在基础医学研究中越来越多的涉及到人体组织的细胞，大家都知道先天愚型、血友病、白化病等是遗传疾病，是细胞染色体的基因变异（结构或调控异常）传递给后代的疾病。实际上几乎人类所有疾病或健康状态都与基因有直接或间接的关系。除了外伤、极度营养缺乏等伤病外，每种疾病都有其相应的致病基因或易感基因存在，疾病发生过程则是相关基因与内外环境相互作用的结果，其中遗传因素是内因，环境因素是外因。外源生物侵染导致的传染病，是否发病以及病情轻重，也要看个体的免疫能力情况，而后者又与基因有关。
医学上证明癌症的发生也是由于基因受到了损害所造成，而病毒、化学物质、辐射等刺激，都很有可能使基因发生无法预料的改变，如图5-12所示。当具有致癌基因的细胞转变为癌细胞后，将无节制、无规律地疯长，人体生理机能就会受到严重的伤害。同样，高血压、糖尿病、精神发育障碍、消化性溃疡等，这类疾病也与基因相关，都有一定的遗传因素，家族中的发病率高于人群发病率，但其发病又常以一定的环境条件为诱因。根据临床统计，25%的生理缺陷、30%的儿童疾病和60%的成年人疾病都是由遗传病引起的，而人类遗传病据报道有5000种。
图5-12 易感基因受紫外线刺激转变为致癌基因
从本质上认识疾病发生、发展的原因并制订合理的防治措施，就必须认识这些疾病的致病或相关基因。如果能够切除、移植某些染色体，就可以除掉遗传病变；但给微小染色体做手术，需要微小的手术工具。激光剪和激光镊就可以用来进行这样的手术。
生物进化、生命过程一直是生物学中最感兴趣的问题，分子生物学是在分子水平上研究生命现象的物质基础的科学，已成为现代生物学发展的主流，它主要研究蛋白质和核酸等生物大分子的结构与功能。激光能深入到细胞组织中去观察和操作，无疑对现代生物学提供了一种强大功能的研究手段。
什么是基因？遗传学家认为，基因是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传效应的特定核苷酸（是一种低分子量的生物化合物，是构成大分子核酸的基本组成单位）序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还决定了生物的特征和健康状态。人类基因组含有多达6～10万个基因。
什么是DNA？它是一种核酸，因为它藏在细胞核内，又具有酸性，故称为核酸。核酸中的碳水化合物有两种核糖分子，因此核酸也有两种，一种叫做脱氧核糖核酸，英文缩写就是DNA，它遍布于人体每一个细胞内，是人类遗传信息的化学载体；另一种是核糖核酸，英文缩写是RNA。DNA一般只在细胞核中，而RNA除了在细胞核中外，还分布在细胞质中。
什么是染色体？细胞核内能被染色的丝状体，染色体的主要化学成分是脱氧核糖核酸（DNA）和5种称为组蛋白的蛋白质。人类每个细胞有46条染色体，46条染色体按其大小、形态配成23对。
染色体主要由蛋白质和DNA组成。基因是有遗传效应的DNA片段，一条DNA上有多个基因。由于DNA是染色体的成分，所以，基因也在染色体上。
（一）微小激光染色体手术工具
（1）激光剪。是一种能聚焦得更细的光束的微小激光手术刀，能对细胞切割和剪除。2000年有报道，德国发明了一种高强度钛-蓝宝石激光刀，聚焦光束刻痕宽度仅有0.001 1% cm，可用于细胞核修补和活细胞分离手术。
图5-13 微细激光束改变染色体重组基因
（2）激光镊。也是一种微细激光束。激光光束是一种强度按高斯分布的中心光强最大，具有空间变化的光场。变化的光场将对微粒产生一种梯度压力，驱使其移向光束中心，并使其稳定在那里。这样，激光束就似镊子将粒子牢牢地钳住，并令其随光束人为地移动。激光镊通常采用近红外激光光源。用激光镊子可以挟住分子或细胞，以保证进行微细手术操作。用激光镊把微生物体或单个活细胞挟住了，就可以用激光剪对它们实行切割、打孔、移植等等，实现细胞的微细加工，如图5-13所示。这在以细胞工程和基因工程为中心的生物工程技术中，是非常有用的。
（二）激光改变染色体重组基因
（1）改良和培育新物种。用激光镊把单个活细胞挟住，用激光剪在细胞膜上打孔向细胞内插入DNA片段，使细胞引入新的基因。植物的细胞壁非常坚硬难以穿透，激光打孔工艺特别适用于植物的遗传工程处理，瞬间培育出新物种。
（2）检测基因实验效果。在细胞上打一小孔，然后将能够发出绿色荧光的遗传物质DNA片段插入，这样研究人员就可以观察到遗传物质是否作用到了目标细胞，它们有没有受到损伤，它们有没有正常生长和分裂。
（3）基因治疗。用激光束在细胞上打孔将机体缺少或存在缺陷的特殊基因置入DNA片段，修复受损的基因，那么许多遗传疾病就可以得到根本的治疗。目前基因治疗还有很大的难度，也有很多课题需要研究。
（4）DNA疫苗。病毒是由一些小片段的DNA或RNA包裹在蛋白质外壳中而形成的。用微细激光束对病毒体动手术，去除掉病毒对人体有危害的基因，然后将基因治疗用途的基因片段插入病毒剩余的遗传物质中，并将这些病毒与人体细胞混合。这种改造过的病毒做载体，通过它们可以将治疗用的基因带入细胞核。
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