科普|【科技干部科普读本】基因技术、蛋白质工程是如何造福人类的
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习近平总书记指出：
未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同人类社会发展形成历史性交汇，工程科技进步和创新将成为推动人类社会发展的重要引擎。信息技术成为率先渗透到经济社会生活各领域的先导技术，将促进以物质生产、物质服务为主的经济发展模式向以信息生产、信息服务为主的经济发展模式转变，世界正在进入以信息产业为主导的新经济发展时期。生物学相关技术将创造新的经济增长点，基因技术、蛋白质工程、空间利用、海洋开发以及新能源、新材料发展将产生一系列重大创新成果，拓展生产和发展空间，提高人类生活水平和质量。
——《让工程科技造福人类、创造未来》
（2014年6月3日）
基因技术 GENE TECHNOLOGY
基因是生命体的遗传物质，储存着遗传信息的密码，从而决定生命体性状。电影《X战警》中的变种人本来是正常人，但是由于基因突变，他们的遗传密码被修改了，从而成为具有特殊能力的变种人。如果我们的细胞忘记了这个密码，或者把密码记错了，那它就会胡乱地复制生长，成为癌细胞。那么，如果我们假设想让自己拥有超能力，或者精准地治愈癌症，首先要做的就是破译人体的基因密码，然后对其进行操作和编辑，这就是基因技术。
基因是具有遗传效应的脱氧核糖核酸（DNA）序列片段，只有少部分病毒如HIV的遗传物质是由核糖核酸（RNA）组成的。基因通常以链状或环状形式存在，这种链状结构是由DNA或RNA逐个链接而成的，在链状主体结构的侧面，每个DNA或RNA均有一个碱基集团（嘌呤或嘧啶）。DNA的碱基集团包括四种：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶，RNA的碱基种类不含胸腺嘧啶，而是由尿嘧啶代替。侧链碱基的不同排列组合构成了储藏生命体遗传信息的密码，指导蛋白质的合成，进而影响生命体活动。可以说，生命体的生老病死、演化、退化，均由基因密码决定，并因其改变而改变。
基因技术因实施方法的不同，可分为基因编辑、基因敲除、基因插入等多个不同的具体门类，已广泛应用于植物育种、生物制药等领域。
蛋白质工程 PROTEIN ENGINEERING
如果说DNA承载了生命的信息和编码，那么蛋白质就是这个编码所设计的具体用来实现各种各样生理功能的大分子结构，它也是生命这个复杂过程的全程参与者。成千上万种蛋白质之间井然有序又极端复杂的合作，为生命奠定了基础。如果说基因工程是探索和操作生命的编码，那么蛋白质工程就更进一步了，目的是直接探索不同蛋白质的性质，以及不同蛋白质之间那些复杂的合作模式的性质。
蛋白质工程，就是通过化学、物理和分子生物学的手段对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，或者制造出一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求的工程。蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码天然存在的蛋白质。蛋白质工程则更进一步，它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编码的蛋白质进行改造。
蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质都有其独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。
蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就：①蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的阶段，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。②蛋白质工程对揭示生命现象的本质和生命活动的规律具有重要意义。③蛋白质工程对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。④用蛋白质工程方法制成的电子组件，具有体积小、耗电少和效率高等特点，有极为广阔的发展前景。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时代，是蛋白质结构形成和功能表达的关系研究中不可替代的手段。
空间利用 SPACE UTILIZATION
远古时代，人类的祖先面对充满神秘色彩的星空，编织了许多美丽、动人的神话故事。这些故事经过不断的流传，激励了后人对星空的执着探索，甚至有古人陶成道不惜以生命的代价尝试原始的飞行探险。随着科学技术的发展，人们已经拥有了利用太空的能力，将航天员送到太空中去，甚至在太空中建立空间站，供人们在太空中生活以及从事科学研究的任务。
那什么是太空呢？地球的地表以上是地球的大气层，大气层以外的太空称为外太空。外太空一般指距离地球表面1000千米以上的空间，其中没有空气，没有水，感受不到重力。太空中的温度波动范围极大，靠近恒星的地方温度极高，而远离恒星的地方温度又极低。太空中存在复杂的射线，会引起生物细胞的变异，并且没有满足人类生存的基本条件。
但尽管如此，太空仍是一把危险与价值共存的双刃剑，太空中有着大量人类可以利用的资源和工具。太空中无处不在的射线，虽然对人类的安全而言是极其危险的存在，但是它却是人类研究生物变异以及太空育种的极佳场所。现在市场上能买到的许多可口的蔬菜，例如菜椒，就是太空育种的产物。太空中失重的环境提供了在地球上无法给予的实验以及制造条件。例如，在地球上，即便是利用现代技术制造的滚珠，也无法保证绝对的球形，这就是造成轴承磨损的重要原因。而在太空失重的条件下，融化了的金属液滴在表面张力的作用下会形成完美的球形。太空不仅对于人们的生活、工业的制造有着极大的潜在价值，而且对于可再生能源的寻找、国防研究建设都有着重要的意义。
太空是一个远未完全开发的巨大宝藏。我国在这方面起步较晚，但是最近十几年已经慢慢赶上发达国家的脚步，甚至在有些方面已经赶超了发达国家。从“神舟”系列运载火箭到现在的“天舟”系列货运飞船，“中国空间站计划”已经慢慢地走进了现实。相信在不远的将来，太空将为我们的生活带来巨大的福利。
海洋开发 OCEAN EXPLORATION
2012年5月，在中国的南海发生了一件具有里程碑意义的大事——我国首座自主设计的深水半潜式钻井平台“海洋石油981”正式投入工作。在此之前，我国在南海所开采的石油大多处于浅水区域，这座深水钻井平台的“开钻”将显著提高深海开采石油的产量，对我国海上石油开发的意义不言而喻。
据统计，海底油气储量约占油气总储量的1/3。因此，我们对海洋石油资源的开发，可以更加有效地利用我国资源，对于巨大的能源消耗来说也是很好的补充。虽然我们以石油为例解析海洋开发这个词，但海洋开发并不只是对海底油气等燃料的开发。海洋开发涵盖的内容十分广泛，泛指人类对海洋资源的开发，包括对海洋生物的开发利用、海水淡化、从海水中提取盐等化学资源、深海锰结核的试采、海底油气田的开发、利用潮汐等动力资源发电等。
因此，我们生活中的衣食住行似乎都与海洋开发息息相关。无论是平时餐桌上美味的海鲜、衣服上美丽贝壳做的饰物，还是出行时汽车加的燃油、工作时办公室用的电力，都有可能来自于海洋。海洋开发自20世纪起步，随着人类对海洋的认识不断加深，开发的规模逐渐变大，开发的方式不断丰富，带来的利益也越来越多。目前，在所有现代海洋开发活动中，海洋油气的开发、海洋运输、海洋捕捞以及海盐制备这几项技术的规模和产值巨大，属于已成熟的产业。海水增养殖业、海水淡化、潮汐发电、海上工厂、海底隧道等新兴开发技术正在迅速发展。深海采矿、波浪发电、温差发电、海水提铀等高科技开发手段正处在研究和试验阶段。
我国管辖海域面积十分广阔，各类海洋资源储量相对丰富，海洋资源可开发利用的潜力很大。鉴于此，我国于2016年印发了《全国海洋经济发展规划纲要》，鼓励沿海地区政府进行海洋开发。尽管如此，我国的海洋开发还面临着很多问题，许多技术还并不成熟。但是，随着我国海洋政策的完善以及海洋开发经验的不断积累，我国的海洋开发产业必然会取得长足进步，取得可观的收益。
（来源：科协改革进行时）
编辑：韩亮亮
检校：高丽娥
审读：乔 栋
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