝绸的生产基地。”刘易斯博士指出：由蜘蛛羊生产的这种特殊的金球蜘蛛丝蛋白是第一种转基因材料，可以用来制造比钢还优异的生物钢纺织材料。这简直是一场革命。

能够抗癌治病的药用鸡蛋

曾以培养克隆羊多利而闻名于世的英国罗斯林研究所不久前培育出一种转基因母鸡，这种母鸡下的蛋含有能够抗癌和防治其他疾病的蛋白质。

据美国《国家科学院通讯》报道，罗斯林研究所的研究人员首先选定了两种蛋白质，一种是能用于治疗皮肤癌的抗体miR24，它对关节炎也有疗效;另一种是人体干扰素b-1a，它属于免疫系统蛋白，能够攻击肿瘤和病毒，阻止病毒在细胞中复制。随后，研究人员培育出携带能合成上述两种蛋白质的人类基因的病毒，并将病毒感染小鸡早期胚胎。这些病毒能将人类基因植入新下鸡蛋的DNA中;然后再孵化这些鸡蛋，并找出精液中携带人类基因的公鸡。这些公鸡与母鸡交配后，繁育出下一代小鸡。依此类推，通过多次繁殖，最后培育出的转基因母鸡下的鸡蛋蛋清中就携带了类似于治疗皮肤癌和其他疾病的药物的复杂药物蛋白质。

“考虑到抗生素愈演愈烈的耐药性危机，通过转基因动物的副产品增强人体免疫系统治疗疾病是一种新兴的替代方案。”英国生物技术及生物科学研究理事会科学政策主管塞里·林·亚当斯博士表示，“我们很期待全力发展这项技术。该技术未来不仅能用于人类制药，在科研和动物医疗领域也能大展身手。”

译据美国杂志《点划线特刊》2020年9月号（选文有删改）

原文作者：南卡罗来纳大学生物学教授劳拉·莫斯博士