分子生物學技術是生命科學研究中最先進、最前沿的技術,而醫學是生命科學最重要的組成部分,醫學的發展需要分子生物學技術來推動.現代醫學在基本解決常見疾病防治的基礎上,逐漸轉變研究方向,向生命和疾病的本質去探究.醫學研究從宏觀走向微觀,從細胞水平發展到分子水平,都是為了更好地闡明生命和疾病的本質是什么.本文主要介紹一些最新的分子生物學技術在醫學中的應用及發展趨勢.

1 醫學診斷中的放大鏡---PCR 技術

群體性疾病在我國多次爆發---甲型 H1N1 流感、H7N9型禽流感等,給社會造成了一定的恐慌.這一方面是由于疾病的自身特點,另一方面是由于缺少快速有效的檢測手段.換句話說,這些病毒太小,我們用一般方法不能分辨.PCR 技術是體外酶促合成特異 DNA 片段的一種方法,只需要很少量的樣本就可以把需要分析的 DNA 數量迅速擴大到數百萬倍,從而進行病原微生物的診斷.在這個過程中,PCR 技術如同放大鏡一樣,使微小的病原微生物立刻現身.當然,這僅僅是其中的一項應用,該技術還用于產前診斷、癌基因檢測與診斷以及親子鑒定中.PCR 技術發展迅速,特別是實時熒光定量 PCR 的出現,可以更加快速地得到準確檢驗結果.研究表明,用實時熒光定量 PCR 的方法來檢測骨髓移植患者體內的巨細胞病毒感染比傳統方法更敏感.此外,該方法還可以對 HIV、乙肝、丙肝、人乳頭瘤病毒等病毒性病原體進行準確的定量檢測[1].當然,由于儀器昂貴、操作復雜及環境要求較高,該方法的推廣受到一定限制.相信隨著 PCR 儀器的小型化和手提式化,這種儀器將不僅僅存在于高校實驗室中,還可以像血糖儀一樣出現在人們的生活中.

2 人類基因組計劃---了解人類的"藍圖"

人類基因組計劃從 DNA 角度揭示了人類的"藍圖"---23對染色體,31.647 億堿基,3 萬左右的基因.通過將患者的 DNA與"藍圖"進行比較,可以發現疾病相關基因是否發生變異,從而進行常見疾病的遺傳風險預測以及個體化用藥指導等.這是因為人類"藍圖"能告訴科學家正?；蛟谝欢l件下表達的全基因的時空圖.通過這個"藍圖",科學家可以了解某一基因在不同組織、不同水平、不同時間的表達情況.有了正常的人類"藍圖",就可以知道特定生理條件下\\(如受病原體、藥物、食物、外界刺激\\)和異常、病理情況下基因表達的差異,從而為醫學研究提供指導.

3 疾病治療的新思路---基因治療

美國已有多例基因治療的成功范例,例如 4 歲的謝爾德[2]由于遺傳原因缺乏一種與先天性免疫功能相關的酶,導致免疫功能喪失,只能生活在無菌隔離帳里.科學家將她缺乏的酶的基因通過基因治療方法導入其基因組中,彌補了遺傳缺陷,經過治療,其免疫功能日趨健全,最終過上了正常人的生活.1995年,全球有 100 多個基因治療臨床方案,到了 2004 年這一數據增加到了 987 個.經過醫生和科學家對基因治療中的關鍵基礎問題的研究以及政府監管力度的加大,基因治療更加規范化和理性化.日益增多的臨床方案表明基因治療具有良好的應用前景.我國在基因治療基礎研究和臨床試驗方面與國際并行,對血友病、單基因遺傳病、惡性腫瘤、心血管疾病、神經性疾病和HIV 等開展了基因治療基礎和臨床試驗研究,并建立了國家"863"計劃生物領域病毒基因載體研發基地,主要開展腺伴隨病毒載體研發和產業化.

4 長生不老,可能不是傳說

人類的壽命也掌握在人類基因組的"藍圖"之中.在人類基因組中,科學家發現一些影響壽命的基因,例如 clock-1 基因在線蟲中具有同源基因,如果破壞該基因,線蟲的壽命延長 1.5 倍[3].

另外,科學家還發現 age-1、daf-2 等基因受損也會延長壽命,而在人類基因組中就含有這些基因,但其卻沒有發揮功能,通過分子生物學技術活化該基因,從而可以延緩衰老.隨著細胞凋亡研究取得突破性進展,特別是人類線粒體基因組序列測序,科學家的注意力從核內轉移到核外.一種關于線粒體影響壽命的假說指出,線粒體 DNA 發生劇烈變化---凋亡,會影響壽命[4].這將是人類長壽研究的新熱點.

5 有了干細胞,人類就可以像機器人更換零件一樣更換器官

干細胞是人體組織、器官的細胞之祖,換句話說,這種細胞可以分化為各種人類器官.由于各種原因,患者某些器官發生衰竭,也就是關鍵"零件"壞了,需要更換,移植他人的或其他動物的器官,都可能發生排異---這些"零件"并不是那么配套.

運用分子生物學技術,將患者細胞轉化為干細胞,再使干細胞分化為相應的組織或器官,從而替代衰竭的身體"零件".英國首次將 3D 打印拓展到人類胚胎干細胞上,并使得打印的胚胎干細胞仍保持細胞活性,也就是說不遠的將來,我們可以像定制衣服一樣,定制我們的器官.

6 喝著克隆羊的奶治病

克隆羊"多利"是分子生物學發展的里程碑,不僅給科學家帶來了榮耀,也為該公司帶來了巨大的經濟效益."多利"這只克隆羊價值 50 萬英鎊---因為其羊奶中含有能夠治療囊性纖維變性的人體蛋白.這種囊性纖維變性的遺傳病患者壽命不超過 31 歲,且生前備受煎熬---體內產生的粘稠的液體會阻塞很多器官的內部通道,而服用"多利"的奶,既治療了遺傳病,又補充了營養.

7 分子生物學技術的發展趨勢

60 年前分子生物學先驅 Watson 和 Crick 向世人展示了DNA 的雙螺旋結構,分子生物學研究突飛猛進---中心法則,基因重組,表達調控,蛋白質翻譯后加工、折疊、組裝、轉運,生物大分子相互作用、識別、信號轉導等界碑式的工作搭建了分子生物學"大廈".人類基因組計劃的完成,標志著生命科學研究轉向對人類生命的探究.要解決人的問題,分子生物學應與基礎醫學、臨床醫學、預防醫學、檢驗醫學等密切結合,研究人體各種生理和病理狀態下的分子機制.正因為有了堅實的基礎研究作后盾,才有效推動了新的診斷、治療、預防方法的出現以及新的健康理念的發展.PCR 技術作為分子生物學最常見且常用的技術,應用于醫學檢驗中,縮短了診斷時間,提高了診斷精確度,為患者爭取了寶貴的治療時間.人類基因組計劃不只是告訴我們 DNA 的排列是什么樣的,而且告訴我們疾病、癌癥以及生命的本質.雖然藥物繁多,但是都面對著治標不治本的難題,基因治療給我們帶來了一線曙光,盡管仍存在各種缺陷,但是相信隨著分子生物學技術的發展,各種問題都是可以解決的.

參考文獻:

[1]曹芳芳,徐德順,沈樟.實時熒光定量 PCR 法與常規 PCR 法檢測沙門菌的比較[J].中國衛生檢驗雜志,2008,18\\(12\\):2775-2777.

[2]AndersonW F,Blaese R M,Culver K,et al.The ADA human gene hera-py clinical protocol:points to considerresponse with clinical protocol[J].Hum Gene Ther,1990\\(1\\):331-362.

[3]Johnson F B,Sinclair D A,Guarente L.Molecular biology of aging [J].Cell,1999\\(96\\):291-302.

[4]Tang J,Zhang K C.Mitochondria and aging [J]. China Journal of ModernMedicine,1998,8\\(1\\):20-22.