DNA走来近60年

宋小俊 陕西商洛职业技术学院（726000）

DNA走来近60年

宋小俊 陕西商洛职业技术学院（726000）

DNA双螺旋结构模型的发现，遗传信息传递“中心法则”的确立以及DNA重组技术的建立，使生物科学的面貌发生了根本的变化，人类开始走向改造、设计生命的征程，具有开启生命科学新阶段的划时代意义，已经和必将对生命科学特别是医学卫生产生深远而重大的影响。

DNA；发现；意义

1 DNA双螺旋结构模型的发现

20世纪50年代以来，生命科学迅速发展，在各个领域里取得了巨大的进展。DNA双螺旋结构模型的发现，遗传信息传递“中心法则”的确立以及DNA重组技术的建立，使生物科学的面貌发生了根本的变化。生命科学将成为21世纪自然科学的带头学科，已经和必将对整个自然科学、技术科学产生深远而重大的影响，这已成为人类不争的事实。

19世纪达尔文进化论的创立，在揭示生物进化发展规律、推动生物学发展方面具有里程碑的意义。因而，被恩格斯誉为19世纪三大自然科学发现之一。人们在述说达尔文之后又一座里程碑的时候，不能不对沃森（Watson,James Dewey）和克里克（Crick,Francis Harry Compton）的杰出贡献予以格外的关注。正是由于这两位科学巨匠的努力，DNA双螺旋结构模型的发现，才使人类开始走向改造、设计生命的征程，具有开启生命科学新阶段的划时代意义。

1953年4月25日，英国《自然》（Nature）杂志以1 000多字和一幅插图的短文发表了美国生物学家沃森和英国物理学家克里克的论文，提出了DNA双螺旋结构模型。对于这个惊世的发现，60年前一家英国报纸在一个不显眼的地方报道这个消息时，作者曾预言“要弄清这副化学”扑克“如何洗牌和搭配，够科学家再忙乎50年”。一语言中，现在我们再来回顾生命科学从此走过的历程以评价DNA双螺旋结构模型的发现的意义，怎么说也不算过了。

沃森1951年8月访问英国时，克里克热情邀请沃森一块从事DNA分子结构的研究工作，10月沃森来到克里克所在的剑桥大学分子生物学研究室，开始了向这个尖端难题的冲击。沃森生物学基础扎实，训练有素；克里克则凭借物理学优势，又不受传统生物学观念束缚，常以一种全新的视角思考问题。他们二人优势互补，取长补短，并善于吸收和借鉴当时也在研究DNA分子结构的英国科学家威尔金斯、女物理学家富兰克林、美国化学家鲍林等人的研究成果，以X射线衍射图谱作为参照和验证，用铁块、硬纸板、铁丝等做结构模型材料，像儿童摆玩具一样，先设想成直线型，再变成螺旋型，后又摆出了一个三螺旋模型，可是一次又一次都失败了。经过多次挫折以后，他们把糖---磷酸作骨架摆在外侧，碱基模型摆在内侧，摆出了一个双螺旋结构模型，但是摆放碱基配对时错误地采用了同配原则，还是没有成功。后来，在对DNA分子X射线衍射照片和各种实验数据反复进行分析研究的基础上，重新调整，将四种碱基的模型以各种方式进行配对，终于发现了A—T配对和G—C配对的碱基配对原则。就这样，不足两年终于成功摆出了一个DNA双螺旋的分子模型，破译了DNA分子结构的双螺旋之迷。

克里克在破译遗传密码的问题上做出了重大贡献，他在噬菌体T4中用遗传学方法证明了蛋白质中1个氨基酸的顺序是由3个碱基编码的。他又单独首次提出蛋白质合成中心法则，即遗传密码的走向是：DNA→RNA→蛋白质。DNA双螺旋模型（包括中心法则）的发现，是20世纪最为重大的科学发现之一，也是生物学历史上唯一可以与达尔文进化论相比的最重大发现，它与自然选择一起，统一了生物学的大概念，标志着分子遗传学的诞生。这门综合了遗传学、生物化学、生物物理和信息学，主宰了生物学所有学科研究的新生学科的诞生。

2 DNA结构的发现对生命科学特别是医学卫生的意义

DNA结构的发现，对生命科学以至于自然科学、技术科学和人类生活的影响，已越来越清楚地呈现在人们的眼前。

生物技术的应用，给医学带来了革命性的变化。基因工程（DNA重组技术），它是按照人们的需要，将某种生物细胞的基因或人工合成的基因经重新组织后，引入另一种生物细胞，使其发挥作用并稳定地传给后代，以达到大量合成基因编码的蛋白质或定向的改变生物细胞的遗传性状的目的。在医学中应用主要有：①用于生产基因工程药品。先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，将基因取出来，经一系列操作，放入可大量生产的受体细胞，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质即基因疫苗或药物。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。目前，治疗糖尿病的胰岛素、治疗侏儒症的生长素、治疗病毒感染和癌症的干扰素、人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等已通过基因工程实现工业化生产，与传统药品生产相比即解决了产量问题，又大大降低了生产成本，为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用，基因工程在制药业中具有广阔的发展前景，我国已经初具规模。②用于基因诊断和基因治疗。基因诊断就是运用基因工程设计制造“DNA探针”方便地对异常基因的结构进行直接分析的方法，是遗传病最准确的诊断手段，已用于镰刀形红细胞贫血症和地中海贫血症的诊断，对肠道病毒、疱疹病毒、腺病毒、肝炎病毒等引起的疾病，基因诊断技术已用于临床实践。基因治疗是在基因水平上，通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新开启已关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管病的目的。目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。基因治疗还有许多问题有待于解决，任重而道远，有望在21世纪20年代前后成为临床上的一种常规治疗手段，为疾病的治疗展示了诱人的前景。

人类基因组计划（Human Genome Project,HGP）的完成，为人们展示了人类24条染色体的基因组作图和DNA全长序列分析，能进行基因的鉴定和功能分析。它的成果不仅可以揭示人类生命活动的奥秘，而且人类6千多种单基因遗传病和严重危害人类健康的多种基因易感性疾病的致病机理有望得到彻底阐明，为这些疾病的诊断、治疗和预防奠定基础。

21世纪，将是DNA认识和基因工程迅速发展和日趋完善的世纪，它将为人类带来巨大的效益，人们不光在基因工程技术上取得突破，还将加速其产业化的进程。基因工程将在人类生活的方方面面发挥它举足轻重的作用。

[1] (美)J.D.沃森.双螺旋发现DNA结构的故事[M].北京:科学出版社,1984:8.

[2] 杨盛昌,龙敏南.基因工程[M].北京科学出版社,2002:42.

[3] 李庆军,董艳桐,施冰.植物抗虫基因的研究进展[J],林业科学,2002,7(2):52.

[4] 庚镇城.确立DNA双螺旋结构模型过程的启示—纪念沃森、克里克的论文发表50周年[J].科技导报,2003,7:53.

10.3969/j.issn.1672-2779.2010.24.172

1672-2779（2010）-24-0204-02

2010-10-08）