实施人类基因组计划的技术前提

有如下的技术前提。其一，是1970年代后发现的一系列作用于DNA的酶，特别是限制酶的发现以及开发出来的若干重要技术。1956年美国生化学家科恩伯格（A.Kornberg）发现了当时人们认为是使DNA进行复制的酶，称为“DNA聚合酶”，并因此而获得1959年度的诺贝尔生理学或医学奖。嗣后了解到该酶是DNA修复酶。真正的DNA复制酶是1971年发现的。其后陆续发现了作用于DNA的酶，如连接酶，解螺旋酶等。在所发现的酶中，瑞士学者阿尔伯（W.Arber）在研究细菌遭受病毒感染后能将入侵的病毒DNA链切断与分解的酶，称为限制酶。阿伯尔所发现的限制酶是1型限制酶，它能无差别地将DNA切断。美国分子生物学家H.O.史密斯（H.O.Smith）1970年从流感病毒（Haemophilus influenzae）的Rd株中发现了另一类限制酶，它可以在特定的碱基序列部位将DNA切断。限制酶成为后来开展DNA重组技术（即基因工程）和基因组测定碱基序列的有用工具。1971年美国分子生物学家内森斯（D.Nathans）在研究SV40病毒DNA的结构与功能时，首先利用了限制酶成功地按预定要求将DNA切断。阿尔伯、H.O.史密斯、内森斯三人于1978年获得了诺贝尔生理学或医学奖。

其二，1972年两位美国学者伯格（P.Berg）和科恩（S.Cohen）确立了DNA重组技术即基因工程技术。伯格在1972年用生物化学方法将SV40病毒和大肠杆菌的基因制成了重组体，系国际上首次进行的DNA重组实验。科恩则将大肠杆菌中的两个具有不同抗药性的质粒（质粒存在于细菌细胞中，是染色体外较小的环状DNA分子，含少量基因）重组到一起，形成杂合质粒，然后将此杂合质粒引入到大肠杆菌中去，结果发现它能够在那里继续复制和表达出双亲的遗传信息。从此，开启了DNA克隆技术。运用这种技术就可以得到高纯度的目的基因，对目的基因进行详细分析成为可能。1978年利用克隆技术在细菌中产生出人的胰岛素分子。伯格与下面要提到的吉尔伯特、桑格获得1980年的诺贝尔化学奖。而科恩则在1986年获得了诺贝尔生理学或医学奖。

其三，由英国生物化学家桑格（P.Sanger）设计出的测定DNA碱基序列的方法和由美国分子生物学家吉尔伯特（W.Gilbert）与马克萨姆（A.Maxam）创立的用化学方法测定DNA碱基序列的技术都是在1975年问世的，对于人类基因组计划的实施起到了关键性作用。桑格是非常卓越的生化学家。1955年他研究出胰岛素的氨基酸序列，获得了1958年的诺贝尔化学奖。在1980年又与伯格、吉尔伯特获得了诺贝尔化学奖，一生荣获两项诺贝尔化学奖。1981年桑格等完成了人线粒体的基因组测序。1980年代初加州理工学院胡德研究组根据桑格的测序原理设计出测定DNA碱基序列的自动化仪器，既迅速又准确，提高了测序的效能。1998年开发出更加高效的毛细管型DNA自动测序仪，每台每日可解读100万个碱基。

其四，美国分子生物学家穆利斯（K.B.Mullis）在1979年研究出合成寡核苷酸的技术。1988年他和塞基（R.K.Saiki）合作开发出能使DNA片段迅速大量增幅的多聚酶链反应法（Polymerase Chain Reaction，PCR），是一项使分子生物学飞跃发展的技术。从理论上讲，1次PCR可使DNA增幅10万到100万倍。穆利斯因此项发明获得了1993年诺贝尔化学奖。

其五，1980年代后期，酵母人工染色体（yeast artificial chromosome，YAC）载体和细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome，BAC）载体先后确立，前者可使含～2 000千碱基的DNA片段在酵母中增殖；而后者可使碱基数少一些的DNA片段在细菌中增殖。此外，发达的电脑技术也为实施人类基因组计划提供了保证。