1953年，沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，從而解答了DNA分子結(jié)構(gòu)的問題，由此誕生了分子生物學，這也是遺傳學發(fā)展到分子遺傳學的新的里程碑。從這以后，遺傳學的研究進入了飛速發(fā)展的新階段。

1958年，克里克在謹慎的實驗后大膽地提出了“中心法則”。這是指遺傳信息從DNA傳遞給mRNA，再從mRNA傳遞給蛋白質(zhì)，即完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。“中心法則”認為遺傳信息也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的復制過程。這是所有有細胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法則。當然，大自然無奇不有，在某些病毒中，中心法則也會有例外，如在煙草花葉病毒中的RNA自我復制和在某些致癌病毒中能以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄成DNA的過程。簡單地說，就是：DNA制造mRNA，mRNA制造蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)反過來協(xié)助前兩項流程，并協(xié)助DNA自我復制。

 

克里克（網(wǎng)絡圖）

 

這之中最讓科學家們好奇的是，mRNA到底怎么制造蛋白質(zhì)呢？mRNA是一條由核酸構(gòu)成的單鏈，蛋白質(zhì)是由氨基酸構(gòu)成的，所以最初科學家猜想，mRNA中的一個堿基決定一種氨基酸。但這樣的話，四種堿基就只能決定四種氨基酸，顯然不夠決定生物體內(nèi)的二十種氨基酸。如果是二個堿基結(jié)合在一起，決定一個氨基酸，那么就可以決定十六種氨基酸，顯然還是不夠。如果三個堿基組合在一起決定一個氨基酸，則有六十四種組合方式，看來三個堿基的三聯(lián)體就可以滿足二十種氨基酸的表示了，而且還有富余。這就是著名的“三聯(lián)體密碼”猜想，后來在1959年被美國生化學家尼倫伯格(Marshall Warren Nirenberg）等人用“體外無細胞體系”的實驗證實。

 

尼倫伯格（網(wǎng)絡圖）

 

尼倫伯格的思路很簡單，也很嚴密。他想，既然核苷酸的排列順序與氨基酸存在對應關系，那么只要知道m(xù)RNA鏈上堿基序列，然后由這種鏈去合成蛋白質(zhì)，不就能知道它們的密碼了嗎？所以，他嘗試著構(gòu)建僅僅含有單一堿基尿嘧啶（U）的mRNA鏈，做試管內(nèi)合成蛋白質(zhì)的研究。也就是說，在這一條mRNA鏈里，只有UUU這個單一密碼子的存在。把這種mRNA放到和細胞內(nèi)相似的溶液里，應該得到由單一一種氨基酸組成的蛋白質(zhì)。這樣合成的蛋白質(zhì)中，只含有苯丙氨酸。于是，人們了解了第一個蛋白質(zhì)的密碼：UUU對應的氨基酸是苯丙氨酸。隨后，又有人用U-G-U-G交錯排列的mRNA合成了半胱氨酸—纈氨酸—半胱氨酸的蛋白質(zhì)，這說明UGU為半胱氨酸的密碼，而GUG為纈氨酸的密碼。通過尼倫伯格的實驗，人們不僅證明了遺傳密碼是由3個堿基排列組成，而且不斷地找出了其他氨基酸的編碼。

破譯64個密碼子的工作并不簡單，現(xiàn)有有三撥人逐步發(fā)展出了四種破譯方法，終于才在1965年找出完全密碼子和氨基酸的對應表，這三位科學家，包括尼倫伯格和其他兩位美國科學家分享了1968年的諾貝爾獎。

 

64個密碼子與氨基酸的對應表（網(wǎng)絡圖）

 

遺傳密碼的破譯解決了遺傳信息本身的物質(zhì)基礎含義，而中心法則的修正則解決了遺傳信息的傳遞途徑和流向問題……加上20世紀60年代初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶等，它們可以幫助實現(xiàn)DNA分子體外的切割和連接。以上研究成果為人類開始“操縱”基因，也即基因工程的問世提供了準備。

野心勃勃的人們很快拿DNA“開刀”了。1972年，人們首次構(gòu)建了重組的DNA分子，簡單地說，就是一個經(jīng)過剪貼、拼接的DNA分子，并研究出將它植入目標宿主細胞之中的載體技術(shù)。也就是說，人類可以將一個想要的DNA移動到動植物體內(nèi)了。

 

人類已經(jīng)可以剪切拼接DNA（網(wǎng)絡圖）

 

基因過程的發(fā)展非常迅猛。就在短短的二十年里，人類不僅發(fā)展了一系列的基因工程操作技術(shù)，還構(gòu)建了多種DNA載體，獲得了大量轉(zhuǎn)基因菌株，并于1980年首次培育出了轉(zhuǎn)基因小鼠，隨后在1983年又通過農(nóng)桿菌介導法培育出轉(zhuǎn)基因植物——轉(zhuǎn)基因煙草。這一切成就都是嶄新的，夸張點說，這象征著人類徹底朝著造物主的方向直奔而去了！

在基因工程變得較為成熟之后，人們終于把目光投向了自身。醫(yī)學家們夢想已久的“基因治療”，似乎變得觸手可及起來。要知道，很多疾病的根本原因就是細胞內(nèi)部的基因突變，針對這樣的缺陷基因，我們可以先在體外編碼一個正常的基因，然后通過載體植入人體，替換掉那個壞掉的基因，從而糾正因為基因缺陷而導致的疾病。基因?qū)е碌募膊】杀却蠹蚁胂蟮囊啵[瘤、衰老等謎題也隱藏在基因之中。如果人類能夠徹底掌握自身的遺傳信息，基因治療就不再是夢想了！

就是這樣，1985年，美國科學家率先提出了人類基因組計劃(human genome project, HGP)，并于1990年正式啟動的。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學家共同參與了這一預算達30億美元的人類基因組計劃。中國于1999年9月積極參加到這項研究計劃中的，承擔其中1%的任務，即人類3號染色體短臂上約3000萬個堿基對的測序任務。按照這個計劃的設想，在2005年以前，要把人體內(nèi)約2.5萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人類基因的圖譜。換句話說，就是要揭開組成人體2.5萬個基因的30億個堿基對的秘密。人類基因組計劃與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅計劃并稱為三大科學計劃，被譽為生命科學的“登月計劃”。

 

人類基因組計劃（網(wǎng)絡圖）

 

非常使人欣喜的是，2000年6月26日，參加人類基因組工程項目的6國科學家共同宣布，人類基因組草圖的繪制工作已經(jīng)完成。最終完成圖要求測序所用的克隆能夠忠實地代表常染色體的基因組結(jié)構(gòu)，序列錯誤率低于萬分之一。95%常染色質(zhì)區(qū)域被測序，每個Gap小于150kb。完成圖于2003年完成，比預計提前2年。

這個計劃的成果不僅是一張人類基因組草圖，更重要的是，它促進了基因工程技術(shù)的發(fā)展，六國科學家歷經(jīng)了13年花費了27億美元才完成的草圖，今天只需要一兩天，成本不到5000美元。成本的驟降令“個人基因組時代”成為可能。另外，科學家對疾病的基因根源認識也越來越深，所找到的致病突變基因數(shù)量迅速增加。據(jù)美國國家人類基因組研究所統(tǒng)計，1990年人類基因組計劃開始時，人們所知道的缺陷基因有53個，而今天則超過2900個。攻克這些缺陷基因?qū)⒉辉偈请y事。或許未來，長生不老真的不再是夢。

 

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從DNA到人類基因組計劃

圖文簡介

基因過程的發(fā)展非常迅猛。就在短短的二十年里，人類不僅發(fā)展了一系列的基因工程操作技術(shù)，還構(gòu)建了多種DNA載體，獲得了大量轉(zhuǎn)基因菌株。