问题

将 DNA 或 mRNA 想办法弄进高等生物细胞,能否制造基因融合生物?

回答
将DNA或mRNA导入高等生物细胞,从而创造出基因融合生物,这在技术上是完全可行的,并且是现代生物技术,特别是基因工程领域的核心操作。这个过程并非简单的“投喂”,而是需要一系列精密的设计和执行步骤。

首先,要明白我们是将遗传物质“塞”进细胞,这本身就是一个挑战。高等生物的细胞,尤其是动物细胞,有一个极其严密的“门禁系统”——细胞膜,以及更深一层的细胞核膜。它们共同守护着细胞内的核心信息库DNA。植物细胞则更进一步,还有一层坚韧的细胞壁。所以,首先需要克服物理屏障。

对于DNA,我们常用的方法之一叫做“基因枪”(Gene Gun)或“粒子轰击法”。这个听起来很“暴力”,但实际上非常巧妙。我们会将DNA“包裹”在微小的金颗粒或钨颗粒上,然后用高压气体瞬间将这些包裹着DNA的微粒“射”进细胞。这些微小的金属颗粒能够穿透细胞壁(如果是植物细胞)和细胞膜,将携带的DNA带入细胞内部。运气好的话,这些DNA就会整合到细胞的基因组中,或者在细胞核内自主存在,从而实现基因的表达。

另一种经典的方法是利用“病毒载体”。病毒,尤其是经过改造的病毒,是天然的基因“运输工具”。它们能够高效地将自己的遗传物质注入宿主细胞。科学家们会去除病毒致病性的基因,并在病毒的基因组中插入我们想要的DNA片段。然后,将这些改造过的病毒释放到细胞培养环境中,它们会像往常一样感染细胞,并将携带的DNA传递进去。这种方法尤其适用于将基因送入动物细胞,因为病毒感染机制在动物身上研究得最为透彻。

对于mRNA,情况又略有不同。mRNA不像DNA那样需要整合到基因组中,它本身就是指令,指导细胞制造蛋白质。一旦进入细胞,它就可以被细胞内的核糖体直接读取并翻译成蛋白质。所以,将mRNA送入细胞,相对来说更像是一个“临时性”的基因表达。我们可以使用一些脂质体(Liposomes)来包裹mRNA。脂质体是一种由脂质分子构成的微小囊泡,它们的结构类似于细胞膜,因此能够与细胞膜融合,将包裹在内的mRNA释放到细胞质中。这是一种相对温和的递送方式。

还有一种名为“电穿孔”(Electroporation)的技术。这种方法利用短暂的电脉冲,在细胞膜上制造出临时的微小孔洞,让DNA或mRNA能够通过这些孔洞进入细胞。这个过程需要精确控制电脉冲的强度和时长,以免损伤细胞。

一旦DNA或mRNA成功进入细胞,并且我们的目标是制造“基因融合生物”,那么通常需要让这些外源基因能够稳定地在生物体内发挥作用,并且能够遗传下去。

对于DNA,如果成功整合到了细胞的染色体中,那么当细胞分裂时,这个新的基因就会被复制并传递给子细胞。如果我们是将改造过的DNA导入生殖细胞(如卵子或精子)或者早期胚胎细胞,那么这个基因融合就会体现在整个生物体,甚至其后代身上。例如,我们可以将一个基因A与另一个基因B通过某种方式连接起来,形成一个“融合基因”,然后将这个融合基因导入一个生物体内。当这个基因开始表达时,它可能会产生一个全新的蛋白质,或者以一种非自然的方式调控生物的生长、发育或者对环境的反应。

以一个形象的例子来说,假设我们想让一种植物能够发出微弱的光,就像萤火虫一样。萤火虫能够发光,是因为它体内有一个叫做“荧光素酶”的基因。科学家们可以从萤火虫的DNA中提取出这个荧光素酶基因。然后,利用基因枪或者病毒载体,将这个荧光素酶基因导入到一株植物的细胞中。如果这个基因能够成功整合到植物细胞的基因组中,并且能够正常表达,那么当植物的细胞呼吸时,就会消耗能量和底物,产生光,这株植物就会在黑暗中发出微光。

基因融合生物,从更广泛的意义上说,就是通过基因工程技术,将来自不同生物的基因片段或完整的基因,通过某种方式组合起来,然后导入到一个新的生物体中,使其同时拥有这两种或多种生物的某些特性。这就像是将不同乐器的声音融合在一起,创造出全新的乐曲。比如说,可以将耐寒的基因导入到不耐寒的作物中,让作物能够在更寒冷的地区生长;或者将具有抗病能力的基因导入到易感病的动物身上,提高它们的免疫力。

整个过程,从设计基因片段,到选择合适的递送载体,再到细胞的转化,以及最终的筛选和鉴定,每一步都充满了挑战,也充满了创造性。这不仅仅是简单的“复制粘贴”遗传信息,而是对生命蓝图的精妙改写。

网友意见

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将DNA弄进基因组:

这是逆转录病毒已经在细胞生物身上做过数不清的次数的普通操作,和你已经听说了N多次的转基因技术。细菌、古菌的基因也可以被病毒搬运、整合到多细胞生物的基因组,包括人。假如你是人的话,你自己就是自然产生的“基因融合生物”:你身上有超过一千个远古逆转录病毒打进去的基因片段,你从受精卵开始的发育步调、免疫系统的开关、胎盘的附着、记忆的形成、心脏的尺寸等等都是病毒基因参与控制的。

人类现有的转基因技术只使用过限定范围十分狭窄的若干基因,没有制造出二十世纪科学幻想里虚构的那些基因工程怪物,社会上还存在对转基因的不理性恐惧。


将mRNA弄进细胞质:

这是人类早已掌握的实验技术,现在进行时的mRNA新冠疫苗也会随机地进行这种操作。

细胞不能自行制造的mRNA不会在细胞内长时间存在。一些RNA可以偶然地挂到细胞的基因组上并被替换成DNA,但这很难期待同时对大量的体细胞或生殖细胞适用,更难以期待这明显地改变生物的性状。用这种方法制造“基因融合生物”是不靠谱的。


此外,人体会从食物取得少量的miRNA并让其短暂存在。人们早就掌握了诱导细胞融合的方法,动物和植物的细胞都可以互相融合,但这样并不能得到什么生物体[1]

无论如何,“高等生物”没有良定义。

参考

  1. ^ 动物和植物的细胞融合过程及会发育成什么? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/443810891/answer/1725675340

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