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整理人: qiulan98(2002-03-04 16:35:55), 站内信件
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基因概念的认知
从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：泛基因（或者称前基因）阶段，孟德尔的遗传因子阶段，摩尔根的基因阶段，顺反子阶段，操纵子阶段和现代基因阶段。
现代基因阶段实际上是重新认识基因的阶段，对基因的定义是基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。对于编码蛋白质的结构基因来说，基因是决定一条多肽链的DNA片段。根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类。第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因；第
二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因；第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因。启动基因和操纵基因有时被统称为控制基因。
基因的化学本质和功能
染色体上具有遗传作用的是脱氧核糖核酸即DNA。DNA链由两条碱基互补的脱氧核苷酸链反向平行旋转形成双螺旋结构。每个脱氧核苷酸由一个碱基、一个脱氧核糖及一个磷酸分子组成。碱基的不同决定了脱氧核苷酸种类的不同。DNA中的碱基种类有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）。
所谓基因是带有遗传性状的DNA片段，每个基因具有自身的遗传密码。基因虽然只有小小的一段，却有着重要的功能。因为基因决定着蛋白质的合成，有 "一个基因一个多肽链"的说法。简单地说：基因决定蛋白质，蛋白质决定代谢作用，代谢作用决定各种性状。
基因突变
基因突变是指由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化，亦称点突变。在自然条件下发生的突变叫自发突变，由人工利用物理因素或化学药剂诱发的突变叫诱发突变。基因突变是生物变异的主要原因，是生物进化的主要因素。在生产上人工诱变是产生生物新品种的重要方法。
根据基因结构的改变方式，基因突变可分为碱基置换突变和移码突变两种类型。
碱基置换突变：由一个错误的碱基对替代一个正确的碱基对的突变叫碱基置换突变。例如在DNA分子中的GC碱基对由CG或AT或TA所代替，AT碱基对由TA或GC或CG所代替。碱基替换过程只改变被替换碱基的那个密码子，也就是说每一次碱基替换只改变一个密码子，不会涉及到其他的密码子。引起碱基置换突变的原因和途径有两个。一是碱基类似物的掺入，例如在大肠杆菌培养基中加入5-溴尿嘧院（BU）后，会使DNA的一部分胸腺嘧啶被BU所取代，从而导致AT碱基对变成GC碱基对，或者GC碱基对变成AT碱基对。二是某些化学物质如亚硝酸、亚硝基胍、硫酸二乙酯和氮芥等，以及紫外线照射，也能引起碱基置换突变。
移码突变：基因中插入或者缺失一个或几个碱基对，会使DNA的阅读框架（读码框）发生改变，导致插入或缺失部位之后的所有密码子都跟着发生变化，结果产生一种异常的多肽链。移码突变诱发的原因是一些像吖啶类染料分子能插入DNA分子，使DNA复制时发生差错，导致移码突变。
根据遗传信息的改变方式，基因突变又可以分为同义突变、错义突变和无义突变三种类型。
同义突变：有时DNA的一个碱基对的改变并不会影响它所编码的蛋白质的氨基酸序列，这是因为改变后的密码子和改变前的密码子是简并密码子，它们编码同一种氨基酸，这种基因突变称为同义突变。
错义突变：由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种氨基酸的密码子的基因突变叫错义突变。这种基因突变有可能使它所编码的蛋白质部分或完全失活，例如人血红蛋白β链的基因如果将决定第6位氨基酸（谷氨酸）的密码子由CTT变为CAT，就会使它合成出的β链多肽的第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸，从而引起镰刀形细胞贫血病。
无义突变：由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变成一个终止密码子的基因突变叫无义突变。其中密码子改变为UAG的无义突变又叫琥珀突变，密码子改变成UAA的无义突变又叫赭石突变
分子遗传学中，营养缺陷型是指通过诱变而使得一些营养物质（如氨基酸）的合成能力出现缺陷，必须在基本培养基（如由葡萄糖和无机盐组成的培养基）中加入相应的有机成分才能正常生长的突变菌株或突变细胞。例如，野生型大肠杆菌在基本培基中能够正常生长，而组氨酸缺陷型的大肠杆菌（记为His-）只有在基本培养基中加入适量的组氨酸时才能正常生长。突变型基因转变成野生型基因的过程叫回复突变。例如把大量的His-大肠杆菌细胞接种在不含组氨酸的基本培养基中，会有极少量的细胞能够生长，出现这种情况的原因主要是这些细胞的组氨酸缺陷基因已回复为正常基因（记为His+）。
某一突变基因的表型效应由于第二个突变基因的出现而恢复正常时，称后一突变基因为前者的抑制基因。抑制基因并没有改变突变基因的DNA结构，而只是使突变型的表型恢复正常。例如，酪氨酸的密码子是UAC，置换突变使UAC变为无义密码子UAG后翻译便到此停止。如果酪氨酸tR－NA基因发生突变，使它的反密码子由 AUG变为 AUC时，其tRNA仍然能与酪氨酸结合，而且它的反密码子AUC也能与突变的无义密码子UAG配对。因此这一突变型tRNA，能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸，而使翻译正常进行。这里酪氨酸tRNA的突变基因便是前一个无义突变的抑制基因。
基因突变的特点
基因突变作为生物变异的一个重要来源，它具有以下主要特点：
第一，基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等的动植物以及人，都可能发生基因突变。基因突变在自然界的物种中广泛存在。例如，棉花的短果枝、水稻的矮杆、糯性，果蝇的白眼、残翅，家鸽羽毛的灰红色，以及人的色肓、糖尿病、白化病等遗传病，都是突变性状。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。
第二，基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。例如，植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变，那么由这个叶芽长成的枝条，上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时，那么，将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。
基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的。
第三，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约十万个到一亿个生殖细胞中，才会有一个生殖细胞发生基因突变，突变率是105～108。不同生物的基因突变率是不同的。例如，细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动值物的要低。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。例如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06×10-4，而黄色胚乳基因的突变率为2.2×10-6.
第四，大多数基因突变对生物体是有害的，由于任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系。因此，基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如，绝大多数的人类遗传病，就是由基因突变造成的，这些病对人类健康构成了严重威胁。又如，植物中常见的白化苗，也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素，不能进行光合作用制造有机物，最终导致死亡。但是，也有少数基因突变是有利的。例如，植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等，都是有利于生物生存的。
第五，基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。例如，控制小鼠毛色的灰色基因（A+）可以突变成黄色基因（AY）。也可以突变成黑色基因（a）.但是每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突变，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。
基因的商业价值
基因是生物制药产业的源头、生长点和制高点，源于基因的技术拓展将是21世纪制药企业开发新品的基础，基因研究现已成为全球瞩目的焦点。目前，世界上各大制药、化工和农业公司都在积极地进行改组、合并和建立新联盟，以通过基因相关的研究和开发加强自己的竞争实力。尽管基因产业所需的投资数目非常大，探索工作也非常艰辛(比如分离囊性纤维病变基因花了十年时间，耗资1.5亿美元以上)，但一旦拿到一个能够编码重要功能蛋白的基因后，其回报将是无比丰厚的--发现者可以获取该基因的专利，科研人员可以之进行相关研究并设计相关的防治药物，医药公司可在专利期满之前获取市场巨额垄断利润。可见，一个基因可以成就一家企业，甚至带动一个产业。
一、基因是一种有限的资源
人体共有约10-14万个基因，人类基因组只有一套，世界各国投入巨资寻找基因的研究实为一场"基因抢夺战"，"基因侦探们"在这10-14万个基因中逐个探索，一一破译，发现一个少一个，能抢一个是一个：谁占有较多的基因专利，谁就将在人类基因的商业开发方面(包括基因药物、基因诊断、基因治疗等开发)抢得先机：生物医药企业只有在获得基因专利许可权的前提下，才能进行该基因相关药物的开发和利用；基因专利的多少决定着生物医药企业生存空间的大小。由此可见，人类有限的基因资源正在做着一次性的分配，生物医药产业正在进行着一场圈地运动；获取基因效率最高和数量最多的企业，有望利用其基因专利来垄断未来生物技术和制药工业发展的市场。目前国际上有关基因专利的激烈争夺(比喻为跑马圈地或抢占跑道)，反映出基因产业创造价值的巨大潜力。正如比尔·盖茨所说的，下一个创造出更大财富的人将出现在基因领域。
二、对基因的占有方式是"基因专利"
基因专利保证了专利拥有者对基因应用领域的高度垄断，其潜在经济价值和高额回报使得各国的研究机构和大小公司纷纷投入巨额资金。难以想象，如果没有专利的保护，制药公司还会不会对基因开发下这么大的赌注，还会不会有基因相关产品走向市场。正是因为基因专利所赋予的高度垄断，生物技术领域每一项重要产品的问世几乎都会引来激烈的专利之争，这已成为生物医药业的悲哀。
三、基因专利的商业潜力
基因专利是对"以基因为基础的相关预防、诊断、治疗药物和仪器(包括生物芯片所涉及的基因专利问题)的一种垄断性保护"，一个基因的专利基本涵盖了该基因今后可能被开发的所有用途，制药企业只有在获得基因专利许可权的前提下，才能进行该基因相关产品的开发利用。
四、基因专利的商业价值
基因专利是研制开发基因相关产品的基础，基因专利的权利人不仅可以通过专利合作或转让获得收益，而且还可以从基于该基因专利的基因药物以及其他衍生产品后期销售收入中按一定比例提成。一个具有重要功能的疾病相关基因的专利，转让价值一般以千万美元计，而以此开发的基因药物年销售额可高达几十亿美元。基因的商业价值可从一些经典的基因转让案例中得以体现：
肥胖基因：1994年11月，美国Amgen公司出资2000万美元向"Rockefeller大学购买了一条肥胖基因的独占型开发许可权。此次，Amgen付给Rockefeller大学不少于3000万美元的阶段性付费以及后期产品的销售提成。
中枢神经系统疾病相关基因：1996年7月，美国Millennium公司与Wyeth-Ayerst公司签订中枢神经系统疾病相关基因合作协议，Wyeth-Ayerst公司在七年内向Millennium支付尚未包括阶段性付费和产品提成的专利使用费和研发费用约9000万美元。 FKBP神经免疫因子配体：1997年,Amgen公司将FKBP神经免疫因子配体转让给Guilford公司，交易额高达3.92亿美元，是迄今为止单个基因交易的最高价格。
抑制端粒酶基因的相关基因：1997年3月，美国Geron公司与Pharmacia＆Upjohn签订协议，合作开发抑制端粒酶基因的新一代抗癌药物，Pharmacia＆Upjohn向Geron支付5800万美元，包括1000万美元的股权投资，研究基金和阶段性付费，Ggeron公司还将获得后期产品销售收入的提成和部分美国市场合作销售权。
基因药靶的价值：1998年9月，Millennium公司与Bayer公司签订了五年的基因药物合作协议，Bayer公司将向Millennium支付总计4.65亿美元(包括14%的股权投资)费用，委托Millennium公司开发225种基因药靶，平均每个基因药靶的价值为207万美元。
促红细胞生成素EPO：美国Amgen公司依赖EPO基因专利的开发应用。从一个濒临破产的企业成为美国生物工程医药领域的领头羊，其EPO1998年的销售收入达到13.6亿美元，而EPO的全球市场现已达到34亿美元的销售额。
五、基因专利的法律效力
基因专利受法律的保护，专利侵权将要受到法律的制裁。而且，专利授予与否的问题也要服从于法律，否则也会被卷入法庭。
基因专利的垄断性--HIV受体专利引起轰动2000年2月16日，美国主要从事人类基因测序和商业化开发的人类基因组科技股份有限公司(HumanGenomicsScienceInc,简称HGS)宣布："她向美国专利和商标局(PTO)成功申请了一个在HIV(艾滋病病毒)感染中起关键作用的基因的专利，该基因编码一个称作CCR5的细胞表面受体蛋白，该蛋白是HIV病毒侵入人体细胞所必需结合的位点。"HGS指出："该专利覆盖了艾滋病治疗的关键点，HGS已授权其制药业的合作伙伴开发艾滋病治疗类药物，HGS本身也试着进行一些对付HIV感染的有关抗体的研究。"HGS预计："以CCR5为药靶开发的新药，包括艾滋病治疗类药物以及抗溃疡和抗过敏类药物，每年的销售额能达到400亿美元。"消息公布后，HGS股价当天创出新高，达到188美元/股，一天内涨幅高达21%。HGS仅仅因为对CCR5基因测了序，就获得了基于CCR5的有关专利权，而1996年那些首先发现"HIV通过与CCR5受体结合而侵染人体免疫细胞"的科学家以及那些在爱滋病研究领域做出了巨大贡献的科学家，却因在专利申请上比HGS晚了一步而无法享用基于CCR5基因的有关专利。这一事实令科学家们"倒抽了一口凉气"。科学家们认为--"专利局把CCR5基因的潜在商业价值优先给予了一个只是做些基因测序等辅助工作的公司，而不授予为识别该受体、研究其功能做了大量科研工作的科学家，实在不太公平。"专利局的态度是，他们仍然可以受理其它的专利。但专利之间的相互交叉和覆盖势必会产生碰撞，难免带来严重的法律问题。
然而，HGS并不认为她仅仅是通过基因测序而获得了CCR5的优先权，她是以测序结果为切入点，通过基因数据库的计算机分析推测基因的功能，然后再通过生物学试验进行基因功能的研究和相关药物的开发的。不过，HGS承认她在提交CCR5专利申请的时候并不知道CCR5与艾滋病之间的关系。HGS认为发现CCR5生物学功能的科学家们应该得到认可，HGS将在科研方面与科学家们共享CCR5的有关数据和试剂，但在相关药物开发方面，HGS是要严格执行其专利权利的。正如HGS过去5年所宣布的，她在基因专利申请上打败了所有的人。
由此可见，谁拥有了基因专利，谁就拥有了该基因所有用途的独占性开发权，实现的将是对整个产业的垄断。
基因研究的应用前景
随着基因组研究的飞速发展和它潜在的广阔应用前景的预见，许多预言家认为生物学将成为21世纪最主要的学科。基因研究的贸易发展潜力给各国产业提供了发财的机会，基因研究的应用包括如下方面：
一、 分子医学
疾病的进一步诊断
遗传性疾病易患体质的早期发现
对症下药的药物开发
药物遗传学
二、 微生物基因组学
新的能量来源（生物燃料）
发现环境污染的告戒书
避免生物学和化学冲突
有毒废弃物的安全、有效清除
三、 风险估计
由于放射线泄露（包括微量泄露）引起的健康损害和危险性的估计
由于诱发突变的化学物质和致癌性毒物引起的健康损害和危险性估计
降低遗传性突变的可能性
四、 生物考古学，人类学和人类演变
通过物种的突变研究演变过程
研究起源于女性遗传基础上的不同人种的演变
研究Y染色体上的突变，追溯男性的血统和演变
比较人类寿命演变和历史性事件中的断裂点
五、 DNA鉴定
鉴定DNA符合犯罪现场证物的可疑犯
免除错判有罪者的罪名
鉴定罪犯和受害者
确定父子关系和其他亲属关系
鉴定危险性和保护性物种来帮助野生动植物官员（可用来起诉偷猎者）
发现细菌和其他会污染空气、水、土壤和食物的有机体
比较器官移植中捐赠者和接受者
决定种子或家禽的谱系
鉴定例如鱼子酱、葡萄酒等消费品
六、 农业，家畜饲养和生物工艺
耐疾病、昆虫、干旱的作物
更健康、多产、耐疾病的家禽动物
更有营养的产品
生物杀虫剂
添加到食品中的可食性疫苗
新的环境清除剂如烟草
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人间所事堪惆怅
莫向横塘问旧游 |
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