书城科普奇妙的发明(科学知识大课堂)
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第34章 生物大发明(8)

艾滋病的发现

1981年6月5日美国亚特兰大市疾病控制中心(Center for Disease Control,CDC)在当天出版的《发病率与死亡率周刊》中刊登了一篇只有几页的报告,简要介绍了5位病人的病史。这5个人本来很健康,但他们得了一种十分罕见的威胁生命的疾病。

第一位病人是33岁的美国人。他以前很健康,1981年1月突然发烧,再加上干咳,呼吸困难。3月份,他被洛杉矶一家医院接收。医生诊断认为,这种新的流行病是典型的肺炎,是由对健康人没有危险的病原体卡氏肺囊虫引起的。此外,医生肯定,这种病是巨细胞病毒传染的,化验结果是白血球数目减少。尽管用最现代化的方法进行治疗,但这位33岁的美国人仍然于1981年5月3日死了。

这5位病人的共同特点是:大约30岁左右,发烧、咳嗽,患卡氏肺囊虫肺炎,被认为是由巨细胞病毒传染的。

当时卫生部门都感到惊恐,立即成立了由免疫学家、病毒学家、流行病学家、寄生虫学家和毒物学家组成的研究和跟踪小组。

由于这种谜一般的疾病最初主要发生在同性恋者身上,因此被称之为“同性恋者遭到损害的疾病”。后来发现患者同时伴有免疫衰弱,所以为该病取名为“与同性恋有关的免疫缺乏症”。

这种病的最终定名,还得感谢法国里昂的巴斯德研究所。以蒙特尼尔(Montagnier)为首的研究小组在过去研究的基础上设想:分离病毒最好的时机不是在病情已深入发展的时候,而是在病之初期,先兆症状刚刚出现之时。接着他们从一患者身上取出淋巴结组织进行培养,并采取有利于病毒繁殖的措施。15天后,漂浮在培养液上层的淋巴结细胞中发现了具有特征的逆转录酶。不久,又在电子显微镜下观察到了这种新病原。1983年5月,他们在《科学》杂志上报告了这一重大发现。

与此同时,美国国立癌症研究所(NCI)的盖洛(Gallo)领导的研究小组也企图分离出艾滋病病毒。但因病毒将感染的细胞杀死,无法在培养中使病毒生长。1983年11月,盖洛实验室的细胞生物学家Mikulas Popovic解决了这个难题,分离出大量病毒。这就是艾滋病病原——“人类免疫缺陷病毒”(Human Immunodeficiency Virus,HIV)。由此病毒引起的病被称作“获得性免疫缺陷综合征”(Acquired Immune Deficiency Syndrome,AIDS),简称“艾滋病”。

在分离病毒方面,法国人走在前面,而美国人进行得更细致、准确。遗憾的是这两位共同合作的科学家为争谁先发现了艾滋病病毒走上了法庭。这给科学上的国际合作投下了不愉快的阴影。后来,在Solk(脊髓灰质炎疫苗的发明人)调停下达成协议:双方对于艾滋病病毒的发现具有同等的功劳。这才平息了这场持久的国际争端。

这种病毒是从哪里来的呢?有人发现:这种病毒很像有蹄动物的慢病毒。过去,人们认为它与人类疾病关系不大,因此未引起重视。后来,有人发现:非洲丛林中,有人患怪病死去,其症状与那5个人很相似。于是人们把过去50年冷冻保存的20万份血样进行化验发现:在非洲绿猴的血液里存在一种病毒“猴艾滋病病毒”,这种病毒与人艾滋病病毒很相似。因而“猴艾滋病病毒”可能是人艾滋病病毒的祖先。但是绿猴只带毒,不发病。后来人们又在猫、牛体内发现了“猫艾滋病病毒”和“牛艾滋病病毒”。因此有人推测艾滋病病毒是由于人与猴在玩耍中不小心被抓伤,“猴艾滋病病毒”从小小的伤口进入人体,经过变异在人的体内繁殖、生存、传染。当然,这只是一个推测,也有人持不同意见。究竟“艾滋病病毒”来自哪里,现在还不十分清楚。

不管怎么说艾滋病是20世纪下半叶最严重的一种传染病。至今全世界已有4000多万人感染了艾滋病病毒。至1997年6月30日,全世界艾滋病患者已达1644183名,预计未来10年将超过1亿。目前全球每分钟有11人感染艾滋病病毒。截至1998年9月底,我国感染HIV者为11170人,艾滋病患者338例,死亡184例。实际上感染者已超过30万,预计两年后超过120万。

艾滋病的诊断标准是:卡波济氏(Kaposi)肉瘤和机会感染,CD4细胞下降,HIV抗体阳性。

病者一般初期出现类似感冒的症状,持续数天至数月。而后是长达8年的潜伏期,被称为“无症状带毒者”或“HIV携带者”。后来淋巴结肿大,周期性地发热,最后全身各处均发生感染,平均存活9个月。

如美国宾夕法尼亚州克来松镇的巴克太太一家。丈夫巴克·利克27岁,幼年患病,需经常使用血制品,结果染上了艾滋病。妻子巴克·劳莲24岁,原先健康,生了一个女儿妮克尔,年龄4岁,是全家惟一健康者。以后巴克·劳莲很快发现自己也有艾滋病,只是症状不重,还能工作和料理家务。她在患病后又生一子德怀脱,也有艾滋病,不久丈夫及儿子病重住院。一个原先幸福美满的家庭被艾滋病所破坏,将只留下4岁的女儿妮克尔。

艾滋病通过体液进行传染。与乙型肝炎的传染途径相似。艾滋病病毒从人的精液、血液、唾液、眼泪、尿、乳汁和阴道分泌物中产生,但只有当它们进入血液循环时才能传染。现已证实:艾滋病的主要传染途径是通过同性或异性间的性接触、血液、母婴进行传染。排除日常生活中的传染,如:见面时轻吻、同桌进餐、盆浴、厕所座位、衣物等。

对于艾滋病,至今尚无根治之术。但科学家经过潜心研究,利用多种技术,取得了不少喜人的成果。其中最引人注目的就是美籍华人何大一推出的“鸡尾酒”疗法。他认为:多种药物合用疗效远大于单一药物。他将两种逆转录酶抑制剂与一种病毒蛋白酶抑制剂合在一起,使被测者体内艾滋病病毒数量达到测不出来的水平。因此,他被美国《时代》周刊评选为1996年的风云人物。

对付艾滋病的方法还是以预防为主。要加强艾滋病危害的宣传教育,摒弃卖淫、嫖娼,禁止吸毒、贩毒,加强对传染源的管理。对于艾滋病患者和HIV携带者要给予必要的理解和关怀。为此联合国规定每年12月1日为“防治艾滋病宣传日”。1998年的主题为:青少年——迎战艾滋病的生力军。

克隆技术的发明

早在现代生物学发展的初始阶段,一些有远见的科学家就曾经预言:21世纪将是生物技术的世纪。在1997年3月以前,大多数人们都还没有真正意识到这个预言的深刻含意,直到距21世纪还有一千多天的时候,突然有人牵出一头名叫“多利”的小羊,当它被新闻媒介广泛地报道后,人们才首次真正地关注起当今的生物技术。大家纷纷议论生物技术将把人类生活带入怎样一个新世纪?创造这只小羊的“克隆”技术是不是已经说明“生物世纪”提前到来了?甚至有人已在考虑是否可用自己的细胞克隆成一个胚胎,在其成形前冰冻起来,如果将来某一天自身的某个器官出了问题,就可以从胚胎中取出这个器官的原形进行培养,然后替换自己病变的器官。

“克隆”一词,简单地说,就是无性繁殖的英文“clone”的音译。“clone”起源于希腊文“klone”,原意是指用植物的幼苗和嫩枝进行无性繁殖。比如:把一根雏菊的枝条切成几段,种下后就可以长成几株雏菊;把仙人掌切成块,每块都能落地生根;一株草莓依靠匍匐茎,一年内就能生出数百株草莓苗;带有几个芽的马铃薯被切成块种下后,能长出几株马铃薯苗……这种“无性繁殖”方式不仅在植物界中存在,而且在微生物和低等动物中也存在着。比如:细菌经过20分钟就一分为二,酵母菌的出芽生殖,涡虫横裂或纵裂成两个子个体的分裂繁殖,水螅在优越环境中的出芽生殖,等等。

我们知道,在自然界中,许多动物都是依靠“父亲”产生的雄性生殖细胞(即精子)与“母亲”产生的雌性生殖细胞(即卵子)融合(即受精)成受精卵(即合子),再由受精卵经过一系列细胞分裂和分化长成胚胎,最终成为新个体,即有性繁殖。生物学家也曾一度认为,无性繁殖在高等动物中是不会发生的,即由一个动物的成熟细胞“无性繁殖”成一个子体是不可能的。但是,哺乳动物克隆羊“多利”的成功,标志着人类在生物学研究领域已经打破了上述的不可能性,或许在未来的某一天我们能让我国明代作家吴承恩在《西游记》中描述的孙悟空的绝招成为现实:孙悟空真的可以拔一把猴毛就变出(克隆)一大群小猴子与妖魔斗法。

克隆羊的故乡和它的“助产士”

在距英国苏格兰首府爱丁堡市10公里远的郊区有个罗斯林村,这是一个风景优美的世外桃源。罗斯林研究所就建在这个村,它是英国最大的家畜家禽研究所,也是世界著名的生物学研究中心,这里便是克隆羊“多利”的诞生地。

1996年3月,这个研究所里的两名英国人伊恩·维尔穆特博士和基恩·坎贝尔领导的科研小组通过生物体克隆技术打破了生物界的自然规律,操纵了“多利”的胚胎发生、发育和诞生的整个过程,成功地进行了高等哺乳动物的无性繁殖。白白胖胖,一身卷毛,健康活泼的小家伙“多利”是它的“助产士”之一——维尔穆特用他所喜爱的乡村歌手多利·帕顿的名字命名的。

伊恩·维尔穆特博士是爱丁堡罗斯林研究所的胚胎专家。有人曾经这样评价他:“他给人的印象是做事谨慎,工作勤奋,为人诚实,并且很有创见性。”这些优秀的品质使得他在同行们早已放弃的研究方向上持续探索。由他率领的12人科学家小组虽然经过近300次的失败,最后完成了克隆——这个令世人惊叹的科研项目,这也是对他在实验室辛苦研究23年,每天至少工作9小时的最好回报。

“多利”的艰难诞生

“多利”羊的诞生不是一帆风顺的,它的诞生克服了许多生物技术上的难题。现在将“多利”诞生过程简单叙述如下:

①科学家们首先从一头6岁的叫芬·多塞特的母羊的乳腺中取出一个乳腺细胞(在实验中叫供体细胞),在实验室的控制下生长、分裂成300个乳腺细胞,然后再将这些细胞放在低血清营养液下培养。由于细胞缺少营养,就会进入静止状态,但同时,每个乳腺细胞的所有基因都有可能被激活。

②给另外一只“苏格兰黑面羊”注射促性腺素,促使它排卵。得到卵子后,立即用极细的吸管刺破卵细胞膜,从其中取出细胞核,这样就制备出具有活性,但没有遗传物质的卵细胞的空壳。

③用化学和物理学的方法,对母羊芬·多塞特的乳腺细胞(即供体细胞)进行细胞核分离,分离出来的细胞核带有少量细胞质,被称为核体或小细胞。

④用温合电击法使分离出来的乳腺小细胞与卵细胞壳融为一体,就如同两个小水泡融成一个大水泡一样(300多个细胞中有247个融合成功),然后用电脉冲刺激“大水泡”,使这些“组装”的细胞在试管里经历受精卵那样的分裂,从而发育形成具有32个细胞的胚胎(247个“组装”成功的细胞中只有29个发育到囊胚期)。

⑤当胚胎发育到一定的程度,科学家便将它巧妙的移植入第三只母羊的子宫内,使其怀孕。这第三只母羊扮演的是“代理母亲”的身份(实际上29个胚胎分别转移到13只待孕的黑面母羊的子宫内,每只“代理母亲”移入2~3个胚胎)。

⑥1996年7月,13只“代理母亲”中只有一只黑面羊经过148天的怀孕过程,终于生下了一只小绵羊,它就是“多利”。

到1997年2月,在“多利”出生6个多月后,科学家们才把这个隐藏了许久的秘密透露出来。首先是2月27日的《自然》首先刊登了这条重大消息。转眼间,《时代周刊》、《新闻周刊》等都从不同的角度为人们报导“多利”的消息。

克隆羊的诞生在世界上立即引起了震惊,它打破了千古不变的通过两性交配繁殖后代的模式——它是体细胞核通过移植“繁殖”成个体的。这个结果证明,动物细胞与植物细胞一样具有全能性,因此,“多利”一出世就受到全世界传媒的关注。

克隆技术造福人类

随着“多利”克隆羊的诞生和传媒对“克隆”技术的宣传,人们开始从多方面来分析和展望克隆技术可能会给人类带来的财富。例如英国PPL公司已培育出羊奶中含有治疗肺气肿的a-1抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6千美元1升,1只母羊就好比一座制药厂。用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢?最好的办法就是“克隆”。同样,荷兰PHP公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛,以色列LAS公司培育成能生产血清白蛋白的羊,这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖呢?答案当然还是“克隆”。克隆动物对于研究癌生物学、免疫学、人的寿命等都有不可低估的作用。

当然克隆技术只是21世纪“生物学革命”的一小部分,科学家们预计至2005年人类的全部DNA序列都将被解析完毕,那时生物技术创造的财富将难以估量。