转基因小解读
什么是转基因生物？它们是怎么做成的？
什么是转基因生物
转基因生物是指经过基因改造的生物。基因改造技术已经问世了几十年。如果要创造有特定特点的动物或植物，那么基因改造是最有效和最迅捷的方法。基因改造能实现对DNA序列的精确定位改造。因为DNA基本上包含决定着整个生物体的蓝图，所以对DNA的改变也就改变了生物体的某些功能。这一点只有通过过去40年来研发的基因改造技术才能做到，这些技术能直接操纵DNA。
怎样对生物进行基因改造呢？其实，这是一个很宽泛的问题。生物体可以是植物、动物、真菌或细菌，过去40年来人类对这些生物体中的某些种类实施过基因改造。最早被基因改造的生物體是细菌，改造时间是在20世纪70年代。从那时起，经过基因改造的细菌成为数万个对动植物进行基因改造的实验室的得力助手。大多数基本的基因重组和基因改造，都是运用细菌（主要是大肠杆菌的一些变种）来设计、准备和转移到目标生物体的。
对动物、植物和微生物进行基因改造的基本方法，在概念上很相似。然而，由于动物和植物细胞的差异（例如，植物细胞有细胞壁，动物细胞则没有），它们的基因改造技术也有差异。
为什么要对一些动植物实施基因改造
转基因动物主要用于科学研究，经常是用作药物研发所需的生物系统模型。也有少数转基因动物的研发是为了商业目的，例如作为宠物的发光鱼，以及帮助控制带菌蚊子的转基因蚊子。迄今为止，还没有转基因动物获准作为食物来源。随着丰水鲑鱼进入审批阶段，这种局面可能会很快改变。
对植物来说，情况则不同。尽管大量对植物的基因改造是为了科研目的，但大多数农作物基因改造的目的却是为了让植株具有商业性或社会性的好处。例如，通过基因改造提升植物抗病虫害或适应恶劣环境（比如寒冷地带）的能力，从而提高农作物产量。通过基因改造让植物果实保持成熟期更长，从而延长食物保质期。还可以通过基因改造提升植物的营养价值（比如增加维生素A含量），以及使植物果实不容易霉变。基本上，不仅要通过添加或抑制一个特定基因来让植物表现所需的特点，而且可以通过对多个基因的管理来实现这一点，但这后一种技术的过程更复杂，迄今尚未运用这种过程创制出具有商业价值的农作物。
什么是基因
在解释新基因怎样被引入生物体之前，有必要了解一下什么是基因。你可能知道，基因由DNA组成，而DNA的一部分由4种碱基（ATCG）组成。这些碱基在一个基因的一条DNA链上的线性排列，可被视为一种特定蛋白质的编码。蛋白质是生物大分子，由以不同组合串接在一起的氨基酸组成。当正确组合的氨基酸被连接在一起时，氨基酸链折叠成的蛋白质有特定形态和合适的化学特征，这让蛋白质能执行特定的功能或反应。生物主要由蛋白质组成。有些蛋白质是酶，它们催化化学反应。还有一些蛋白质运输物质给细胞；另有一些蛋白质充当开关，激活或关闭其他蛋白质或蛋白质联级。因此，当一个新基因被引入时，它会给予细胞编码序列，让细胞制造一种新蛋白质。
细胞怎样组织基因
在动植物细胞中，几乎所有DNA长链都卷绕成染色体。基因实际上是构成染色体的DNA长序列的小片段。在细胞每一次复制时，所有染色体最先复制。对细胞来说这是最核心的一套指令，每个后代细胞都得到一套复制的指令。因此，为了引入一个新基因，让细胞制造一种新蛋白质，以赋予一个特定特征，你只需在一条染色体长链上插入DNA的一小段。就像其他任何基因一样，一旦被插入，在任何子细胞复制时，DNA都会被传给子细胞。事实上，某些类型的DNA可在细胞中独立于染色体而存在，可使用这些细胞来引入基因，这样新基因就不会合并到染色体DNA。但使用这种方法，由于染色体未经改造，经过多代复制后，细胞中的新基因会丢失。为了实现永久性、可遗传的基因改造，例如用于农作物转基因的基因改造过程，就需要改造染色体。
新基因怎样被插入
基因工程是指，把一个新的DNA碱基序列（通常对应于整个基因）插入生物体的染色体DNA中。从概念上说这很直截了当，但从技术角度来说却有点复杂。把具有合适信号的合适DNA序列插到染色体上的合适位置，从而让细胞识别它是一个基因，并且用它来制造新蛋白质，这当中涉及许多技术细节。在几乎所有基因工程程序中，有以下4个共同点。
1. 首先，需要一个基因（启动子）。这意味着需要具有特定碱基序列的DNA分子。以前，使用任何一种很费劲的技术（这样的技术有多种），这些序列都能从一个生物体直接得到。如今，科学家不再从生物体提取DNA，而是从基本碱基ATCG合成DNA。一旦得到，这个序列就可被插入一段像是一个小染色体的细菌DNA（质粒）。因为细菌复制很快，所以需要多少基因就能制造多少基因。
2. 一旦有了启动子，就需要把它放到一条DNA链上。链上的DNA序列必须适合，才能识别新基因，并正确表达它。基本上，这意味着需要一小段DNA序列，指引细胞表达新基因。
3. 除了插入启动子之外，经常还需要第二个基因提供选择标记。第二个基因基本上是一个工具，用它来识别包含启动子的细胞。
4. 最后，把新DNA（包括启动子和标记基因）送入生物体的细胞中。这有多种办法，其中一种是基因枪，它用改造的步枪把包裹了DNA的钨或金微粒射进细胞内。
对动物细胞来说，有多种转染介质覆盖和结合DNA，使DNA穿透细胞膜。另一种常见做法是，把新DNA与经过改造的病毒DNA接合，病毒DNA作为载体，把新基因送进细胞内。可以用正常病毒蛋白包裹经过改造的病毒DNA，这样制作的假病毒能感染细胞，将携带基因的DNA插入，但不会复制新病毒。
对许多双子叶植物来说，可以把基因放进经过改造的根癌农杆菌T-DNA载体。还有其他多种方法来插入基因。大多数情况下，只有少数细胞能获得新基因，因此筛选出改造成功的细胞是非常重要的一步。这就是需要标记基因的原因。
怎样制造转基因老鼠或番茄
转基因生物拥有数百万个细胞，而前面只描述了怎样对单一细胞进行基因改造的技术。创生整个生物体的过程，基本上相当于对生殖细胞（精子和卵细胞）运用这些基因改造技术。一旦重要基因被插入，剩下的过程基本上就是运用遗传育种技术，产生体内所有细胞都包含新基因的动植物。基因改造实际上只是针对细胞进行的。
来源：《大自然探索》2017年第05期
