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第15章 P

胚胎分割

核移植技术虽然可以大幅度地改善动物良种培育,但是采用去核卵细胞复制或核质杂交的方法去提高哺乳动物优良品种的繁殖率,收效不大。因为哺乳动物的雌性不像鱼、蛙的雌性一次能排很多卵,一般为1~2个甚至几个。

由于一个受精卵在发育成胚胎时,要经历一个受精卵细胞分裂为两个、两个分裂为四个、四个分裂为八个……这样的过程,并且动物细胞有全能性,英国剑桥大学生物学家威拉德森在1979年首先想到将受精卵在发育为胚胎的过程中分裂出的细胞加以分割,再将分割的胚胎细胞分别加以培养,从而发育出完整的新一代的方法,他用绵羊的幼胚进行了实验。当绵羊的受精卵细胞从一变二、二变四、到四变八时,他将这八个卵裂期的细胞分割成四份,每份包括两个细胞,然后将分割的细胞重新送到母羊的子宫里面发育,结果,母羊产下了4只活泼的小羊羔。被分割的受精卵细胞发挥了它们的全能性,各自独立地发育成健康的小羊羔。实验充分证明威拉德森的设想是可行的。胚胎分割大大提高了动物的繁殖率。正常情况下,一头良种奶牛,一生约产犊10头,如用胚胎分割并找别的奶牛”寄母“怀孕,那么从一头良种母奶牛就能得到几百头良种奶牛。

胚胎工程

胚胎工程主要是对哺乳动物的胚胎进行某种人为的工程技术操作,然后让它继续发育,获得人们所需要的成体动物的新技术,实际上是动物细胞工程的拓展与延伸。早在1891年,英国剑桥大学的赫普就在兔子身上首次成功地进行了受精卵的移植实验。到20世纪30年代,这项技术已在畜牧业上获得了越来越明显的效益。进入20世纪70年代,出现了专门从事受精卵移植的企业。高等动物的受精卵移植又叫”家畜胚胎移植“,它是将优良种畜的早期胚胎从供体母畜体中取出来,移到受体母畜输卵管或子宫中,”借腹怀胎“繁殖优良牲畜的技术。

胚胎冷冻技术

为便于长途运输和随时供移植使用,将那些6~7日龄已有20~30个细胞的新鲜活胚胎(或分割后的半胚胎、1/4胎)在-196℃的超低温下冷冻贮存。这是在冷冻精子的技术基础上进一步发展起来的一项新技术。目前用冷冻胚胎移植的成功率约为鲜胚胎的70%~80%。

胚胎分割技术

为成倍甚至成数倍地提高优良胚胎移植后所得到的成体数,用显微外科的手术方法将一个胚胎分割为2个或多个,制造同卵多仔。国内外科学家们已在鼠、兔、牛、羊、猪的胚胎分割上取得了成功。

胚胎融合技术

胚胎融合技术就是将两个除去表层的透明带的不同品种或不同种的胚胎黏合在一起,或将两个裸胚各切一半,分别合成两个新的嵌合体胚胎。然后,将新合成的胚胎移植到受体母畜体内让其继续发育形成一种嵌合体的新后代。

胚胎性别鉴定技术

胚胎性别鉴定技术就是在不影响移植发育的前提下,将供移植胚胎上的细胞取下少许,用电泳法、HY抗法、DNA探针法以及离心分离法等先进技术进行性别鉴定,以便按需要控制繁育新仔畜的性别。

啤酒酵母

啤酒酵母是一种单细胞的微生物,却含有种类、数量都异常惊人的营养物质、维生素B群、16种氨基酸、14种矿物质和17种维生素,其蛋白质含量高达52%。更令人瞩目是,它还含有丰富的核酸——这是细胞中的遗传物质,也是制造新细胞不可缺少的物质。因此,说它是营养素的宝库,毫不为过。

啤酒酵母有助于糖类的代谢,并且有安定神经系统、提高食欲、强化消化机能的作用。此外,各种研究早已发现,啤酒酵母的细胞壁含有丰富的抗癌物质,不仅可抑制癌细胞的生长繁殖,也可减轻癌症放射治疗和化学治疗后所产生的副作用。

不过,啤酒酵母也含有相当多的磷。因此,在补充啤酒酵母的同时,最好也多摄取含钙量多的食物,来加以中和。一般人每天以食用10克为宜;至于风湿病、关节炎及骨质疏松症的患者,应减量摄取;而孕妇、哺乳的女性、常做剧烈运动或生病的人,则不妨稍微多摄取一些。

胚膜

胚膜是高等陆生动物胚胎发育过程中胚体以外的一些膜组织。这些膜可提供个体发育的适宜的小环境,并能吸收营养,交换气体和存放、排泄废物等。胚膜是动物从水生进化到陆生的适应性装备,是完成胚胎发育的过渡性结构。

嘌呤霉素

嘌呤霉素是一种蛋白质合成抑制剂,它具有与tRNA分子末端类似的结构,能够同氨基酸结合,代替氨酰化的tRNA同核糖体的A位点结合,并掺入到生长的肽链中。虽然嘌呤霉素能够同A位点结合,但是不能参与随后的任何反应,因而导致蛋白质合成的终止并释放出C-末端含有嘌呤霉素的不成熟的多肽。

嘌呤霉素是由白色链球菌发酵制得的抗生素,熔点175.5~177.0℃,旋光度-11(乙醇)。在酸性溶液中分解成为6-二甲胺嘌呤,O-甲基-L-酷氨酸及3-氨基-3-去氧核糖。结构与氨基酰tRNA分子中腺苷相连结的氨基酸末端基因相似,因而它可作氨基酰tRNA的类似物,从而取代一些氨基酰tRNA进入核糖体的A位与正在延伸的多肽链结合,当延长中的肽转入此异常A位时,容易脱落,以肽基嘌呤霉素的形式从核糖核蛋白体上早期解离,终止肽链合成,从而抑制了蛋白质的合成。由于嘌呤霉素对原核和真核生物的翻译过程均有干扰作用,故难于用作抗菌药物,主要用作研究蛋白质合成的生物化学工具。有人试用于肿瘤治疗。

破译三体密码

1961年,美国生物学家尼伦伯格和马太合成了由许多”尿核苷酸“连结成称为”多聚尿苷酸5555…“的长链,他们把这条人工合成的长链加入含有多种氨基酸、酶、核糖体和一些合成蛋白质所需要的其他物质的溶液中。溶液中形成了一条只有苯丙氨酸连接而成的多肽链,由此,尼伦伯格和马太就确认苯丙氨酸的三联体密码是555。第一次试验成功后,尼伦伯格和奥乔亚联手进行了比第一次稍复杂的试验。首先,他们用”尿苷酸“和”腺苷酸“(A)两种核苷酸合成一条多核苷酸,把这条多核苷酸加进具有合成蛋白质一切必要物质的溶液中时,多肽链也在溶液中出现,可见在这条多肽链中,除苯丙氨酸外,还有亮氨酸、异亮氨酸和酶氨酸。到1967年,才破译出了20余种氨基酸的密码子,此外也发现了有些密码子另外还代表着起始、终止和标点。

破译微生物遗传密码

微生物是一大群小生物的总称,因其形体小而得名。投入少、收效快的微生物基因组研究,是当今世界基因组研究中的前沿领域。我国地理环境复杂,含有丰富的微生物资源,研究这些微生物,无论对于生物进化研究,还是特殊酶以及蛋白质的结构和功能研究都有重要意义。

1998年初,我国科研人员在云南腾冲地区考察时在沸泉中发现了一种嗜热细菌,最适合在75度左右高温下生长。在进行分类、形态方面的研究后,研究人员发现,国内第一个被发现的这种极端嗜热菌,是国际上从未报道过的新菌种。

科研人员从培养的细菌中提取了基因组DNA,构建了测序模板文库,还建立了反映测序进展与存在问题以及用于组装、注释、寻找基因的软件。在基因测序中,获得了单机日产、序列读长、准确率等指数与国际同行并驾齐驱的好结果。

破伤风

破伤风是由破伤风杆菌感染引起的,患者出现肌肉痉挛、口角向外、向上扭斜、眉梢上吊、呈苦笑面容,重者出现角弓反张,使人痛苦难忍,甚至死亡。

德国细菌学家贝林1881年开始研究细菌学。他在李斯特抗菌术的影响下,试图在体内找到一种消毒剂,以便将浸入体内的细菌无害化。1889年,贝林在科赫卫生研究所结识了日本学者北里柴三郎。这位学者精通中国古代医学,从他口中了解到中国古代医书上有一条”以毒攻毒“的治病法则。他们根据这条医理,提出了”抗毒素免疫“的新概念。经过300多次实验证明,将已感染过破伤风杆菌而依然存活的动物血清注射给刚感染破伤风杆菌的动物身上,可预防破伤风病症的发作,从而证明了已感染破伤风杆菌的体内产生了抗破伤风杆菌的抗毒素。1890年,他俩制得了这种破伤风抗毒素。1895年,贝林在玛尔堡卫生研究所开创了抗毒素制品的研究工作,提供一种毒素与抗毒素的混合药剂,使机体获得被动免疫和主动免疫。他因在抗毒素血清治疗方面的功绩,于1901年获得第一个诺贝尔生理学和医学奖。

拍摄人类神经

1944年的诺贝尔生理学和医学奖获得者——美国生理学家厄兰格和加塞用阴极射线示波器拍摄了第一张神经电脉冲照片。他们将刚刚兴起的电子技术用于研究神经活动,发现了单一神经纤维的高度机能分化,为神经生理学的发展开创了新局面。

厄兰格1906年应威斯康星大学之聘,出任该学院生理学与生理化学系主任教授。在这里,他发现了一位优秀的学生,这就是后来与他共同工作,并分享诺贝尔生理学和医学奖的加塞。1916年起,加塞同厄兰格一起研究神经生理学。

神经兴奋时常伴有极其微弱、短暂而快速的电传导活动,用当时记录心电图的弦线电流计记录,会因仪器惰性较大而失真。加塞和他的朋友纽考默一起安装了一台电子管放大器,可以把神经电脉冲放大100多倍,但仍无法减低弦线电流计的惰性。

正当厄兰格和加塞煞费苦心寻找惰性更小的记录仪器时,美国西方电业公司新制成一种阴极射线管,这种射线管可用于他们的研究工作。加塞提议买一台试一试,可是西方电业公司担心他们的专利权会受损害,拒绝卖给他们。于是,在厄兰格的指导下,加塞用一个长颈蒸馏瓶改装成阴极射线示波管,并给示波管配上电子管放大器和扫描线路,终于清晰、准确地展示了神经的电脉冲。尽管在几次扫描之后,管子的灯丝烧化了,但阴极射线示波管不失真地展示神经电脉冲这一事实,不仅鼓舞了他们,也惊动了西方电业公司。该公司决定把阴极射线示波器租赁给厄兰格实验室。虽然租来的示波器只有25小时的保险寿命,电子注的光点也很弱,每拍一张神经动作电位的照片,需要扫描许多次才行,但是,他们终于破天荒地第一次拍下了这样的照片。1922年,厄兰格和加塞首次发表了一篇有关用阴极射线示波器记录神经动作电位的报告。这是医学史上首次记录了不失真的神经电脉冲,从而开辟了神经电生理学的新纪元。