探索生命的奥秘--轻松活过100岁/科学的力量科普译丛

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DNA芯片，也叫做DNA微阵列，使科学家能够在 同一时间内， 同时监控来自给定组织的数以千计的基因表达的变化 。细胞里的 大多数生理过程是通过改变涉及这些过程的基因的表 达水平来应 对环境变化的。一些基因变得*为活跃，从而导致它 们产生的蛋白 质*多地转录和翻译，另一些基因则可能**关闭。 例如，当一个 细胞从正常状态转化成恶性状态时，有许多基因的表 达发生了变 化，有时达到数百和数千个。DNA芯片可以在同一时 间内检测哪些 基因关闭和开放，关闭和开放到什么程度。这样科学 家就不只是观 察疾病过程中某一个基因在某一个时间的变化，而是 能够立刻观察 到全套基因所发生的变化。 1996年，斯蒂芬·弗尔多(Stephen Fodor)的昂 飞公司 (AffymetriX)，提出一种思想，把DNA撒播到玻璃片 基上，就像把晶体 管放置到硅片基上那样。包含数以百万计的同一种 DN**段的拷贝 (来自一种特定的基因)的微滴，**地排列到微晶里 的玻璃网格上。 数以千计的不同基因的DNA都可以注入各个网格。一 种做法是从各 样本组织提取信使RNA，然后把它们附着到荧光标记 物上。标记分子 溶液滴到玻璃网格的表面，与所附着的带有数以千计 的人类基因的 DNA分子发生反应(经由互补的碱基配对)。然后分析 芯片上的每一 个点，测定带荧光的DNA的浓度。点的荧光越多，相 应基因的表达越 高。一种典型的实验是，科学家分析病变细胞和正常 细胞的基因活动 (表达)的差异，用以确定参与疾病过程的基因。 **，基因芯片主要用于研究，但它们很有希望 用于提高疾病的 诊断水平，如淋巴瘤的种类很多，难以区分。基因芯 片也可以用于改 进处方药物的剂量。罗氏公司的实验室开发的一种增 扩芯片细胞色 素P450检测，是**个经美国食品与药品管理局批准 使用于美国人 群，以作诊断使用的生物芯片。这是一个DNA芯片， 医生可以用来帮 助确定诸如抗抑郁药物百忧解和盐酸帕罗西汀等的准 确剂量。 遗传药理学 随着越来越多的患者个人的遗传信息被采用，给 病人处方用药 将不再是千篇一律的“一刀切”。取而代之的是用药 将量身定制，基 于患者的遗传信息选择药物的科学被称为遗传药理学 。这个过程 之所以重要，是因为大多数药物只对大约接*治疗的 一半病人有 效。例如，治疗乳腺癌的主要药物赫赛汀只对20%到 30%的患者有 效。这些患者的肿瘤对Her2蛋白呈高水平表达。但医 生通常不能 发现哪些病人适合使用，要到用药之后见到疗效才知 道。同样，结 肠癌治疗药物爱必妥(Erbitux)和帕尼单抗 (Vectibix)对40%的患者 无效，他们的肿瘤有一个特异性的基因突变。因为使 用这些药物每 月花费高达10000美元，在开始使用如此昂贵的药物 之前，有必要从 基因方面对病人做筛选。 遗传药理学也开始对广泛使用的抗抑郁剂如百忧 解和帕罗西 汀等的处方发挥指导作用。肝脏里的细胞色素P450 (CYP450)酶 参与对这些药物的代谢。基因对合成这些酶进行编码 ，这些基因的 变异就可影响这些药物分解的快慢。有些人代谢缓慢 ，潜在地导致 这些药物在体内蓄积达到中毒水平；有些人则药物代 谢过快，以至 于不能达到预期效果。弄清楚患者属于这些酶的哪几 种变异，就有 助于医生处方抗抑郁药的适当剂量。服用华法林(双 香豆素)来防 止血液凝结成块的病人也将大大*益于基因检测，因 为有两种特异 的基因标记物可以帮助医生确定使用这种药物的适当 剂量。这将 大大改进对病人的护理，因为每年都有数以千计的病 人因为大剂量 使用这种药物而内出血，或者又因为剂量过小造成血 液凝结而 住院。 克隆 克隆是创造基因、细胞或整个有机体的多个拷贝 的过程。*常 见的一类克隆，是利用重组DNA(rDNA)技术产生靶基 因的多个副 本。感兴趣的基因可以驻留在任何活的生物中，从病 毒到人体细 胞。细菌、酵母或哺乳动物细胞可以作为小型生物加 工厂，大量生 产出靶基因的多份拷贝。 **代克隆专注于制造天然蛋白质的替代物，如 胰岛素。从动 物提取和净化费用昂贵。从人类的尸体中获得某些治 疗用蛋白质 会涉及安全问题。这就使得在细菌里进行克隆**有 吸引力。例 如，在20世纪80年代，科学家发现，用于治疗侏儒症 的人体生长激 素，*到了疯牛病(CJD)感染性因子的污染。疯牛病 是一种致命性 神经疾病。有大约30个人用了来源于尸体的人体生长 激素，结果死 于疯牛病，并且这些病人是在不知不觉中*到感染的 。在细菌里生 产蛋白质就可以避免把危险病毒或其他供体组织的其 他因子感染 给毫无戒备的病人的风险。 第二代克隆分子专注于治疗癌症、免疫性疾病和 感染性疾病。 这些分子不仅包括激素，还有生长因子、酶和细胞因 子(免疫系统细 胞分泌的蛋白质，能改变其他免疫细胞的行为)。这 些分子现在也 已被成功地在细菌、酵母和哺乳动物的细胞里进行克 隆。附录B“克 隆基因”解释了一个典型的克隆实验是怎样进行的。 P47-50 　　《“科学的力量”科普译丛·探索生命的奥秘：轻松活过100岁》将把读者带上一段通向虚拟的未来旅程，去想象生物科学取得突破和信息技术进展这两者融合在一起所取得的成果。我们已经看到，由于实现了用药个体化、远程诊断、生物传感、组织工程以及能够**显示疾病过程的影像技术，这样的融合具有延长人类寿命预期的作用。然而这些还是早期的成果。保罗（Paul）和乔伊丝·舒梅克（Joyce Schoemaker）所提供的才是辉煌壮丽的景象，是当前和未来发展的突破性的成果。