第二章
現(xiàn)代音樂

每代人都有屬于自己的現(xiàn)代音樂。

——弗朗西斯·克里克

現(xiàn)在人們可以從萬物中創(chuàng)造旋律。

——理查德·鮑爾斯（Richard Powers），《奧菲歐》（Orfeo）

當(dāng)伯格、博耶與科恩正在各自的機(jī)構(gòu)（斯坦福大學(xué)與加州大學(xué)舊金山分校）里忙著混合與匹配基因片段時(shí)，劍橋大學(xué)的研究人員則完成了另一項(xiàng)具有同樣意義的重大遺傳學(xué)突破。為了理解這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)，我們必須重溫基因研究的規(guī)范用語。與任意一種語言類似，遺傳學(xué)也是由基本的結(jié)構(gòu)單元組成的，其中就包括字母、詞匯、句法與語法等?；虻摹白帜副怼崩镏挥兴膫€(gè)字母，它們就是DNA的四個(gè)堿基（A、C、G與T）。而“詞匯”由三聯(lián)體密碼構(gòu)成，三個(gè)相連的堿基可以編碼蛋白質(zhì)中的某個(gè)氨基酸，其中ACT編碼蘇氨酸，CAT編碼組氨酸，GGT編碼甘氨酸，并且以此類推。蛋白質(zhì)就像是基因編碼的“句子”，它可以將字母串連成鏈（例如ACT—CAT—GGT編碼蘇氨酸—組氨酸—甘氨酸）。此外，莫諾與雅各布發(fā)現(xiàn)的基因調(diào)控則為這些詞句創(chuàng)造出具有豐富內(nèi)涵的語境。附加在基因上的調(diào)控序列（在特定時(shí)間與空間啟動或關(guān)閉某個(gè)基因的信號）可以被視為基因組內(nèi)部的語法。

盡管遺傳學(xué)字母表、句法和語法就存在于細(xì)胞內(nèi)，但是這些內(nèi)容并非人類的“母語”。為了幫助生物學(xué)家讀寫基因語言，我們需要發(fā)明一套全新的工具。其中“寫入”就是將單詞按照特定的排列方式進(jìn)行混合與搭配后產(chǎn)生新的含義。伯格、科恩與博耶在斯坦福大學(xué)開始應(yīng)用克隆技術(shù)來寫入基因，產(chǎn)生出自然界中不存在的DNA詞句（例如把細(xì)菌基因與病毒基因聯(lián)合起來形成全新的遺傳因子）。但是“讀取”基因，也就是解讀某段DNA上精密排列的堿基序列，仍然存在著巨大的技術(shù)障礙。

具有諷刺意味的是，人類并不了解細(xì)胞讀取DNA的機(jī)制，而這個(gè)問題對于化學(xué)家來說尤為突出。就像薛定諤曾經(jīng)預(yù)測的那樣，DNA這種化學(xué)物質(zhì)令化學(xué)家百思不得其解，同時(shí)該分子本身的特征也自相矛盾：雖單調(diào)乏味卻日新月異，既循規(guī)守矩又變幻莫測。化學(xué)家在拼接分子結(jié)構(gòu)時(shí)通常會把它拆分為拼圖中的小碎片，然后再把各化學(xué)成分組合起來裝配出該分子的結(jié)構(gòu)?？墒钱?dāng)DNA變成碎片后，它就會降解為A、C、G與T等四種堿基的混合物。如果把書中的每個(gè)單詞都拆分成字母，那么我們根本無法進(jìn)行閱讀。DNA就像那些單詞一樣，其序列中攜帶有相應(yīng)的含義。只要將DNA降解為堿基，它就變成了原始的“四字母濃湯”。

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然而化學(xué)家是如何確定基因序列的呢？在英國劍橋大學(xué)，有一處位于沼澤附近的非常簡陋的半地下實(shí)驗(yàn)室。從20世紀(jì)60年代開始，生物化學(xué)家弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）就在這里從事基因測序研究。桑格對于復(fù)雜生物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常癡迷。20世紀(jì)50年代早期，桑格就利用改良的傳統(tǒng)分解方法解決了胰島素蛋白質(zhì)的測序問題。1921年，來自多倫多的外科醫(yī)生弗雷德里克·班廷（Frederick Banting）與他的學(xué)生查爾斯·貝斯特（Charles Best）率先從幾十磅（1磅約等于0.45千克）碾碎的狗胰腺中提純出胰島素。胰島素是蛋白質(zhì)純化工作的重大成果，它本身是一種參與血糖調(diào)節(jié)的激素，當(dāng)其被注射到糖尿病患兒體內(nèi)便可以迅速扭轉(zhuǎn)這種致命的糖代謝疾病。直到20世紀(jì)20年代末期，禮來制藥公司（Eli Lilly）僅能從大量源自牛與豬胰腺的裂解液中生產(chǎn)出幾克胰島素。

然而盡管經(jīng)過多次嘗試，科學(xué)家們依然無法了解胰島素的分子特征。而桑格準(zhǔn)備用化學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄕ搧砥平膺@個(gè)難題：其實(shí)任何一名化學(xué)家都明白，答案就在那些溶解的混合物中。每種蛋白質(zhì)都由串聯(lián)成鏈的氨基酸序列構(gòu)成，例如：甲硫氨酸—組氨酸—精氨酸—賴氨酸，或者甘氨酸—組氨酸—精氨酸—賴氨酸，以此類推。桑格意識到，為了鑒別蛋白質(zhì)的序列，他需要進(jìn)行一系列的降解反應(yīng)。他將胰島素蛋白質(zhì)鏈末端的一個(gè)氨基酸切斷，并且將其溶解在溶劑中，隨后通過化學(xué)手段確定它就是甲硫氨酸。接下來他按照上述方法，切斷相鄰的組氨酸。桑格不斷重復(fù)著蛋白質(zhì)降解與氨基酸鑒定，并且依次獲得了精氨酸與賴氨酸，直到他抵達(dá)蛋白質(zhì)的另一端。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)好似從項(xiàng)鏈上逐顆褪下串珠，恰好與細(xì)胞構(gòu)建蛋白質(zhì)的過程相反。當(dāng)胰島素經(jīng)過逐漸降解后，其氨基酸鏈的組成結(jié)構(gòu)終于水落石出。1958年，桑格因其做出的巨大貢獻(xiàn)被授予諾貝爾獎。

1955年到1962年間，雖然桑格使用改良的降解法闡明了幾個(gè)重要蛋白質(zhì)的序列，但是他的研究成果卻并未觸及DNA測序問題。桑格寫道，他在這些年里“毫無建樹”，只是生活在盛名的陰影下。他在那段時(shí)間鮮有論文發(fā)表，即便僅有的幾篇有關(guān)蛋白質(zhì)測序的文章得到熱捧，可是他認(rèn)為這些工作都與預(yù)期的成功存在差距。1962年夏季，桑格搬到了位于劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會（MRC）大樓里的另一處實(shí)驗(yàn)室。他在那里遇到了許多新鄰居，其中就包括克里克、佩魯茨與悉尼·布倫納，而這些科學(xué)家都沉浸在對DNA的狂熱崇拜中。

實(shí)驗(yàn)室位置的改變標(biāo)志著桑格的研究重點(diǎn)發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。在這些科學(xué)家中，克里克與威爾金斯是DNA研究的早期開拓者，而沃森、富蘭克林與布倫納則是后期加入的合作者?，F(xiàn)在弗雷德·桑格必須重整旗鼓進(jìn)軍DNA領(lǐng)域。

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20世紀(jì)60年代中期，桑格將研究重點(diǎn)從蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到了核酸，并且開始認(rèn)真考慮DNA測序問題。但是曾經(jīng)在胰島素研究中嶄露頭角的方法（切斷、溶解、再切斷、再溶解）在DNA測序中卻無法施展。蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)使得氨基酸可以按照順序被依次切斷，然而桑格在DNA研究中并未發(fā)現(xiàn)可供使用的工具。于是他重新調(diào)整了降解反應(yīng)，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能用一敗涂地來形容。當(dāng)桑格把DNA碎片溶解后發(fā)現(xiàn)，攜帶遺傳信息的DNA已經(jīng)變成了亂碼。

1971年冬季，桑格在逆向考慮這個(gè)問題時(shí)突然獲得了靈感。在過去幾十年間，他一直通過打破分子之間的聯(lián)系來解決測序問題。但是如果他將原有的研究方向顛倒過來，嘗試以構(gòu)建DNA替代分解反應(yīng)，那么又會出現(xiàn)何種結(jié)果呢？桑格推斷，要想解決基因測序問題，研究者就必須按照基因的變化規(guī)律進(jìn)行思考。細(xì)胞無時(shí)無刻不在構(gòu)建基因，而每次細(xì)胞分裂都會生成新的復(fù)制體。

假設(shè)生物化學(xué)家能夠身臨其境進(jìn)入基因復(fù)制酶（DNA聚合酶）中，那么將有機(jī)會目睹DNA復(fù)制以及基因復(fù)制酶逐個(gè)添加堿基（例如A、C、T、G、C、C、C等依此類推）的過程，而生化學(xué)家只要在一旁仔細(xì)觀察就可以了解這段基因的序列。其工作模式與復(fù)印機(jī)相仿，你可以通過DNA拷貝來重建原始結(jié)構(gòu)。此時(shí)，鏡像將再次還原其本來面目，道林·格雷的真容將從這些散亂的映像中得到顯現(xiàn)。

1971年，桑格開始利用DNA聚合酶的復(fù)制反應(yīng)研制基因測序技術(shù)。［在哈佛大學(xué)，沃爾特·吉爾伯特（Walter Gilbert）和艾倫·馬克西姆（Allan Maxam）也在設(shè)計(jì)DNA測序系統(tǒng)，雖然采用的試劑不同，但是方法同樣有效，不過很快他們就被桑格的方法超越了。］起初桑格的方法效率很低，并且經(jīng)常莫名其妙地失敗。他后來發(fā)現(xiàn)該問題與復(fù)制反應(yīng)的速度有關(guān)，當(dāng)聚合酶沿著DNA鏈快速前進(jìn)時(shí)，其添加核苷酸的速度簡直是疾如閃電，以至于桑格根本無法捕捉到中間的步驟。1975年，桑格對原有實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了巧妙的修改，他通過一系列經(jīng)過化學(xué)改造的堿基（這些變異體與A、C、G和T之間只有非常輕微的差異）來打亂復(fù)制反應(yīng)。雖然上述堿基仍能被DNA聚合酶識別，但是會干擾它們的復(fù)制能力。當(dāng)聚合酶暫緩復(fù)制時(shí)，桑格便可以在減速反應(yīng)中利用干擾信號從成千上萬的堿基中對基因進(jìn)行定位，例如：這里是A，那里是T與G等等，依此類推。

1977年2月24日，桑格的研究成果發(fā)表于《自然》雜志，他在文中描述了使用這項(xiàng)技術(shù)揭示ΦX174病毒完整DNA序列的過程。ΦX174是一個(gè)體積微小的病毒，全長只有5 386個(gè)堿基對，其基因組大小甚至無法與某些最小的人類基因相比。但是這篇論文發(fā)表后在科學(xué)界掀起了變革的浪潮。桑格寫道：“通過這些序列可以識別出許多特性，而正是它們負(fù)責(zé)制造該生物體內(nèi)9個(gè)已知基因所合成的蛋白質(zhì)。”現(xiàn)在桑格已經(jīng)讀懂了基因的語言。

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作為遺傳學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)，基因測序與基因克隆隨即被用于基因與基因組新特征的鑒定。而這些技術(shù)應(yīng)用的首個(gè)重大發(fā)現(xiàn)與動物基因和動物病毒的獨(dú)特功能有關(guān)。1977年，科學(xué)家理查德·羅伯茨（Richard Roberts）與菲利普·夏普（Phillip Sharp）分別發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)動物蛋白質(zhì)并非由連續(xù)的DNA序列編碼，事實(shí)上它們會被分為許多獨(dú)立模塊。但是在細(xì)菌中，每個(gè)基因都是由連續(xù)的DNA序列組成，從第一個(gè)三聯(lián)體密碼（ATG）開始算起，一直延伸直至最后的“終止”信號。由于細(xì)菌的基因內(nèi)部不存在間隔區(qū)，因此它們不含有那些獨(dú)立模塊。但是羅伯茨與夏普發(fā)現(xiàn)在動物與動物病毒中，某個(gè)基因通常會被較長的DNA填充片段分割成多個(gè)部分。

現(xiàn)在我們將“structure”這個(gè)詞比喻成基因來進(jìn)行詮釋。在細(xì)菌中，基因“structure”可以準(zhǔn)確無誤地嵌入到基因組中，不存在斷裂、填充、間插以及中斷等現(xiàn)象。但是在人類基因組中會出現(xiàn)完全相反的情況，基因“structure”會被某些DNA間隔片段打斷，表現(xiàn)為s…tru...ct...ur...e的形式。

那些被標(biāo)記為省略號（...）的長段DNA并不含有任何蛋白質(zhì)編碼信息。當(dāng)此類斷裂基因被用于生成某種信息時(shí)（例如當(dāng)DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA時(shí)），那么這些填充片段會從RNA信息中被切除，然后去除間插序列的RNA將重新連接在一起，而基因s...tru...ct...ur...e的結(jié)構(gòu)也將簡化為structure。于是羅伯茨與夏普把該過程稱為基因剪接或者RNA剪接（因?yàn)榛虻腞NA信息通過“剪接”移除了填充片段）。

起初，這些斷裂基因的結(jié)構(gòu)令人難以理解：為什么動物基因組要耗時(shí)費(fèi)力地把長鏈DNA片段變得七零八落，難道只是為了重新恢復(fù)這些信息的連續(xù)性嗎？但是很快斷裂基因的內(nèi)在邏輯就變得顯而易見：假如把基因分成不同的功能模塊，那么細(xì)胞就可以讓單個(gè)基因產(chǎn)生成令人眼花繚亂的信息組合。由于基因s...tru...ct...ur...e可以被剪接組合成為cure，或是true等基因，因此可以從單個(gè)基因中創(chuàng)造出大量各式各樣的信息（也稱為亞型）。當(dāng)然你還可以用剪接的方式從g...e...n...om...e中生成gene、gnome與om基因。此外，模塊基因還具有進(jìn)化上的優(yōu)勢：來自不同基因的單個(gè)模塊經(jīng)過混合與匹配后可以構(gòu)建出全新的基因種類（例如：c...om...e...t）。哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家沃利·吉爾伯特（Wally Gilbert）為這些模塊創(chuàng)造了一個(gè)名詞，他將其稱為“外顯子”（exon），而外顯子之間的填充片段則被命名為“內(nèi)含子”（intron）。

內(nèi)含子并非人類基因的特有產(chǎn)物，它們廣泛存在于各種生物體中。人類基因的內(nèi)含子體積龐大，能夠容納數(shù)十萬個(gè)DNA堿基。但是基因彼此之間又被長段的間插DNA序列隔離開來，而這些DNA被稱為基因間序列?；蜷g序列與內(nèi)含子（基因間的間隔片段與基因內(nèi)的填充片段）被認(rèn)為含有使基因根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的序列?，F(xiàn)在讓我們回到最初的比喻上來，基因間DNA與內(nèi)含子就像是長省略號間零散分布的標(biāo)點(diǎn)符號。因此，人類基因組的結(jié)構(gòu)可以被看作：This......is......the......(...)...s...truc...ture......of...... your...... gen...om...e.

這些單詞代表著基因。其中單詞間的長省略號代表基因間DNA，單詞間的短省略號（gen...ome...e）則代表內(nèi)含子，括號與冒號這樣的標(biāo)點(diǎn)符號相當(dāng)于調(diào)節(jié)基因的DNA區(qū)域。

除此之外，基因測序與基因克隆這對雙胞胎還把遺傳學(xué)從實(shí)驗(yàn)的泥沼中拯救了出來。20世紀(jì)60年代末期，人們意識到遺傳學(xué)的發(fā)展已經(jīng)深陷僵局。那時(shí)候所有實(shí)驗(yàn)科學(xué)的設(shè)計(jì)理念基本雷同，先是對于某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有計(jì)劃的干預(yù)，然后再測量干預(yù)帶來的效果。由于改變基因的唯一手段就是構(gòu)建突變體（其實(shí)這是個(gè)隨機(jī)過程），因此讀懂變化的唯一途徑就是比較形態(tài)與功能的差異。你可以效仿穆勒構(gòu)建無翅或無眼果蠅突變體的方法將果蠅暴露在X射線下，但是你無法定向操縱那些控制果蠅眼睛或翅膀的基因，而且你也無法準(zhǔn)確地理解翅膀或者眼睛的基因發(fā)生了何種改變。就像某位科學(xué)家描述的那樣：“基因遙不可及。”

基因這種遙不可及的屬性讓“新興生物學(xué)”的救世主（詹姆斯·沃森就是其中一員）感到尤為沮喪。1955年，就在他發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)兩年之后，沃森來到了哈佛大學(xué)生物系，但是這一舉動也隨即招致了哈佛大學(xué)內(nèi)部某些學(xué)術(shù)泰斗的反感。在沃森看來，生物學(xué)是一門橫跨傳統(tǒng)與現(xiàn)代領(lǐng)域的新興科學(xué)。傳統(tǒng)學(xué)派由博物學(xué)家、分類學(xué)家、解剖學(xué)家以及生態(tài)學(xué)家組成，他們?nèi)匀粚Ｗ⒂趧游锓诸愐约皩ι锝馄蕦W(xué)與生理學(xué)特征進(jìn)行定性描述。而“現(xiàn)代”生物學(xué)家則與之完全不同，他們開始研究分子與基因在生物體內(nèi)的作用。當(dāng)傳統(tǒng)學(xué)派還在講授生物多樣性與變異時(shí)，現(xiàn)代學(xué)派已經(jīng)在討論通用編碼、共同機(jī)理以及“中心法則”了。

克里克曾經(jīng)說過：“每代人都有屬于自己的現(xiàn)代音樂?！蔽稚瓌t直白地表達(dá)了自己對古典音樂的輕蔑。沃森認(rèn)為博物學(xué)在很大程度上是一門“描述性”學(xué)科，而它終將被具有勃勃生機(jī)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)取代。那些研究恐龍的“老古董”很快就會因?yàn)樽陨硪蛩赝顺鰵v史舞臺。沃森將秉承傳統(tǒng)學(xué)派的生物學(xué)家稱為“集郵者”，對他們聚精會神于生物標(biāo)本收集與分類的做法嗤之以鼻。

然而即便是沃森也不得不承認(rèn)，由于無法定向進(jìn)行基因干預(yù)以及解讀基因改變的確切本質(zhì)，因此現(xiàn)代生物學(xué)研究的道路依然崎嶇坎坷。如果可以對基因進(jìn)行測序與操作，那么這個(gè)領(lǐng)域?qū)尸F(xiàn)出波瀾壯闊的前景。而在此之前，生物學(xué)家只能依靠僅有的研究工具（也就是在結(jié)構(gòu)簡單的生物體內(nèi)產(chǎn)生隨機(jī)突變）來探索基因的功能。但是讓沃森憤懣不平的是，博物學(xué)家也可以如此這般來嘲弄他們的工作：如果傳統(tǒng)學(xué)派的生物學(xué)家是“集郵者”的話，那么現(xiàn)代學(xué)派的分子生物學(xué)家不過是“突變體獵手”。

1970年到1980年，這些突變體獵手搖身一變成為基因操作者與基因解碼者。假設(shè)時(shí)間回到1969年，如果在人類中發(fā)現(xiàn)了某種疾病相關(guān)基因，那么科學(xué)家們根本沒有切實(shí)可行的方法來理解該突變的本質(zhì)，他們沒有途徑去比較該基因與正常基因之間的差異，同樣也沒有簡便易行的方法在其他生物體內(nèi)重建基因突變來研究其功能。然而到了1979年，這種致病基因已經(jīng)能夠被導(dǎo)入細(xì)菌體內(nèi)，它們在與病毒載體進(jìn)行拼接后能夠轉(zhuǎn)移到哺乳動物細(xì)胞的基因組中，隨后可以使用克隆與測序手段將該基因與正常基因進(jìn)行比較。

1980年12月，為了表彰這些基因技術(shù)領(lǐng)域中的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，弗雷德里克·桑格、沃爾特·吉爾伯特與保羅·伯格被共同授予諾貝爾化學(xué)獎，他們就是率先讀寫DNA奧秘的先驅(qū)。就像某位科學(xué)記者指出的那樣，“化學(xué)操縱（基因）的武器庫”現(xiàn)在已經(jīng)初具規(guī)模。生物學(xué)家彼得·梅達(dá)沃則寫道：“對于DNA這種遺傳信息的載體來說，基因工程可以通過定向操縱使其發(fā)生遺傳改變……技術(shù)的真相不就是理論先行嗎？……登陸月球？是的，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。消滅天花？毋庸置疑。那么彌補(bǔ)人類基因組上的缺陷呢？當(dāng)然是大勢所趨，哪怕在實(shí)現(xiàn)的過程中還會遇到更多艱難險(xiǎn)阻。雖然我們還沒有完成這個(gè)目標(biāo)，但是我們確實(shí)在朝著正確的方向前進(jìn)。”

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按照伯格、博耶與科恩的想法，最初發(fā)明基因操作、克隆與測序技術(shù)是為了在細(xì)菌、病毒與哺乳動物的細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移基因，可是后來這些技術(shù)在有機(jī)生物學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大反響。對于基因克隆與分子克隆本身來說，雖然這些術(shù)語原本被用來指代細(xì)菌或病毒中產(chǎn)生的相同DNA拷貝（也就是“無性繁殖”），但是沒多久它們就成為整個(gè)生物技術(shù)領(lǐng)域的象征，正是這些技術(shù)使得生物學(xué)家們能夠從生物體內(nèi)提取基因，并且在試管中進(jìn)行基因操縱、構(gòu)建基因雜合體以及在活體生物中擴(kuò)增基因（畢竟只能利用這些技術(shù)的組合來克隆基因）。伯格說道：“只要掌握了基因操作的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，那么就可以通過這些手段來操縱生物體。通過基因操作與基因測序工具混合搭配，科學(xué)家研究的領(lǐng)域?qū)倪z傳學(xué)擴(kuò)展至整個(gè)生物世界，而這種基于實(shí)驗(yàn)科學(xué)獲得的膽識在過去看來簡直是天方夜譚?！?/p>

假設(shè)免疫學(xué)家正打算解決免疫學(xué)里的一個(gè)基礎(chǔ)問題，例如T細(xì)胞在體內(nèi)識別與殺死外源細(xì)胞的機(jī)制。幾十年來，人們已知T細(xì)胞可以通過其表面的傳感器來獲知入侵細(xì)胞與病毒感染細(xì)胞的存在。這種傳感器被稱為T細(xì)胞受體，它實(shí)際上是一種只由T細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。T細(xì)胞受體能夠識別外源細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)并與之結(jié)合。而反過來，這種結(jié)合又會觸發(fā)殺死入侵細(xì)胞的信號，并且構(gòu)成生物體的防御機(jī)制。

但是T細(xì)胞受體的本質(zhì)是什么呢？生物化學(xué)家開始通過擅長使用的減法來解決該問題：他們先是通過細(xì)胞培養(yǎng)獲得大量的T細(xì)胞，接著用脂肪酸鹽與洗滌劑將細(xì)胞成分溶解形成灰色的細(xì)胞泡沫，然后去除提取物中的細(xì)胞膜與脂質(zhì)，并且對這些物質(zhì)進(jìn)行反復(fù)提純，從而最終捕獲罪犯蛋白（culprit protein）。可是溶解在那些細(xì)胞提取物中的受體蛋白依然無影無蹤。

此時(shí)基因克隆可以提供另一種解決方案?，F(xiàn)在我們假設(shè)：T細(xì)胞受體蛋白的與眾不同之處在于它只在T細(xì)胞內(nèi)合成，而不會出現(xiàn)在神經(jīng)元、卵細(xì)胞或者肝細(xì)胞中。雖然編碼該受體的基因應(yīng)該存在于每個(gè)人類細(xì)胞中（人類神經(jīng)元、肝細(xì)胞以及T細(xì)胞擁有相同的基因組），但是最終負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的RNA卻只產(chǎn)生于T細(xì)胞。那么人們能否通過比較兩個(gè)不同細(xì)胞的“RNA目錄”，然后從該目錄中克隆出某個(gè)功能相關(guān)的基因呢？生物化學(xué)家的方法總是以濃度為中心：他們會在蛋白質(zhì)最有可能聚集的地方找到它，然后將其從混合物中提取出來。相比之下，遺傳學(xué)家的方法則是以信息為中心：他們通過比較兩個(gè)密切相關(guān)的細(xì)胞“數(shù)據(jù)庫”差異來找到該基因，進(jìn)而使用克隆技術(shù)在細(xì)菌體內(nèi)對該基因進(jìn)行擴(kuò)增。生物化學(xué)技術(shù)注重提取方式，而基因克隆手段可以擴(kuò)增信息。

1970年，病毒學(xué)家戴維·巴爾的摩與霍華德·特明的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)使得上述比較成為可能。巴爾的摩與特明兩人各自獨(dú)立開展了研究工作，他們在逆轉(zhuǎn)錄病毒中發(fā)現(xiàn)了一種可以使用RNA作為模板構(gòu)建DNA的酶。由于它逆轉(zhuǎn)了遺傳信息流動的正常方向，因此他們將這種酶命名為逆轉(zhuǎn)錄酶。這種從RNA到DNA（或者說從轉(zhuǎn)錄信息到基因本身）的過程違反了“中心法則”的某個(gè)版本（遺傳信息只會從基因轉(zhuǎn)錄為信息，而且絕不可能反向流動）。

在細(xì)胞內(nèi)逆轉(zhuǎn)錄酶的協(xié)助下，每條RNA都可以作為模板來構(gòu)建與之相應(yīng)的基因。這樣生物學(xué)家就能為細(xì)胞中全部“活躍”基因制作目錄或者“文庫”，而這種過程就像圖書館根據(jù)主題對書籍進(jìn)行分類。基因文庫并不是T細(xì)胞的專利，它還存在于其他類型的細(xì)胞（包括紅細(xì)胞、視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元、胰腺里的胰島素分泌細(xì)胞等）里。通過比較源自兩種細(xì)胞（例如T細(xì)胞與胰腺細(xì)胞）的基因文庫，免疫學(xué)家就可以篩選不同細(xì)胞中的活躍與不活躍基因（例如胰島素或者T細(xì)胞受體）。只要上述基因被驗(yàn)明正身，那么就可以將其在細(xì)菌中成百萬倍地進(jìn)行擴(kuò)增，然后對該基因進(jìn)行分離與測序，并且確定相應(yīng)的RNA與蛋白質(zhì)序列。此外還可以確定調(diào)控區(qū)域的位置，當(dāng)然也可以將發(fā)生突變的基因插入到不同的細(xì)胞中，從而破譯該基因的結(jié)構(gòu)與功能。1984年，這項(xiàng)技術(shù)被用于克隆T細(xì)胞受體，而此項(xiàng)成果在免疫學(xué)領(lǐng)域具有里程碑式的意義。

就像某位遺傳學(xué)家后來回憶的那樣，生物學(xué)“被克隆技術(shù)解放了……此后生物學(xué)領(lǐng)域開始爆發(fā)出各種令人驚喜的消息”。在過去幾十年里，科學(xué)家一直在尋找那些神秘莫測且不可或缺的基因（其中包括凝血蛋白基因、生長調(diào)節(jié)因子基因、抗體基因、激素基因、神經(jīng)間遞質(zhì)基因、控制其他基因復(fù)制的基因、癌癥相關(guān)基因、糖尿病相關(guān)基因、抑郁癥相關(guān)基因以及心臟病相關(guān)基因等），而我們則可以利用來自細(xì)胞的基因文庫來進(jìn)行純化與克隆。

基因克隆與基因測序讓生物學(xué)發(fā)生了天翻地覆的變化。如果把實(shí)驗(yàn)生物學(xué)比作“現(xiàn)代音樂”的話，那么基因就是它的指揮、管弦樂隊(duì)、類韻副歌、首席樂器以及總譜。