DNA双螺旋结构模型与生物医学的发展

关键词：DNA双螺旋结构模型;基因工程;生物医学;

引言：

二十世纪五十年代，DNA双螺旋结构模型得以创立，这对于生命科学与生物医学领域的发展来说是绝对的里程碑事件，并且是整个科学史上的重大事件。该模型的建立历经了艰苦的探索过程，而最终的研究成果也非常丰硕，遗传物质DNA分子结构模型的建立体推动了整个时代的进步与发展。

一、DNA双螺旋结构模型的特点与发展史

上世纪最伟大的自然科学成果当属DNA双螺旋结构的发现。该模型的建立标志着现代分子生物学进入到高速发展期。在1868年，最早是一名24岁的瑞士医生米歇尔最先发现核酸。不过由于不同生物的核酸性质太相近，以此用来解释生物遗传的多样性显得有些牵强，就这样，他和遗传物质的发现遗憾错过了。

1929年，美国生化学家莱文对核苷酸的基本结构进行了归纳阐述，并提出“四核苷酸假说”，他在研究之后提出，核酸是由四种等量核苷酸组成，和糖原一样的性质，不具备特殊功能。他的这一观点一定程度上抑制了学者们研究核酸的热情。

1950年，美国生化学家查盖夫（Erwin Chargaff）通过分光光度法、纸层析等方法对多种生物的碱基组成进行了具体测定，并以最终的结果推翻了“四核苷酸假说”，同时还提出“查盖夫规则”，也就是说：在所有DNA当中，A=T，G=C，由此可得A+G=T+C[1]。此即为双螺旋模型当中碱基互补配对原则的理论依据。

双螺旋模型还有一个基础，即X-射线衍射分析。在这一方面，威尔金斯与富兰克林是最大的研究贡献者。1950年，莫里斯·威尔金斯（Maurice Hugh Frederick Wilkins）利用X-射线衍射技术对DNA晶体展开分析。他对衍射技术进行了优化完善，从而获取到清晰的DNA衍射照片。之后，沃森在访问国王学院时得以见到这张照片，颇受启发的他开始试着以X-射线衍射技术来全面研究DNA结构。

1952年，奥地利裔美国生物化学家查伽夫（E.chargaff，1905-2002）对DNA中的碱基含量进行了测试，最终发现，在所有的四种碱基当中，胸腺嘧啶和腺嘌呤的数量一致，而胞嘧啶和鸟嘌呤的数量也是一样的。由此，沃森和克里克便联想到这几种碱基之间可能是两两对应的关系，由此提出了腺嘌呤与胸腺嘧啶配对、鸟嘌呤与胞嘧啶配对的概念。

1953年，沃森和克里克结合前人的研究成果展开进一步研究之后发现了DNA双螺旋结构，从此打开了分子生物学的发展局面，遗传学的研究开始被提高到分子层面，困扰人们已久的“生命之谜”终于有了解开的钥匙，至此，人们真正理解了遗传信息的构成與传递路径。随后，分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等相关学科快速兴起，从分子的角度着手，生命奥秘被一个个解开，DNA重组技术使得基于生物工程手段的研究与应用有了更多的发展的可能性。

二、DNA双螺旋结构模型对生物医学领域带来的影响

很早之前，遗传学家基于不同形状而提出“基因”这一概念，在他们看来，“基因”为遗传性状提供了形成基础。当时人们并不了解“基因”的化学本质。直至上世纪四十年代，具有生物活性的遗传物质DNA才被分离出来，至此，其化学本质才得以明确。细胞中的DNA是长达两米的长链分子，经过压缩，其被藏于仅有1、2个微米直径的细胞核当中，可以发现，其空间结构极为特殊[2]。DNA双螺旋结构模型能够对DNA的空间结构予以说明，使DNA结构具备了信息特征，由此打破了之前仅能由遗传表型的角度理解生命现象的限制，使研究得以提高到基因型的层面，并开始构建表型-基因型相互关系，以及生物信号作用谱、遗传信息传递谱、调控网络图、生物分子相互作用谱。此后，分子生物学的新时代正式来临。

随后，医学分子生物学与分子医学得到大力发展，在形成学科后，分子生物学就以其独特的解决问题的视角和能力在自然科学、社会科学等诸多领域得到渗透，实现了多个学科、领域的协调融合，最终产生大量的边缘学科、交叉学科，很大程度上推动了相关学科的发展与进步。所以，上世纪后半叶之后，该学科一直体现着带头学科的风范。了解生命学科、生物学科在这一时期的发展路径便能够很好地验证这一点。第一点是遗传机理的破译，在遗传机理中，DNA复制机制在DNA双螺旋结构模型建立之后得到妥善解决[3]。自然界一直存在复杂的遗传物质相互作用关系，这也是在此基础上得到了阐释，并被人们所认识，比如感染病来源和传播机制、癌症病毒和宿主细胞遗传物质间的作用机制以及抗体多样性遗传重组机制、可移动遗传原件的发现，包括早起胚胎发育遗传控制机制等等。

以上案例中所出现的遗传控制作用和生长、发育、分化、进化等基础生物学过程相关，所以其也有体现出了普遍性指导意义。生命是物质，也是由分子组成的，不同的结构将会表现出不同的功能。最为基本的结构是一级结构，由此衍生出二级、三级、司机空间结构，将DNA一级结构研究清楚是非常困难的，在此背景下，以化学断裂法、双脱氧末端法来测定DNA片段序列的方法产生了，此后，人们开始关注和了解到DNA分子当中的一些结构细节。

三、基于DNA双螺旋结构的生物医学发展展望

从DNA双螺旋结构被提出的那一刻，分子生物学时代就来临了。分子生物学让生物大分子的研究开启了新的篇章，将遗传研究提高奥分子层面，帮助人们解开“生命之谜”，让人们对遗传信息的构成与传递模式有了更为深刻的认识。随后，众多相关学科陆续产生，从分子的角度着手可以很好地解决很多生命的奥秘，DNA重组技术的出现让基于生物工程的研究与应用都有了更多的可能性[4]。人们对DNA的了解和操控已经达到了一定的水平，可以忽略其自身的进化功能，而将其作为一种信息载体进行操作。可以将DNA理解为存储信息的载体，其有极强的稳定性，比如能够从死去很久的生命体当中提取DNA样本。

上世纪七十年代，一种基于基因工程的生物技术产生了，并逐步形成了生物技术这一新产业，很大程度上促进了医学、农业和工业向生物技术产业方向的发展。在之后的二十多年间，分子生物化学作为生物化学、生物物理学的一部分，也得到了快速的进步和发展。尤其是在九十年代，随着美国“人类基因组计划”的全面推行，基因组学也逐渐形成，至此，人类便可以由基因层面来研究疾病发生、发展的内在规律，从而可以进行科学有效地预防和诊治，所有有关生命现象、重大疾病的议题，都或多或少和分子生物学、基因组学有所关联，可以发现，在生物医学发展领域，DNA所发挥的作用也越来越重要。

结语：

自从上世纪中期DNA优美的曲线被发现之后，生物学各个领域也受此影响而发生了重大变革。提取自然材料、重新设计与改造，从而促进人类社会的发展，这是六十多年以来科学家们基于DNA双螺旋带来的启示而不断进行的尝试与突破。所有在新的领域进行的探索注定会备受质疑，这一点在DNA双螺旋结构模型发展方面亦是如此，但DNA技术需要持续不断地进步和发展，研究人员有责任推动这项技术的不断变革，这也是我们今后的努力方向。

参考文献：

[1]张慧·命运的螺旋带来的启示--从DNA双螺旋结构发现看科学方法论[J]·山西大学学报（哲学社会科学版），2015， 28（2）.

[2]赵德坤，秦小康，对DNA双螺旋结构发现过程的反思[J]·中学教学参考，2018（5）

[3]张翮·遗传物质发现史的哲学思考[J]. 医学与哲学， 2016，（13） .

[4]杨焕明·DNA&HGP对人类未来的影响[J]·湖南医学，2019（8）22-25

作者简介：

郑亚赏，女，学历：本科，延边大学临床医学 在校生。