生 物 技 術 與 遺 傳 工 程
江緒宇
如果有一棵植物，它的根部結著馬鈴薯，地上部份長出番茄，該有多麼神奇、有多好；如果小老鼠像兔子一樣大，那有多可怕！這些都像是神話，但是今天利用「生物技術」，或許某一天我們可以實現這些「天方夜潭」。
我們每天燒菜用的醬油、醋，常喝的酒，這些傳統發酵食品，其實都是最古老傳統的生物技術產品。
只要是利用生物的機能、特性或是成分來製造一些產品，用來改善人類生活的技術，就是「生物技術」（biotechnology）。
生物技術包含的範圍很廣，有傳統的發酵食品製造技術、近代發酵工業技術、遺傳工程技術、細胞融合技術、組織培養技術、酵素技術以及大量生產工程技術等。透過這些技術，將可使腐朽化為神奇，許多以往認為不可能的事都可望逐一實現。
生物技術的應用範圍非常廣，包括醫藥工業、食品工業、化學工業、污染防治、能源、礦業及農業，甚至太空科技相關的宇宙工業，均可利用到這項科技。
什麼是遺傳工程
蛋白質是構我們身體的重要成分之一，它的生成受到遺傳基因的控制；細胞像一座小型工廠，可經由遺傳基因製造蛋白質；不同的基因可製造不同的產品。
我們常聽人說：「龍生龍，鳳生鳳」、「種瓜得瓜，種豆得豆」、「虎父無犬子」，這些都是日常生活中，觀察遺傳現象所得到的經驗之談；也就是說，遺傳基因絕不可能在不同「種」的生物間，互相傳遞。但是自從有了遺傳工程（genetic engineering）技術後，遺傳訊息可超越「種」的障礙，將會出現「種瓜得豆不得瓜」的「新」結果。
遺傳工程又叫作重視ＤＮＡ技術，它在1970年代初期，首先由美國史丹福大學生物學家發表，發展至今已成為生物科技中最重要的一項技術。
所謂遺傳工程，就是以人工方法，進行遺傳基因ＤＮＡ的移殖，可製造出原本不存在於自然界的生物，或者生產出人類所需的新物質。遺傳工程使「癡人說夢」成真，以往被認為不可能得到的生物或物質，也成為可能。總而言之，遺傳工程技術使我們打破了自然界的遺傳法則。
遺傳工程技術最早被運用在蛋白質藥物的製造上，例如人類生長激素、胰島素、抗癌藥物等。以往，這些藥物是由生物細胞中提取，不但量少，而且價格昂貴。例如目前全世界約有六千萬人患有糖尿病，其中四百萬人必須依賴胰島素來治療，而一位患者每年所使用之胰島素，如果從牛身上抽取的話，需要四十頭；由豬身上抽取的話，需要五十頭；但如果用遺傳工程方法，只需十公升的太腸桿菌生長一夜就可得到。又如生長激素以傳統方法製備，必須十萬公升的人類血液，才可提取十毫克的生長激素；一百萬頭綿羊的腦子，才能提煉十毫克體制素荷爾蒙（Somatostatin），如果以遺傳工程法來生產，則不僅快速，而且產量也多，當然價格也便宜。
以胰島素的生產為例 說明遺傳工程之操作
首先，我們必須要由人或動物細胞中，找到生產胰島的那段基因，然後，用一種叫作「限制酶」的素，如同用剪刀般將它剪下，有些生物學家也利用化學合成法，將基因組成成分的核苷酸，連接成胰島素基因。
找出控制生產胰島素的基因後，接下來的問題，是如何讓它大量生產。繁殖速度最快的生物要算細菌了，大家都有這樣的經驗：一小滴糖水曝露於室溫中，經過一天，糖水中就有億萬個細菌。生物學家就是將胰島素基因導入細菌體內，利用細菌二十分鐘分裂一次的特性，進行培養。經一夜之後，所得到的億萬細菌均帶有胰島素基因，因此，能依遺傳原理，將細菌當作生產工廠，大量製得胰島素這種蛋白質，就可得到量多而價廉的產物。
但是，一般外來基因如何進入細菌細胞內呢？通常，細菌工廠周圍的警備森嚴，外來基因不容易進入，但科學家發現，細胞中有一種稱為「質體」的物質，具有偷渡進入細菌的本領。於是生物學家將這種環形質體找出，再用限制酶剪刀切開，將胰島素基因放進切口，再用如同漿糊般功能的酵素－「接合酶」連接起來，使得質體帶有胰島素基因，它帶著外來胰島素基因，潛入大場桿菌細胞中，隨著大腸桿菌的細胞分裂，而大量繁殖。
若將大腸桿菌看作汽車製造廠，那麼，大腸桿菌工廠會製造各種汽車零件，再加以裝配成汽車。而帶有胰島素基因的質體混進來，就像其他貿易商攜帶自行車藍圖，委託汔車廠代為製造自行車一樣。汽車工廠除了照樣生產汽車外，並增加一條製造自行車的生產線，就技術而言，這並非難事。所以，帶有胰島素基因的質體進入細胞後，經過一段時間的繁殖，質體會藉著大腸桿菌的生產系統生產胰島素，使得原本不具生產胰島素能力的大腸桿菌，得以大量分泌胰島素，這可是拜遺傳工程技術之賜呢！
遺傳工程的應用
遺傳工程技術目前已經應用到許多與日常生活相關的不同領域中，最先應用的是醫藥品生產。
如上所述，許多量少而價格昂貴的醫藥品，可以用遺傳工程法生產。例如在臺灣地區，大家所熟知的Ｂ型肝炎疫苗，它的「第二代疫苗」就是以酵母菌作工廠，藉由遺傳工程技術而得到的，所以又叫作「遺傳工程疫苗」。它的生產法，是先將製造Ｂ型肝炎病毒表面蛋白的基因，經由限制酶這種剪刀切割下來，用接合酶漿糊連到質體上，再將這質體送入酵母菌。由於質體可在酵母菌體內複製，經大量繁殖後，每個酵母菌就成為製造Ｂ型肝炎病毒表面蛋白的工廠了。經過回收及純化所生產的表面蛋白，就可以得到Ｂ型肝炎疫苗。
除了生產醫藥品外，遺傳工程還可製造理想中的植物，如耐寒性強、抗病性強，以及含多量營養成分的作物。大家都知道，氮肥是肥料三要素之一，由於植物無法直接利用空氣中游離的氮，所以必須施用化學氮肥；但是，大量使用化學肥料，不僅花費過高，還會造成土壤的污染，降低土壤肥力。但是有一種與豆科植物共生的根瘤菌，卻具有直接利用空氣中氮素的能力，若能將這種固氮基因以遺傳工程法移到植物體內，不但可以使植物能直接利用空氣中的氮，減低生產成本，並能除去污染的缺點，可說是一舉數得。
科學家也成功地將一些生產醫藥用疫苗相關的遺傳基因移到植物體內，叫做基因轉殖植物。因此，以後只要吃帶有防疫效果之木瓜、香蕉或是馬鈴薯，就可以達到防疫目的而不必打針了。
遺傳工程技術還可用以生產特殊化學品（如胺基酸、甜味料）以及污染防治方面，例如廣受注目的氯聯茉與戴奧辛的污染，可以利用遺傳工程法，塑造出以這些污染物為食物的微生物來，將它們分解。又如沿海原油的污染，也能藉由遺傳工程法，找出迅速吃掉油污的細菌，以達到淨化海水的目的。
(作者：任職於
財團法人生物技術開發中心)
