通过显微镜，科学家发现人体内有一种神秘的东西，它们宛如银河系中闪闪浮动的美妙“星体”，释放出神秘的光辉。这些令人心驰神往的“星体”，就是人体干细胞。
　　
　　干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，它具有再生各种组织器官和完整有机体的潜在功能，医学界称之为“万用细胞”。干细胞可分两种类型，一种叫全功能干细胞，可直接培养完整的有机生命；另一种叫多功能干细胞，可直接复制各种脏器和修复组织。目前应用最广泛的是来自于早期胚胎的干细胞，但因为提取这些胚胎干细胞需要牺牲胚胎，所以在伦理学方面引起了全世界范围内的很大争议，甚至有些国家还明令禁止进行人体胚胎干细胞的研究。
　　胚胎干细胞的研究，对临床应用和疾病治疗都有很好的前景。2007年度诺贝尔生理学或医学奖获得者研究成果再次表明，随着胚胎干细胞技术的不断成熟，无论从基础研究角度还是从临床医学应用方面，这项技术带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响。
　　美国科学家马里奥·卡佩奇、奥利弗·史密西斯和英国科学家马丁·埃文斯，这3位科学家因为“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现”而分享1 000万瑞典克朗(约合154万美元)的奖金。他们的发现诞生了一种被称为“基因打靶”的强大技术，甚至使生命科学发生了革命性变化，对21世纪的生物医学研究做出了奠基性贡献。
　　
　　橄榄枝伸向“基因打靶”
　　
　　自古以来，狙击手在战场上的作用一直不可忽视。精准是对狙击手的根本要求，而瞄准镜是狙击手的最好帮手。在现代医学领域，如果把科学家比作搜索致病基因的狙击手，那么“基因靶向”技术就是他们的瞄准镜。
　　“基因打靶”又称为“基因敲除”，一般需要分两步来完成。第一步是用化学“剪刀”如某种酶，从哺乳动物的染色体中切除具有某种功能的基因；第二步是用修改过的基因取代原有基因，而新基因中的缺陷会引发有待研究的疾病。在这一过程中，最大的挑战就是如何制造出这样一段DNA，并在染色体中找到相应的位置，然后把它恰当地嵌入其中。长期以来科学界普遍认为，这项工作在哺乳动物的细胞中是不可能完成的，因为DNA会随意地将自己嵌入染色体中。但3位诺贝尔奖得主找到了解决办法。
　　20世纪80年代，英国科学家埃文斯成功地分离出了老鼠的胚胎干细胞。从理论上说，通过操纵这种万能细胞，就可以制造出任何一种变异基因。与此同时，他们用一种叫做“同源重组”的技术，找到了实现“基因靶向”的方法。“同源”意味着嵌入的DNA序列与老鼠染色体中的目标基因有着相同的片断。“重组”是指嵌入的DNA序列与目标基因的断开与重新连接。
　　英国科学家埃文斯为发明所谓的“基因敲除实验鼠”方法奠定了基础。他在研究中发现，发育了几天的胚胎由后来被称为胚胎干细胞的万能细胞构成。每个这样的细胞都能发育成动物的全部细胞和组织（详见本刊第5期《2007，生命活动新纪元》）。而美国科学家马里奥·卡佩奇和奥利弗·史密西斯发明了逐个改造特定基因的精确方法。这些研究成果引出了“敲除基因”以发现这些基因实际功能的技术。2001年，埃文斯、卡佩奇和史密西斯3人获得了艾伯特·拉斯克基础医学研究奖，这一奖项被视为美国版的诺贝尔奖，因为许多获奖者后来成为了诺贝尔奖得主。果然，2007年度诺贝尔奖的橄榄枝就伸向了他们。
　　尽管“基因靶向”技术刚刚诞生20余年，全世界的科学家已经利用该技术先后对老鼠的上万个基因进行了精确“敲除”，这大致相当于老鼠的染色体所含基因总数的1/2。有了“基因靶向”这一强大的武器，人们就可以瞄准某一特定基因，使其失去活性。根据导致人类疾病的各种基因缺陷，科学家培育了超过500种存在不同基因变异的老鼠，这些变异老鼠对应的人类疾病包括心血管疾病、神经病变、糖尿病和癌症等。打个比方来说，使用“基因靶向”这具高精度瞄准镜，科学家们就能够精确瞄准任何一个基因，并对它进行深入研究。从长远看，“基因靶向”技术对人类在理解基因功能方面将带来持续而深远的影响，并且不断造福人类。
　　
　　拯救生命的“敲除”
　　
　　众所周知，人体内有3万多个基因，各种动植物也有不同的基因。搞清楚各种基因到底分别起到什么作用，对于揭开各种疾病的致病之谜具有着关键性的意义。如同一台机器一旦丢失了某个零件，发生了某种故障，人们才体会到这个零件是不可缺少的。同样，人们只有通过当某个基因缺少的时候，会出现什么样的现象(比如疾病或者生长发育异常)，来判断这个基因的功能。实验原理其实很简单，研究人员将被敲除掉了某一基因的胚胎干细胞注入生物的胚胎中。胚胎发育成生物体之后，与其他的同类进行繁殖，就产生了新的个体。这个有基因缺陷的生物被培育出来后，观察它在缺少这个基因之后会发生什么疾病，人们就可以知道这个基因到底是发挥什么作用的。
　　在此过程中，有两个节点十分关键：一是怎样把被敲除掉了某个基因的干细胞培育出来；二是如何把具有这种基因缺陷的干细胞培养为新的生命有机体。虽然相互也交换信息，但卡佩奇等3位科学家基本上是独立工作，分头攻克了这两道难关。埃文斯成功解决了干细胞在体外条件下进行分化、维持生长、生殖特性的技术问题，对胚胎干细胞进行了培育。卡佩奇和史密西斯则使用这些干细胞进行了基因打靶，成功敲除掉其中的某些基因，并使得具有基因缺陷的新个体能够发育生长出来。两项技术相组合，就形成了基因打靶技术。
　　基因打靶技术被创造出来了，可是，如果直接拿人体的干细胞来进行这种疾病研究，会牵扯到很多伦理学问题。干细胞往往和生命联系在一起，当我们用人体干细胞作为生命研究工具的时候，造成的代价往往是毁坏了正在发育过程中的生命。这被广大社会人士和科学家认为是不人道的，不能以一个人的生命来换取另一个人的生命。于是，科学家们想到了老鼠。虽然我们认为人类自己是众多进化的顶峰，而实际上，人类和老鼠的基因约有95%是相同的。因此，通过对老鼠基因的研究，就可以推断人类自己基因的功能。培育第一只利用这种敲除基因技术具有基因缺陷的老鼠是在1989年完成的。近20年左右，科学家已经使用这种技术研究了老鼠体内的10 000多个不同的基因，基因打靶帮助人类了解了数以百计的基因在哺乳动物胚胎发展过程中的作用。应用基因打靶技术，敲除掉老鼠胚胎干细胞中的某些基因来研究治疗人类的一些遗传病，比如囊肿性纤维化、地中海贫血病，以及高血压和动脉硬化症一些普通的疾病。同时，基因打靶技术还揭示了基因在哺乳动物身体器官中的作用，为人类身体的一些先天畸形找到了原因。
　　
　　破译细胞分化
　　
　　人们为什么对胚胎干细胞充满了如此大的热情？原因是它们实在太神奇了！胚胎干细胞为解答有关细胞增殖、细胞分化、细胞的常态发育或病态发育等方面的一切问题都提供了一个完美模型。简而言之，它为破解生命本身的奥秘提供了可能，并在疾病的治疗方面蕴藏着无限的应用潜力。不难理解为什么那么多胚胎学家、遗传学家、生化学家以及研究各类器官的专家都不约而同地瞄准了它。
　　如今，我们知道胚胎干细胞具有这样一个令人惊奇的特征：它拥有和机体其他一切细胞一样的基因，只是它并不启动那些能赋予它某一特定组织典型功能的基因。比如胰岛细胞制造胰岛素的基因，或决定心肌细胞有规律跳动的基因。通过观察胚胎干细胞在哪些条件下或在哪些物质环境中会失去其胚胎特征而获得新的功能，就有可能直接破译导致或阻碍细胞分化的那些分子活动。
　　这样一来，生物学关于生命成体细胞的看法就发生了改变，我们对这些细胞的来历与分化有了更深入的了解。尤其重要的是，我们知道了在机体中存在着一些奇特的未完全分化的细胞。诚然，它们不再是胚胎细胞，但它们尚未获得那些承担某种器官功能的成体细胞所具有的特征。它们介乎胚胎状态与成体状态之间，似乎是生命之初留下来的遗迹。这便是所谓的成体干细胞。医学界早在50年前就已经知道了某些成体干细胞的存在。比如骨髓中的造血干细胞：它是红血球、白血球及血小板等几种不同血液细胞的源泉。成体干细胞也存在于骨质(成骨细胞)和肌肉(成肌细胞或肌卫星细胞)之中。而近年来，随着对胚胎干细胞认识的不断深入，特别是通过标记追踪细胞的分化过程，科学家们在所有的机体组织中，包括在大脑中，都发现了成体干细胞。它们的作用是：对它们所属的组织进行再生，以满足机体组织正常更新(如骨髓细胞)或受损时进行修复(如肌肉或骨骼)的需要。
　　随着成体干细胞的奥秘逐渐揭开，另外一些谜团也渐渐被破解。比如：是什么使它们保持休眠的状态，又是什么信号激发它们进行分化。看起来，这与它们直接接触的环境变化有关的设想是正确的。因为对成体干细胞与它们所在壁龛之间关系的研究，已经让我们对某些生命进程有了崭新的认识。