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[图文]失重状态下的基因          【字体:
失重状态下的基因
作者:唐开生    教育来源:中考物理网    点击数:74    更新时间:2004-12-30

我们都知道,在太空中的失重状态下,人会飘浮在空中,许多活动已随之发生了有趣的改变。那么,在失重状态下,人体内的基因又将发生怎样的变化呢?

  把基因发射上天

  2000年9月8日,“亚特兰蒂斯”号的宇航员在太空中呆了将近两个星期,完成了不少科研任务,其中一项科研课题就是研究太空中基因的变化情况。

  在“亚特兰蒂斯”号航天飞机升空之前,生物学家培育了50多亿个人体肾细胞,将这些肾细胞注入到一种红色的培养液中,然后将培养液注到36个透明的球囊之中,再把这些球囊装入上锁的容器中。一旦航天飞机进入失重状态,他们希望这些细胞能够继续分裂生长。

  这次太空基因实验的仪器还包括一个生物反应器,这个装置模拟了生物体内环境,以便在失重条件下更好地培养细胞。发明这个生物反应器的电子学家和工程学家早就用这个反应器在地面失重条件下进行了一些生物研究。这次他们通过“亚特兰蒂斯”号航天飞机把这个反应器带到了具有完全失重条件的太空。

  太空中的基因

  我们知道,细胞在不同的环境下有着不同的分裂能力,比如细胞在培养皿中与人体中的分裂能力差异就很大。在这次太空实验中,科学家发现太空中的细胞显得异常“兴奋”,具有比在地球上快得多的分裂速度。科学家认为,细胞摆脱重力的影响后,生长能力非常强,所以数量变化相当快。

  科学家对太空中的细胞数量的变化情况已经比较清楚了,下一步需要搞清楚基因在太空中发生了什么变化,即细胞的遗传性是如何变化的。

  2000年9月20日,“亚特兰蒂斯”号航天飞机返回了地球,几名科学家亲自从航天飞机取回了实验用的肾细胞,然后火速送回设备精良的实验室进行研究。这些从太空返回地面的细胞继续分裂,并像地面培养基对照组中的5个样品那样表达相同的遗传特性。而令人惊喜的是,在经历太空培养的细胞中,大约有1600多种基因的活性比地面培养基上细胞中的相同基因强3倍。

  还有一些科研人员正集中精力研究单个细胞在太空飞行中的细微变化。他们发现了在不同的培养条件下单个细胞的明显变化。在几个实验对照组中,有一组基因的活性只是在太空中会不断变化,另一组基因的活性在太空和生物体内均会不断变化,而还有一组基因的活性在包括培养基础在内的所有培养条件下会不断变化。据此,科学家们最终将找到不同基因的优化培养条件,某些基因的性能可能在太空中会表达得好一些,而另一些基因的性能需要在生物反应器中才能表达得更好些。

  从太空到地面

  一些科学家证明,那些表现出特别生物活性的基因是与基本生命过程相关的重要基因,比如促使细胞成熟的基因。这些基因是体内极其重要的基因。其中活性增长最高的是含有免疫系统激活因子的基因,这些基因可以帮助治疗艾滋病、肝炎和癌症。在太空中,肾细胞可以制造出免疫系统激活因子含量更高的基因,其含量是地面培养条件下的15至20倍。

  科学家还观察到两个重要的激素——促红细胞生成素和帮助骨骼生长的维生素D3。化疗、一些抗病毒药物和肾功能衰竭等,都会杀伤产生促红细胞生成素或维生素D3的细胞。所以,制造含促红细胞生成素或维生素D3的药物有很大的市场前景,目前每年有约70亿美元的总销售额。肾细胞在太空中分泌的激素量比在地球上多5倍左右,这个发现将使得制药厂能大大提高含促红细胞生成素或维生素D3药物的产量。当然,科学家并不是想飞到太空中建工厂,而是在太空摸清更好的药物制造条件,然后回到地面上完成太空模拟,实施大规模生产。

  目前,宇航员经过一段时间的飞行之后,常常会患上太空病。太空中的基因研究还可以为太空病的治疗提供科学依据。科学家预言,太空基因研究能够带来更多且更有效的基因治疗技术。如果能够学会在失重状况下进行所需的基因操作,将会使一些“不治之症”的治疗成为可能。科学研究还不能预测更长期的旅行将会对宇航员带来什么新的太空疾病,但太空中进一步的基因研究可以对此作出预测,并可据此提出相应的解决办法。

 太空中的基因研究还可以解释为什么某些基因在太空中会变得更加活跃。科学家们认为,基因的某些功能可能在完全失重的状态下被“唤醒”。一些科学家进一步推测,某些在太空中表现出来的基因功能根本不曾在地球上出现过。也就是说,人类的某些功能可能还被“锁”在基因里,等待科学家去找到开启这把锁的钥匙。

  虽然太空中进行的基因研究取得了不少令人瞩目的成果,但在基因研究领域还有许多不解之谜,比如还有好多基因在太空中的激活原理并不清楚。又比如,制造一个精细的生物大分子需要许多复杂的调控分子活性的基因和蛋白质的相互作用,但它们相互作用的机理还是不清楚。诸如此类的不解之谜可能会在太空中的进一步研究中得到解决。

 

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