如果说20世纪70年代末的基因工程技术的建立将我们带入一个认识基因、改造基因、利用基因的世纪，那么，今天通过基因工程技术则可以将人体内某些有药用价值的基因放在细菌体、动物体内，主细菌、动物变成有价值的“制药厂”。
1.基因制药：千呼万唤始出来
基因工程已用来生产基因工程药物，这大大地改变了传统的药物制造业。
早在1991年夏，日本三得利公司着手建造一座全程序的自动化制药厂，其首要目标在于生产一种基因重组蛋白药物：组织型纤溶酶原激活剂（TPA）的衍生物（简称“新型TPA”）。这种药物是高效的血栓溶解剂，是心肌梗塞等的特效药。天然TPA曾被人们作为药物使用，但在人体内较快失效，作用不理想。新型TPA在分子结构上有新改动，作用时间延长了两倍，在动物试验中已证明对于治疗心肌梗塞效果大大高于天然TPA。第一期临床验也获得良好效果，现在进行第二期临床试验。这座全自动的基因工程药物厂已于1992年6月完工，可批量出产新型TPA。这无疑是心脏病患者的福音。
这样的工厂和这种类型的药物，正在成为医药业的新主角。而发动这场医药业变革的乃是20世纪70年代取得突破的基因工程技术。
1977年美国第一次用大肠杆菌生产出有活性的人脑激素——生长激素释放抑制素。这是基因工程研究的首次成功，第一个重大突破。这个成就引起了世界范围的震动。当时美国科学院院长汉德勒说：“这是科学上头等重大的胜利。这是科学上第一流的成绩。”因为这一实验的成功，人们可以进一步阐明高等生物基因表达的理论基础。其巨大的经济价值也是十分诱人的：用常规的方法需要十万只羊的下丘脑才能提取一毫克的这种激素，而用基因工程的方法价格可降到每克300美元，两者是无法相比的。而且牛、羊、猪的下丘脑提取的天然激素，因含有异体蛋白注射到人身上还会产生过敏反应，用化学合成的基因使细菌生产的激素比较纯，没有副作用。这种激素能抑生长素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，可用来治疗肢端肥大症和急性胰腺炎等疾病。
1978年9月，美国加州大学的研究组和霍普市医学中心将人工合成的人胰岛素基因转移到大肠杆菌中获得功能性的表达，这在基因工程研究上又是一次重大突破。据估计，当今糖尿病患者全世界有6000万人，并且死亡率很高。原来在市场上出售的胰岛素是从猪或牛的胰腺中提取，100公斤的原料仅能生产4—5克。一位患者一年就需要40头牛或50头猪的胰脏，因而成本很高，并且用于人体时，副作用发生率达5—10%。而通过基因工程的方法改造菌株，使细菌生产人胰岛素为全世界提供了一条可靠、大量而又稳定的供应来源。1983年细菌生产的人胰岛素已形成生产规模并开始投入市场，两年之后，欧、美市场上各种胰岛素的销售额就达到了4～4.5亿美元。
1979年7月，美国旧金山加利福尼亚大学和南旧金山的基因技术公司，运用基因工程技术把人生长激素基因，移入大肠杆菌中去，获得功能表达。这也是医学史上的大事。人生长激素影响身体生长。但是，它只有从其他人身上取得才能在病患者体内发挥作用。这样，它只能从外伤致死的死人的如同豌豆大小的脑下垂体得到它。因此，人生长激素极其昂贵而且使用上受到限制。据称，治疗一个脑下垂体机能不全的儿童侏儒症，需要从50具尸体中取出人生长激素。它又是治疗胃出血、预防老年者肌肉萎缩症的特殊药品。通过细菌生产人生长激素，就可以不受限制地向人们提供需要。因此，这是激素药物新时代的开始。
基因工程药物的另一种令人瞩目的产品是干扰素。1957年英国科学家首先发现了干扰素。它有3种类型：α、β和Υ型，α—干扰素由白血球产生；β—干扰素由成纤维胞产生；Υ—干扰素由T淋巴细胞产生。
干扰素是一种蛋白质，对它的功能曾出现过不同的看法。1980年3月下旬，美国肿瘤学会举行了一次讨论会，有的科学家认为，它能够阻止某些癌症的扩散。后来，有的科学家认为，它的疗效没有超过普通疗法。1983年10月3日，干扰素国际学术讨论会在日本举行，与会专家也提出不同看法。不少人的报告说明，干扰素对治疗癌症和病毒病有效。如瑞典卡罗琳的H·斯特兰达博士认为，α—干扰素对治疗小儿咽喉癌、乳头癌、恶性骨肿瘤、恶性骨髓肿瘤方面有很高的疗效。美国国立癌症研究所H·B·勒毕博士用干扰素医治欧洲北部和美国北部寒冷地带经常发生的硬化症，取得了一些效果。日本的学者认为，Υ、β型干扰素和人白血球的α—干扰素对肾癌有较高的疗效，对多发性骨髓肿瘤和恶性淋巴瘤也有效用。不过，有的与会者也指出，没有发现它对乳腺癌、胃癌和肠癌这些消化系统的癌症有充分疗效的报告。
现在，科学家已初步取得统一意见，即干扰素不是直接杀伤癌细胞，而是抑制其增殖，从而增强身体的防御作用，保护细胞不受病毒侵害，所以，它确有抗病毒、抗癌的作用。
1980年，美国、日本、瑞士等国家先后进行干扰素研制。同年7月，日本的科学家谷口维昭与美国哈佛大学的科学家合作，应用基因工程技术，首先从大肠杆菌中制取了干扰素。1981年后，英国、日本和美国等国家研制干扰素取得了新的进展，如英国生物学家伯克教授于1981年利用基因工程技术成功地制成了α—干扰素和β—干扰素。
美国科学家基金会于1983年12月7日宣布，美国科学家也研究出一种生产人干扰不素的新方法，即应用基因工程技术，先使一种能高速繁殖的病毒具有产生干扰素的能力，这种病毒寄存于昆虫细胞，引起疾病。这样可使昆虫细胞产生这种干扰素，其产量比人生产的细胞生产大得多。
日本《读卖新闻》1984年8月25日报道，日本鸟取大学农学部前田进博士采用基因工程技术，使蚕生产人干扰素获得成功。他发现，附在蚕体内的NPV（核多角体病毒）增殖效果好，在蚕的一个细胞核中可以增至100万个。他把带有干扰素基因的重组体NPV接种到蚕体内，蚕便在体液中分泌出干扰素。这比用大肠杆菌生产干扰的产量高、成本低。
近几年，基因工程生产的干扰素陆续进入实用，其增长速度较快。1989年初，日本厚生省批准的药品中就有作为抗肿瘤用的Υ—干扰素。1991年中期，欧洲共同体的专卖医药产品的委员会建议批准α—干扰素产品IntronA治疗丙型肝炎。在欧洲，每年感染丙型肝炎者约24万人，到目前为止尚缺有效治疗方法。估计如果15%的患者接受IntronA治疗，则欧洲市场年销售额为1.44亿美元。1991年初，干扰素Υ—1b获得美国食品药物管理局批准作为治疗慢性肉毒芽肿病的药物。
基因工程药物必将成为人们对明天医学的美好期盼。
2.基因制药之一：细菌制药厂
也许人你会问：小小的细菌能生产药？它对人体会有害吗？人们熟知激素、淋巴因子、神经多肽、调节蛋白、酶、凝血因子等人体活性多肽以及某些疫苗对于疾病的诊断、预防和治疗有着重要的价值。但由于材料来源困难、技术难度大、造价高而不能付诸应用，往往使患者望而却步。但是日益发展的微生基因工程为人类提供了一个生产药物的强有力的技术手段。
根据目的基因导入内的受体细胞的类型，可将基因工程分为三类：微生物基因工程、植物基因工程和动物基因工程。微生物基因工程是最早出现也是研究最多的新兴技术领域。这是将目的基因（异源基因）导入微生物细胞内进行克隆，即无性繁殖。在这个过程中，异源基因会在大肠杆菌中得到表达，产生出相应的蛋白质来。最常用的微生物是大肠杆菌。它是一种寄生在人和动物肠道里的无害细菌，不仅繁殖速度极快，也比较容易接受外来的遗传物质。因此，科学家们纷纷把它作为理想的受体，把异源有用基因植入其体内，构建能生产对人类有用的物质的基因工程苗，也就是对大肠杆菌进行基因改造，使其成为有用物质的生产工厂。
首先我们来绍一个人生长激素释放抑制素的“生产”是怎样进行的。
人生长激素释放抑制素（somatoation，简称SS）是一种多肽激素，它由14个氨基酸组成，在人的肠道以及胰脏中合成。这种激素有广泛的生理功能，最主要的是参与生长的调节。它能抑制生长激素、胰岛素等其他激素的分泌，对胃炎、糖尿病、急性胰腺炎、肢端肥大症等都有治疗作用。
SS这种激素尽管作用举足重，但是生产起来十分困难。以前一直是用绵羊的脑作原料，50万头绵羊的脑只能提取几毫克，价格昂贵至极。所以自从基因工程技术诞生以来，就有许多科学致力于用基因工程的方法来生产这种激素。1977年，美国的科学家成功地使细胞菌产生了SS激素。这是基因工程园地里开放出的第一朵艳丽夺目的花朵。
这项基因工程是如何进行的呢？
首先，根据遗传密码，按照SS的14个氨基酸的排列顺序，人工合成了SS的基因，然后在基因的两端各安上一个“粘性末端”。接着，把大肠杆菌的一种质粒PBR322，用限制性内切酶切开，造成两个“粘性末端”，再通过DNA连接酶把SS基因同质粒重组在一个环状的DNA杂种分子，然后把这个杂种质粒导入大肠杆菌中。但是最初的实验一再受挫，大肠杆菌不产生SS。经过研究发现，只有SS基因还不行，还得装上一个“开关”。于是把大肠杆菌控制“消化”乳糖的那个基因的“开关”切下来，装在SS基因前面，结果还是找不到SS。进一步的研究发现，原来不是细菌不产生SS，而是因为SS分子太小，而且又不是大肠杆菌本身的“传统”产物，所以细菌一面生产，一面又被分解掉了。揭开了事情的真相以后，就对原来的杂种质粒动了一次大“手术”，换上了一个大一点的“开关”。这样，细菌终于产生出了带有SS的多肽。接着，把多肽从大肠杆菌中分离出来，在体外用溴化氰处理，最后提纯到了和天然SS一样的人生长激素释放抑制素。
动物细胞的基因，能在细胞里“开动”起来，这是基因工程取得的重大突破。这一成就引起了世界范围的震动，这不仅提供了进一步阐明高等生物基因表达的基础，还具有重大的经济价值。若是用常规方法提取SS，价格异常昂贵，一般病人只能望尘莫及；而用大肠杆菌生产它，价格可降低至每克300美元。1979年成立的美国基因工程公司，早在1983年就将用这种方法生产出的人生长激素释放抑制素投放市场。
人生长激素释放抑制素的成功生产，为利用微生物基因工程生产其他激素类药物开辟了道路。从此，其他一些人类重要的激素也源源不断地被生产出来。
胰岛素是从胰脏的胰岛细胞里分泌出来的，它是治疗糖尿病的特效药。胰岛素能调节血液里的糖分的含量，保持血糖平衡。糖尿病患者由于自身不能分泌胰岛素，因糖的新陈代谢不正常而在痛苦的煎熬中度日。对这种病人的治疗，只能依靠注射胰岛素来解决，而胰岛素在过去只能依靠从猪和牛的胰脏中提取出来，数量有限，成本很高，是千百万糖尿病患者可望而不及的贵重药品。
据不完全统计，全世界约有6000万人患糖尿病，用猪和牛的胰脏提取岛素已远远不能满足需要。于是科学家们便着手应用基因工程方法用大肠杆菌生产胰岛素。从20世纪70年代起，美国科学家首先合成了胰岛素基因，利用大肠杆菌的质粒作为运载体把人工合成的人胰岛素基因植入大肠杆菌内。这种杂种质粒随着大肠杆菌的繁殖而复制和扩增。新加入的胰岛素基因便操纵着大肠杆菌大量产生人胰岛素。1978年，美国基因工程公司的科学家宣告这项实验获得成功。这是继细菌产生生长激素释放抑制素之后，微生物基因工程取得的又一项重大突破。1982年，正式用基因工程菌生产出胰岛素药品，两年后进入商业化生产，从而根本改变了胰岛素生产依赖猪和牛的胰脏的现状。据推算，用这种方法生产的人胰岛素的成本比从猪、牛胰脏提取的要便宜30～50%。大肠杆菌繁殖一代只需30～40分钟，这样可以快速生产胰岛素。如用2000升培养液就能提取100克胰岛素，相当于从一吨猪胰脏中提取的产量。据报道，国外已用计算机操作细菌生产胰岛素了。预计在不远的将来，用基因工程方法生产的胰岛素的价格一定还会大为降低。
利用“细菌制药厂”生产医用药物变为现实后，人们利用这种方法生产的药物接连不断。
人的生长激素是人体内必不可少的一种激素。缺少它，人就会导致垂体性侏儒症。这种激素只能从外伤致死者的脑下垂体来提取，产量极为有限，全世界极端短缺，售价十分昂贵。为了解决这一难题，科学家们致力于用微生物基因工程技术来制造人的生长激素。
1978年，美国加利福尼亚大学研究组和南旧金山基因技术公司宣布，已把鼠的生长激素基因移到大肠杆菌中，并表达了功能。1979年7月，他们又宣布用基因工程技术使细菌产生人生长激素首次获得成功，并得到了0.2毫克样品。他们在技术上也较以前有新的进展：先用化学法合成生长激素的前69个核苷酸，其余的部分用酶促法合成，然后将两个片段连接起来，通过载体运入大肠杆菌。
这一成果具有重大的经济意义。据推算，假如要获得从6万个尸体的人脑垂体中提取的人脑激素量，改用基因工程法使细菌产生生长激素，只要450斤细菌发酵液就足够了。生长激素还是治疗烧伤、骨折、胃出血、加速伤口愈合以及预防老年患者肌肉萎缩等症的必需药物。1983年，基因工程菌生产的人类生长激素产品开始投放市场。到1990年，利用基因工程菌生产的这种蛋白质药品在全世界销售额已超过1.5亿美元，带来了巨大的经济效益和社会效益。
“细菌制药厂”生产的另一重要产品的松弛素。松弛素是妇女顺产的必备药品，有了它可以大大减缓妇女在生育时的痛苦，也可以减少剖腹产的比例。人们还发现，在临床上使用松弛素时，孕妇的关节炎也往往随之消失，但产后，关节炎又会复发。那么是不是松弛素对关节炎也有疗效呢！这是个极令人感兴趣的问题，但却因用常规方法生产松弛素成本高、产量低，难以用足够松弛素去试验以最终确定其对关节炎的疗效。为了能尽快提供价廉质优数量充分的松弛素，美国基因技术公司与澳大利亚一家研究所合作，成功地用细菌产生了这种药品，它既可满足产妇的需要，也为探讨松弛素在医学上的进一步应用创造了条件。
干扰素是用基因工程技术产出的又一种重要药物。干扰素是人体或动物的细胞产生的一种蛋白质，它可以使细胞获得对病毒感染的免疫力，能够治疗由病毒引起的疑难病症。但是干扰素只能从人的血液中提取，每公斤的人血只有0.5微克，其昂贵程度就可想而知了。针对这一现状，科学家积极寻求用基因工程技术来生产干扰素。1980年，美国基国公司把人体白细胞干扰素基因转移到大肠杆菌中，使大肠杆菌成功地生产出了干扰素。经过临床试验证明，所生产的干扰素具有重要的医学价值和经济价值。
3.基因制药之二：动物制药厂
基因工程不仅可以让细菌生产药，而且也可组建“动物制药厂”。自从现代基因工程20世纪70年代问世以来，科学家们就致力于用这种技术来生产治疗人类疾病所需的药物，尤其是贵重药物。迄今为止，科学家们不仅在细菌等微生物中获得了成功，而且通过转基因动物来生产药物的成功事例也屡见不鲜。治疗癌症、心脏病、血液病、感染等诸多病症的贵重蛋白药物已经能从哺乳动物如牛、羊、鼠中制造出来，转基因动物成了制药厂。在制药方面，哺乳动物细胞比一般细菌等微生物细胞具有明显的优势。因为哺乳动物的细胞来自和人比较接近的哺乳动物。在这些细胞中产生的蛋白质药物不需太多纯化和加工即可用于人类，而在人类细菌中生产的蛋白质药物则往往需要复杂的加工和纯化，不仅费用昂贵，而且生产出的药物往往使人有排斥反应。转基因动物的研究已开始把目标转向培育能生产药用蛋白的转基因动物这一充满诱惑力的领域中了，并已取得不少成功的例证。
1982年，科学家们把纤维蛋白激活酶基因转入鼠的受精卵中培育出的转基因鼠能够生产纤维蛋白激活酶，一种能够破坏血栓从而对治疗突发性心脏病有特效的药物。在这种情况下，药用蛋白是从正在哺乳的母鼠乳汁中分泌的。这是第一种由哺乳动物细胞生产出来的最早的商业化生产的药物。我们知道，由于疾病或者各种灾祸，全世界每年有将近上亿人类血液单位的血液需要输入患者体内，光是这项费用就高达百亿美元。如果用转基因动物生产出的血红蛋白来代替人血液的话，不仅可大大降低医疗费用，而且不会传播艾滋病病毒等病原体，输血前还可免除测试血型的麻烦。
那么，什么是转基因动物呢？转基因动物一定是具有新基因的动物，和转基因植物相类似。对于植物，机体水平上的基因操作并不困难。采用Ti质粒、基因枪、花粉管通道导入法等有效的基因转移技术，先将目的基因转移到植物的原生质体内，再将这些原生质体培育成植株，其组织和细胞中就含有外源目的基因了。如何实现动物基因结构的改变呢？显然，动物的体细胞不能作为受体，因为它们不具备像植物细胞那样全能性。为了在整体动物水平上实现基因转移，人们创造性地采用了显微注射技术，也就将目的基因机械地注射到动物的受精卵内，由于目的基因可与受精卵的染色体DNA发生随机整合，当整合有目的基因的受精卵发育成成熟个体时，这就是所谓的转基因动物。
动物基因转移的方法相对来说比较简单，不像植物那样需要复杂地将基因搬来搬去，但向动物体内导入基因的具体操作还是有很大难度的。科学家们把显微注射器的一端很长很细的玻璃管插到动物的受精卵里，将外来基因注射到体积比较大的雄前核中去，再将受精卵植入母体内，使之发育成完整的动物。整个操作中的困难在于，动物的卵都非常小，肉眼根本看不见，必须借助于显微镜精密仪器方能进行。有些物动物如鸟的受精卵就更小，操作起来更加困难。故此，人们通常以鱼、鼠、兔、羊、猪、牛等较大的哺乳动物为研究对象进行转基因操作和研究。
1982年转基因鼠的问世标志着转基因动物研究新纪元的开始，这是由两位美国科学家怕尔默特及其同事完成的。他们设法把大白鼠的生长激素基因提取出来，采用显微注谢技术注射到小白鼠的受精卵内。结果这种生长激素基因在小白鼠体内发挥了作用，经处理的受精卵发育而成的转基因小白鼠，生长速度比正常小白鼠快2～3倍，最终个头比正常的小白鼠大2倍，并且还能够将这些特征遗传给后代。
1982年12月份的《自然》杂志上，帕尔默特公司公布了他们通过生长激素基因的导入创造出了“巨型鼠”的实验结果，在全界引起轰动。它意味着生长激素基因导入法培育超级家畜、超级家禽具有可能。仅仅一年之后，帕尔默特等人又把人的生长激素基因导入正常的小白鼠内，获得了同样的结果。他们的开创性工作也为治疗动物遗传疾病开辟了道路。1984年，帕尔默特及其同事把人生长激素基因设法导入有病鼠——生长激素分泌不足导致的矮小缺陷鼠中，结果本来个头只有正常鼠一半大的小鼠经过处理后长得竟然比普通鼠还要大。
帕尔默特等人的开创性工作，引导和促使更多的科学家投入到转基因动物的研究中去。到目前为止，许多类型的药用转基因动物如基因鼠、兔、羊、牛、猪等都被培育出来。从转基因动物获取更多药物的日子已为期不远了。那时，人和动物之间的关系更近了，也更密切了。1997年2月23日，科学界发生了一件举世瞩目的大事。科学家运用基因“克隆”技术，经过247次反复实验，终于通过把单个绵羊细胞与一个未受精卵相结合而培育出世界上第一只克隆动物：绵羊“多莉”。整个世界为之轰动！
克隆羊的诞生，标志着人类“复制生命”的技术已经成熟。当人们在这一巨大的科技成就而兴奋、欢呼的时候，理智的人们又不禁要问：这只克隆羊的创造者是谁？这只克隆羊和一般的绵羊有什么不同吗？
自从“多莉”诞生，学术界与政界的许多名人、要人，从著名学者到各国元首，纷纷发表谈话和声明，反应面如此广泛，是历史上少见的。其实，人们一直想问的是：“克隆羊”到了，“克隆人”还会远吗？
