我T的很难说，我们的经济恰恰有多大作用的生物技术的戏剧，因为它渗入它的许多地区。转基因生物，如微生物和植物现在创建医药，食品，燃料，甚至是面料。近日，罗伯特·卡尔森，生物技术公司Biodesic和投资公司生物经济资本，决定运行数字和结束了一个令人瞠目的估计。他的结论是，在2012年，最后一年都可以很好的数据，从仅在美国生物技术收入均超过324 $十亿。
卡尔森说:“如果我们谈论矿业或几个制造业，生物技术比它们更大。”“我认为人们并不欣赏这一点。”
生物技术的发展之所以如此惊人，不仅在于它的规模，还在于它的年轻。制造业在19世纪的工业革命中首次爆发。但生物技术只有大约40年的历史。它的出现很大程度上要归功于20世纪60年代末，当时在约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)工作的微生物学家汉密尔顿·史密斯(Hamilton Smith)和他的同事们的一项发现，一种名为限制性内切酶的蛋白质可以切割DNA。一旦史密斯向世界展示了限制性内切酶的工作原理，其他科学家就开始利用它们作为改变基因的工具。
“一旦你有能力开始用这些工具操纵世界，”卡尔森说，“世界就会打开。”
限制性内切酶的故事是基础研究如何最终对社会产生巨大影响的典型例子。史密斯刚开始工作时并没有这样的雄心壮志。他只是想做些科学研究。“我玩得很开心，边走边学，”现年85岁的史密斯说。
如果限制性内切酶对未经检查的横冲直撞去，他们可以通过拿刀砍自己的DNA杀死细菌本身。
1968年，史密斯还是约翰·霍普金斯大学的一名新助理教授，他开始好奇细胞是如何将DNA切割成碎片并重新组合成新的排列——这一过程被称为重组。“这是一个普遍现象，”史密斯说。“每个生物都有重组系统。但当时，没人知道它是如何机械地工作的。”
史密斯选择了研究重组在一个叫种细菌流感嗜血杆菌．像许多其他物种一样，流感嗜血杆菌可以吸收外来DNA，要么从环境中吸收松散的片段，要么从微生物捐赠者那里获得它们。通过某种方式，细菌可以将这些片段整合到自己的DNA中。
细菌通过这种方式获得有用的基因，赋予它们新的特性，比如对抗生素的耐药性。但重组也有其黑暗的一面流感嗜血杆菌．入侵的病毒可以劫持在细菌中重组机制。然后，他们插入自己的基因植入它们的宿主的DNA，从而使微生物使病毒的新副本。
为了理解重组，史密斯将病毒引入喂食了放射性磷的细菌中，从而产生了放射性病毒。在细菌内部产生的新病毒最终在它们的DNA中含有放射性磷。然后，史密斯和他的同事可以将这些放射性病毒释放到其他细菌上。科学家们预计，在感染期间，随着病毒将其遗传物质插入宿主的DNA中，细菌的基因将变得具有放射性。
至少他们是这样认为会发生。当史密斯的研究生肯特威尔科克斯感染的细菌与病毒的放射性，放射性从未在细菌的基因组自己结束了。
为了弄清失败的原因，威尔科克斯向史密斯提出，细菌正在破坏病毒DNA。他的建议是基于日内瓦大学微生物学家沃纳·阿伯几年前提出的假设。Arber推测酶可以通过切断病毒的DNA来限制病毒的生长，并将这些假设的分子称为“限制性内切酶”。
阿尔伯认识到，如果限制性内切酶对未经检查的横冲直撞去，他们可以通过拿刀砍自己的DNA杀死细菌本身。他推测细菌从攻击屏蔽自身DNA，并因此避免了自杀，通过覆盖它们的基因与碳和氢原子，一个被称为甲基化过程。限制性内切酶不能攻击甲基化的DNA，阿尔伯提出，但它可以攻击入侵的病毒的DNA不受保护。
即使在今天，研究人员也经常使用限制性内切酶来切开基因。
威尔考克斯，完成了他莫名其妙实验前一周，史密斯指派他的实验室挑衅新的纸张支持阿伯尔的假说。马修梅塞尔森和罗伯特元哈佛大学的报纸报道，他们已经发现了如何在大肠杆菌中的蛋白质切断外源DNA，换句话说，实际的限制性内切酶。在他的脑海纸张新鲜，威尔考克斯建议史密斯，他们刚刚偶然发现了另一种限制性酶嗜血杆菌流感．
史密斯用一个巧妙的实验验证了这个想法。他把病毒的DNA注入试管，DNA来自流感嗜血杆菌到另一个。于每个这些管的，他然后加入来自细菌的蛋白的汤。如果确实是细菌生产的限制性内切酶，在汤中的酶会砍了病毒DNA切成小块。
科学家们距离发明今天用来分析DNA的强大测序仪还有几十年的时间。但史密斯想出了一种简单的方法来研究试管中的DNA。含有大段DNA的溶液比含有小段DNA的溶液更粘稠——实际上更像糖浆。因此，史密斯用一种叫做粘度计的设备在他的两个试管中测量了溶液。正如他所预测的那样，病毒DNA很快就变得不那么粘稠了。某些流感嗜血杆菌可能是蛋白质把病毒DNA切成小块
“所以我马上就知道这一定是一种限制性内切酶，”史密斯说。“这是一个奇妙的结果——五分钟，你知道你有了一个发现。”
这种即时的满足感随之而来的是长达数月的单调乏味，史密斯和他的同事们在细胞提取物中对蛋白质进行分类，直到最后他们发现了一种限制性内切酶。他们还发现了一种甲基化酶，可以保护流感嗜血杆菌通过用碳和氢保护自己的DNA免受破坏。
一旦史密斯和他的同事们发表了他们的限制性内切酶的显着细节，其他科学家开始调查他们。他们不只是学习的酶，虽然，他们开始聘请他们作为工具。1972年，保罗·伯格，在斯坦福大学的生物学家，用限制性内切酶，使在SV40病毒的DNA切块，然后用其他酶的DNA来自另一个病毒附着于这些枝节问题。伯格由此产生的单件DNA来自两个物种制成遗传物质组成。
一群科学家跟随Berg的脚步。他们意识到，他们可以使用限制性内切酶将许多不同物种的基因插入细菌中，然后细菌就可以从这些基因中大量生产蛋白质。实际上，细菌可以转化为生物工厂。
1978年，汉密尔顿·史密斯接到了一个来自斯德哥尔摩的电话。他得知自己与沃纳·阿伯(Werner Arber)和丹尼尔·内森(Daniel nathan)分享了那年的诺贝尔医学奖。内森是另一位约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins university)的科学家，他也用自己的实验跟进了史密斯的酶研究。史密斯既高兴又困惑。
“他们让我措手不及，”史密斯说。“我一直很尊敬诺贝尔奖得主，认为他们都是非常聪明的人，完成了一些惊天动地的事情。我看起来不像是那种人。”
但他的工作的全部影响已经开始变得清晰起来。致力于使用限制性内切酶修饰DNA的公司如雨后春笋般涌现。这项技术的首次商业应用来自于基因泰克公司，这家公司成立于1976年。基因泰克的科学家们用限制性内切酶创造了一种大肠杆菌携带人类胰岛素的基因。此前，糖尿病患者只能购买从牛和猪的胰腺中提取的胰岛素。基因泰克公司出售的胰岛素是由巨大的金属桶中养殖的大量细菌生产的。
多年来，科学家们在史密斯初步成功的基础上，找到了操纵DNA的新工具。然而，即使在今天，研究人员仍经常使用限制性内切酶来切开基因。“它们仍然绝对至关重要，”卡尔森说。“如果你想把一个特定的DNA序列放到另一个序列中，最常用的还是限制性内切酶。”
随着史密斯看到限制性内切酶变得强大而多功能，他慢慢地克服了自己的诺贝尔冒充者综合症。他承认:“拿到它可能没什么问题。”
卡尔·齐默是一个专栏作家纽约时报他写了13本书。他目前正在写一本关于遗传的书。
这个故事是由科学慈善联盟作为“科学到社会”系列的一部分，说明了基础科学研究的重要性。
