高科技与生物技术的结合

高科技与生物技术结合是必然发展趋势。5年来，科学家通过对生物技术进行数字化改造、创新，找到了解决问题的答案。

自动化、微型化、特种芯片设计以及计算机工业开拓技术已出现创新试验仪器端倪：基因测序机器、信息软件编程乃至自动化学分析装置层出不穷。这些高科技与生物技术融为一体的新装置加快了从测绘基因图谱到确立和测试新型合成药物时间并减少了开支。

基因组学是推动测试仪器创新的源泉。自1990年美国联邦政府实施人类基因组工程以来，人们日趋意识到它的重要性。该工程旨在2000年绘制出所有人类基因草图。为何科学家对此给予特别关注呢？原因在于人类基因组由大约8-10万个基因组成以及诸多尚不清楚的遗传变异因子，它们表现为毛发颜色，身高和对疾病易感染程度的差异。若人类基因组工程届时能够绘制出人体基因蓝图，那么我们可在分子水平上控制多种疾病。首批新型测试仪器已在90年代初期和中期亮相。如今各种款式新颖、功能广泛的新产品将陆续投入使用，我们不妨重点浏览一下：

基因测序机器目前，加利福尼亚州福斯特城大型生物技术公司帕金-埃尔默所属生物系统公司在测序机器生产上处于领先地位。今年该公司投产的一种测序仪可使大部分测序工作自动化，同时可在24小时内连续测绘日趋增多的样品且减少手工劳动80%。

生物芯片世界首枚生物芯片由加利福尼亚州圣克拉拉市Affymetrix生物技术公司发明，这种透明的“生物芯片”是程序化的硅计算机芯片，其功能犹如活体细胞，正在代替速度缓慢的传统凝胶技术。生物芯片能够快速进行数千次测试以便帮助科学家确定某种基因的表现；相比之下，凝胶技术只能在数天内作某种单项测试。今年后期Affymetrix公司将推出另一种芯片，它将能作“基因打印”工作——测试某种独立的基因标记，以便确定是否对某些药物产生反应。加利福尼亚州芒特维尔Caliper生物技术公司研制出另一种新型芯片，它可以进行从DNA测试到微缩药物检测等多种测试。

蛋白质滋生学这是基因滋生各种蛋白质的研究，包括蛋白质在身体何部位产生、何时产生以及生成多少。蛋白质滋生学给科学家更多更好的线索，诸如哪些蛋白质确实涉及疾病过程以及哪些与疾病无关。这种检测通过计算机化学模拟来完成。

组合化学技术一俟科学家明确哪种蛋白质涉及某种疾病，他们就能找到控制疾病的分子。这就是组合化学大显身手之处。组合化学分析过程采用大量不同化学物质进行筛选并作潜能药物分析，其技术采用自动液体处理系统在特殊化学状态下产生数千种不同的化合物。马萨诸塞州阿奎尔公司是众多开发组合化学分析专用软件的佼佼者。

高通过量检测技术许多潜在分子通过自动检测机器被迅速筛选以期发现那些可以制取有效药物的分子。处于领先地位的加利福尼亚州圣地亚哥市的奥罗拉生物科学公司，已研制出一种高通过量检测机器，一天可以筛选10万多种化合物并一次接纳100多万种化合物。计算机业微型化引导的微观流体技术也正在开发之中，它将采用微量测试化合物来筛选新药物。

生物信息学各家生物技术公司都面临着源源不断涌来的大量统计资料。如何将其内部资料库与其它公用或私有资料库联网，以便使正在研究胰腺癌的科学家受益而又不被大量诸如在鼠体内培养激素的信息所左右呢？此外，公司如何从各种不同类型试验中综合选择信息，以及研究人员如何从纷繁复杂的信息中理出头绪进入创造、注释和联系各种资料数据库软件程序，加上软件操作工具以便利用复杂的研究编码系统来确认所需的基因组信息。

加利福尼亚州奥克兰市潘吉尔系统公司是致力于开发生物信息学的产业之一。该公司执行总裁约翰 · 库奇评论说：“苹果计算机公司已开发出一种创新软件，它可以满足多人要求上网查询所需信息的愿望。然而生物技术领域还未出现相应的革新，我们希望生物信息学将能办到。”

修复基因缺陷的基因疗法

设想将来医生能够识别你易患诸如血友病和囊性纤维化病变之类的遗传诱因，然后连续注射几针就可以矫正先天遗传缺陷。或许以后人类再也不必担忧罹患癌症、艾滋病和心脏病之类致命疾病了，因为它们都可以轻而易举地扎上几针就可以预防和终身受益了。

基因疗法的最终目标就是实现上述带有科学与科幻色彩的奇迹，因此基因疗法被认为是未来生物技术的前沿领域。

迄今，基因疗法主要集中在所谓单基因失常，即由单一基因缺陷或变异造成的各种疾病。若失常基因

可以健康基因替代，这类疾病就可以在萌生前被治愈。以美国最常见由CFTR基因引起的遗传疾病囊性纤维化病变为例，该基因抑制细胞膜中蛋白质发挥功能，囊性纤维化在两肺中产生厚积粘液，因而导致慢性感染乃至死亡。目前实施的基因疗法测试中，是将健康CFTR基因经由对身体无害的病毒植入患者肺细胞。若不出现意外，病毒抵达病灶细胞并输送健康基因，不多时就使该细胞产生功能正常的蛋白质，从而适时遏制这种疾病。

基因疗法的另一项重要进展是通过直接改造基因，这样可使患者身体持续产生大量蛋白质，同时免除需每日服药或注射常规治疗囊性纤维化病变和其它遗传性疾病药物的烦恼。

近年来，基因疗法涉足范围已超出遗传性失常疾病并进人后天获得性疾病中。实际上如今近80%的临床测试都集中在癌症和艾滋病上，致使基因疗法应用潜力远远超过相对较少的遗传性疾病，眼下实施中的治疗心血管异常病变的新测试正在进一步扩大。随着人类基因组工程继续查明更多基因及其功能，基因疗法可以涉足疾病的种类将不断增加。不难想象，随着基因疗法日趋完善，最终获准实行，基因疗法疫苗的开发也为期不远了。

生物技术疫苗产业

如今，尖端生物技术还会使古朴的疫苗产生奇迹吗？我们不妨先认识一下传统天花疫苗的制作过程。科学家提取天花病毒，使其毒性减弱并将它再移植到人体中。人体免疫系统犹如优秀学生总会学习如何击溃毒性减弱的病毒菌株，以致当真正强大的病毒袭来时，它已拥有必备的抗体了。过去往往出现这样的问题：要么一些人接种疫苗后呈现不良反应，要么实际上病情恶化。

随着生物技术疫苗问世，患者不再接触有害病毒。现在科学家可以制取某种单一病毒蛋白质以便诱惑免疫系统发挥作用，随时准备攻击可能会出现的病毒。生物技术疫苗作用迅速，不与实际病毒接触，也不存在漏网病毒潜入肌体的危险。

生物技术公司截至目前仅研制出5-6种这类疫苗。奇容与默克公司在B型肝炎疫苗开发上处于领先地位。毕彻姆公司在B型肝炎和莱姆病疫苗创新上亦不甘落后。然而这些努力仅仅是初次尝试。

目前，研制中的疫苗不仅对付各种传染病，还用来抑制癌症。严格地说，它们不属“疫苗”而更接近“治疗药物”，因为它们是在患者病情恶化时采取的一种治疗措施——但是治疗过程与疫苗作用形式一样。

10年前癌症疫苗被认定对治疗无效，因此许多公司相继放弃研制疫苗以利转向开发其它治疗方法。但如今随着许多技术难题得以克服，癌症疫苗研制再次流行起来。密苏里州堪萨斯城一家AVAX小型生物技术公司，甚至正以患者自身癌细胞制作常规疫苗。这种疫苗用化合物半抗原注射体内，旨在增强免疫系统对癌细胞的抵抗力，以及激发对特殊肿瘤的免疫学反应。

即便这些新型DNA疫苗起作用，其疗效往往被证实不完善。无论对癌症、艾滋病或传染疾病来说，基因工程疫苗时下尚未激发足够强劲的免疫反应，以致患者免疫系统仍处于软弱无能和易受感染的境地。

将辅助药物或其它物质与某种医疗方法相结合的综合疗法用以增强免疫反应已经酝酿多年了，但是最有效的组合尚未证实足够安全用于人类。难怪几家生物技术公司已在联手研制更强劲、更安全的辅助药物，以期与新型DNA疫苗组合成综合疗法。

其它一些公司也试图通过开发独特输送疫苗方法，以求在市场上占有一席之地。英国生物技术公司powderject制药厂正在研制一种特殊注射枪，它能将疫苗微粒直接注射到患者血液中。这种注射枪没有针头，注射后皮肤不肿胀亦不留疤痕。另一家英国Axis Genetics生物技术公司正在诸如马铃薯之类普通食物中培植疫苗，从而给一则古老传说赋予新意：“每天吃个马铃薯，不问大夫疾与苦。”

大地主宰基因农业

改良农作物自然特性不一定是坏事——这样做确实能够盈利丰厚。

比如目前采用的复杂基因工程技术，即用基因枪将镀金外壳的微小基因射入农作物DNA链中，农业生物技术旨在改进农作物遗传特性：使小麦具有天然抗病虫害能力；使玉米硕果累累；甚至正在利用动物作为生物反应器来培养人类抵抗疾病的各种抗体。目前，科学家还正在尝试给奶牛喂食合成生长激素以期刺激奶牛多产奶汁。

80年代发达国家率先掀起农业生物技术研究高潮，一些新兴小型产业集团创造了基因工程改良物种，并寄希望以此改良农作物营养品质和工业原料品质。这些小公司现大都销声匿迹了，要么被大型化工产业所吞并，要么自生自灭了。究其原因，主要是公司低估了新产品研制和上市周期，或者他们选择的产品生产厂家和消费者都不愿支付佣金购买。

现在生物工程技术将农业推人第二次产业革命。领导潮流的是孟山都和杜邦之类大型化学和制药产业集团。眼下这些号称“生命科学”的大公司的发展战略是将生物技术、制药和化工产业有机融为一体开发和经营。

农业生物技术面临着大量的挑战，主要涉及投资者对农业生物技术发展前景持观望态度而不急于出手投资。1998年投入新兴农业生物技术公司的风险资金约为8000万美元，而投入生物技术其它产业的资金达到8亿美元。这可能是农业生物技术在10多年发展中仍未见成效的缘故。另一棘手问题是：由于基因工程技术改良物种专利归大公司所有，农场主无权收割后收集物种而令他们大为恼火。

然而农业生物技术发展最大的阻碍绝非资金短缺，而是面临大量棘手的伦理道德问题。持异议的人士担忧这些生物技术公司在愚弄公众，特别在欧洲公众对农业生物技术表现出恐惧和失信心态已经阻碍了它的发展。第一种基因工程技术改良食品是加州基因公司推出的保鲜西红柿，但是1994年一经美国食品与药品管理局（FDA）批准上市销售便引起一些公众争议。不过其最终失败的原因是生产成本过高无法打开销路的缘故。近期美国消费权益组织向FDA施压，并要求所有农业生物技术公司标注其产品所含成分，但迄今FDA拒绝了这项要求。

尽管生物技术应用受到阻碍，但是新兴生物技术产业仍不断给农业带来生机和希望。去年，农业生物技术公司将浆果味西红柿到花生等37种新食品推向市场，并希望今后3~6年再上市30多种新品果蔬。据一家生命科学商业银行博伊尔公司预测，仅基因工程技术改良物种一项的市场总需求量就在5000万~7000万美元之间。农业生物技术还可以从生物技术成套尖端测试技术上赢利，其中包括生物信息学、高通量筛选检测以及组合化学。此外，随着科学家迅速查明起控制和变异作用的各种基因以便创造改良农作物，基因组学突破性进展还将继续推进创新工程。

目前，鉴于某些原因，农业生物技术的辉煌时代不会很快到来：科学家预测到2050年世界人口将增长到120亿，届时尽快发现养活世界日益增长人口粮食需求的新方法将把农业生产推向高潮。

[Forbes，1999年5月31日]