欲知「基因剪刀」神奇之處？須掀起他的頭蓋骨….

神奇的基因剪刀（一）

（趙友波、賽德夫)

近年來，現代生物學技術逐漸深入到大眾生活，人們對生物新技術的發展保持密切關注。一種被稱為「基因剪刀」的新興技術也獲得了前所未有的矚目。什麼是基因剪刀？其工作原理是什麼？對我們的生活又有什麼影響？本著「科普大眾，關愛生活」的原則，「蝌蚪士」將分期回答上述問題。以期揭開「基因剪刀」的神秘面紗…

什麼是基因剪刀？

這裡所說的「剪刀」不是平常生活中的裁紙剪布的剪刀，它的功能要精確的多。我們暫且把它們稱為「核酸剪刀」，其主要作用就是夠特異性地剪接和切割核酸大分子（RNA或DNA）。簡單說來，共有三把：核酶（剪斷RNA）、核酸內切酶（剪斷核酸）、核酸外切酶（剪碎核酸）。

第一把剪刀：核酶

核酶是指具有酶活性的RNA分子，是一類生物催化劑。核酶的發現顛覆了當時「酶的本質是蛋白質」這一概念，引起了巨大的轟動。主要歸功於其發現者T.Cech和S. Altman的工作。為了表彰兩位科學家的貢獻，他們於1989年被授予諾貝爾獎。目前人工合成的某些DNA也具有催化活性，但還沒有發現天然存在的。

早在1981年，T. Cech在研究四膜蟲（Tetrahymenathermophila）DNA轉錄形成的核糖體RNA（rRNA）中內含子的「切除」方式時，發現初始轉錄產物中的413個核苷酸插入序列（Interveningsequenc，IVS）能夠在鳥苷（G）和鎂離子（Mg2+）存在的條件下被切除，產生成熟的核糖體RNA。證明了IVS在沒有蛋白酶存在的條件下也能夠催化自身的剪接。

核糖核酸酶P（ribonuclease P，RNase P）是一種由RNA和蛋白質組成的複合物。S.Altman在研究大腸桿菌（E.coli）tRNA的過程中發現在高濃度的鎂離子（Mg2+）和適量精氨酸存在的條件下，RNase P中的RNA能夠切割tRNA前體的5』端，而蛋白質成分的作用卻是維持分子構象穩態。

第二把剪刀：核酸內切酶

核酸內切酶是指能夠特異性地識別核苷酸序列（也稱酶切位點），如下圖中的Eco RI和Hind III，並切割兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵的一類酶，包括RNA內切酶和DNA內切酶，後者也被稱為限制性內切酶。由於限制內切酶能夠剪切DNA，因此又被稱為基因剪刀。限制內切酶的發現最早可以追溯到20世紀50年代Salvador Luria 和GiuseppeBertani的研究，他們發現噬菌體λ在具有限制和修飾系統的大腸桿菌中的長勢較差。60年代，Werner Arber 和MatthewMeselson進一步證明這是由「限制酶」引起的。隨後，經過大量科學家艱苦卓絕的工作，又有大量限制酶被發現。

第三把剪刀：核酸外切酶

核酸外切酶是指一類能從多核苷酸鏈的一端開始逐步水解3、5-磷酸二酯鍵，逐個釋放單核苷酸的酶類，包括核糖核酸酶和脫氧核糖核酸酶。首個核酸外切酶於1972年被Lehman IR在大腸桿菌中發現。

核酸的剪接與切割主要涉及到以上三種酶類，這對維持細胞正常生命活動至關重要。在此基礎上發展起來的基因編輯技術多次被評為「十大科技成就之一」，足以說明基因編輯對我們的影響。

關於基因編輯技術在人類生活中的應用，我們將在神奇的剪刀（二）中推出，敬請關注《蝌蚪士》。

（未完待續）

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