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1、基因工程漫谈 基因工程（英语：Genetic engineering，又称为遗传工程）是利用DNA重组技术，将目的基因与载体DNA在体外进行重组，然后把这种重组DNA分子引入受体细胞，并使之增殖和表达的技术。遗传工程与传统培育方式不同之处，在于物种在传统培育方式中透过间接的形式变更，而遗传工程是直接变更其基因。遗传工程透过分子选殖和转化来直接改变基因的构造与特性。由于基因工程可以打破不同生物物种之间的界限,可以把来自任何一种生物的 基因转移到另一种寄主生物中去进行表达,这样,人们就有可能按照自己的主观愿望,去定向改造某种生物的某一性状,创造出新的生物类型。此外,通过基因工程还可以实现DNA小片
2、断的大量护增,从而为分子生物学研究创造必要的条件。基因工程原理 基因工程的基本原理是在体外将不同来源的 DNA 进行剪切和重组,形成镶嵌 DNA分子,然后将之导入宿主细胞,使其扩增表达,从而使宿主细胞获得新的遗传特性,形成新的基因产物。它有3个基本的步骤:从合适材料分离或制备日的基因或DNA片段。目的基因或DNA片段与载体连接作成重组DNA分子。重组 DNA 分于引入宿主细胞,在其中扩增和表达。不问种类生物的生物学特性不同,其基因工程在操作上和具体技术上必然有所差异,但技术核心都是DNA的重组,即利用一系列的 DNA 限制性内切酶、连接酶等分子手术工具,在某种生物 DNA 链上切下某个目标基因
3、或特殊的DNA片段,然后根据设计要求,将其接合到受体生物DNA链上。下面简要介绍基因工程的技术程序:1、外源目标基因的分离、克隆及功能结构分析 获得合乎人类某种需要的目标基因是开展一项基因工程的前提和全部工作的核心,基因工程的第一步就是获得目标基因。目前人们已经能够通过多种途径和方法来获取目标基因,比如从构建的基因文库中调取和筛选目标基因,通过化学方法合成已知核甘酸序列的目标基因,以及通过逆转录酶用mRNA为模板合成目标基因等。2、构建能在受体生物细胞中表达的重组目标基因 要使一个外源目标基因能整合到受体细胞的基因组中并能在整合后在受体基因组的调控下有效地转录和翻译,就必须事先对目标基因的功能
4、结构用 DNA 重组技术进行适当的修饰,也就是将目标基因与一种特别的DNA分子重组,这种特别的DNA分子称为基因载体,目前所用的载体户要有以下几类:质粒、噬菌体、柯斯质粒、病毒载体、YAC载体等,各类载体具有独特的生物学特性,可用于不同的目标基因。3、外源重组目标基因的导入 将重组的外源目标基因转入到宿卞细胞中的过程称为基因导入或基因转移。接受外源基因的细胞称为受体细胞。由于受体市物学特征的不同以及基因工程目的不同,外源基因导入的方法也不同,有的是用载体导入,有的是直接用物理的方法导入。向细菌等微生物中导入外源目标基因常用质粒转化和噬菌体转染方法;向植物细胞中导入外源基因常用基因枪注入法和Ti
5、质粒导入法;能由原生质体再生出植株的植物细胞还可以用电穿孔导入法及脂质体融合法;动物的受精卵一般通过人工显微镜注射法导入外源基因;动物的体细胞可用电穿孔法和病毒转染法导入外源基因,但对于生产目的的基因工程常常避免用病毒转染法 。4、转基因细胞或个体的鉴别和筛选 在对宿主的细胞进行了外源目标基因导入处理以后,有些细胞可能并没有外源基因的进入,另有一些细胞可能在外源基因进入后因各种原因而不能使外源基因表达,因此必须对被进行了基因转移处理的细胞或个体进行鉴别,以筛选出导入外源目标基因的转基因细胞或个体。鉴别和筛选转基因生物一般在两个层面上进行:一是检测目标基因是否表达,二是检测目标基因是否整合到了宿
6、主的染色体上和能否稳定传代。表达检测的方法产要有转录产物的印迹杂交法、免疫印迹检测法、免疫组织化学检测试等。整合检测可通过DNA分子杂交来确定。基因工程应用及成果1、抗病毒的基因工程 利用转基因育种技术可以把抗病毒基因导人动植物体,现已成功地培育出抗病毒的烟草、马铃薯、首蓓以及一些蔬菜。此外,人们还利用病毒的卫星RNA、反义RNA、运动蛋白基因及植物自身的抗病毒基因对植物进行转化,也取得了一定的成效美国科学家还最新发现了一种可以抗多种病毒的基因,将这种新基因导人烟草、黄瓜、首蓓和花生等作物后,植株都表现出不同的抗病能力。2、抗虫的基因工程 在世界范围内,虫害造成的损失约占农作物总收获量的13%
7、,每年大约损失数千亿美元,因此生物防治害虫便应运而生目前基因工程主要利用的抗虫基因是苏云金杆菌的己内毒素基因和植物来源的抗虫基因如蛋 白酶抑制基 因、淀粉酶抑制基 因、凝集素基因等。 苏云金杆菌的结晶蛋白基因（Bt基因）应用最广,其杀虫原理在于能合成一种对昆虫有毒的内毒素蛋白，最早获得的转Bt基因植物是烟草和蕃茄（1987）年,随后,Bt毒素基因相继被转化到许多其它农作物中,如棉花、水稻、玉米等。1996年转Bt基因棉花在美国种植6.6X108M2，经中国农科院棉花所引进在华北试种两年,在多点表现突出,在完全不喷杀虫剂的情况下,单产仍高于喷撒2到3次杀虫剂的中国推广棉花,显示了控制棉铃虫的极好
8、前景。目前,我国转基因抗虫棉经过审定的有11个品种,田间试验及室 内喂饲试验表明,转基因抗虫棉的抗虫能力均在80%以上,可减少化学用药量60%一70%。目前还发现 了一种替代Bt毒素基因的抗虫基“胆街醇”，正在引入烟草和蕃茄中进行实验研究。3、抗除草剂的基因工程 资料表明,每年杂草造成的经济损失占农作物总产值的10%一20%左右。尽管除草剂的使用,对大规模机械化耕作,减少劳力开支和提高产量有极为重要的作用,但一般除草剂的选择性较差,即除了杂草以外,还会将作物杀死现在通过基因工程,将能抵抗除草剂的基因转移到植物中,获得了抗除草剂植物如美国的孟山都公司,将除草剂甘磷靶酶的cDNA克隆转人油菜,使其
9、抗性提高了4倍。目前,已获得的抗除草剂作物有大豆、棉花、玉米、水稻等20多种。4、改善植物品质的基因工程 转基因植物育种的另一个主要目标是提高农作物产量和品质。如我国的张秀君利用基因枪将高赖氨酸基因导人玉米,并取得了初步的成果。最近加拿大的学者们通过遗作操作使油菜籽的油产量提高到25%.美国的研究人员把月桂树基因导人油菜,可生产出含月桂酸油约达40%的油菜籽。澳大利亚科学家将豆类蛋白基因转人牧草中,使奶牛吃了这种牧草后所产生的牛奶中含有较多的人体必需氨基酸。已获批准在美、英、日上市的转基因番茄贮存期显著增长,且在采摘与运输方面都具商业优势。5、动物转基因育种 转基因动物研究的应用主要表现在促进
10、动物生长,提高畜产的产量和品质；生产药用蛋白质；动物抗病育种,建立诊断和治疗人类疾病的动物模型；生产用于人体器官移植的动物器官等。自1980年Gordon首获转基因小鼠,1982年Palmiter首获表型发生改变的超级小鼠至今已有20年左右,现已先后培养出转基因猪、羊、牛和鱼等。美国伊诺斯大学的研究人员研究出一种带基因的猪,这种猪生长快,个头大,瘦肉率高,饲料利用率高,为养猪业带来丰厚的经济利益。另一种转基因猪是带有人体基因的猪,这种转基因猪可望能解决人体移植动物器官的异体排斥问题 我国中科院水生生物研究所成功地将人生长激素基因、鱼生长激素基因导人鲤鱼,育成的当代转基因鱼,生长速度比对照快,并
11、从子代测得生长激素基因的表达。随着动物基因工程技术的逐渐成熟和转人体血红蛋 白的基因猪、转人体血清蛋 白的基因山羊等的问世,不仅能生产大量人类所需的血红蛋白、白蛋白等药物,而且为动物育种开辟了一条全新的途径。6、人体活性多肽的生产 目前,通过重组DNA产生的工程菌已大量高效地合成出许多人体中的活性多肤已正式上市的有： 干扰素、白介素、促红细胞生成素、人生长激素、集落刺激因子、胰岛素等基因工程药物为人类战胜各种疑难疾病提供了有力的武器,如干扰素（IFN）能抗肿瘤,治疗乙肝、丙肝、男性不孕症、白血病、神经系统疾病、创伤以及艾滋病等。因此,基因工程药物也必将成为国际医药工业发展的新的增长点。7、疫苗
12、的生产 基因工程疫苗于1993年应运而生.重组DNA技术的发展使得设计新的无毒副作用的疫苗成为可能,并已取得了突破性进展目前,正在开发研制的疫苗种类繁多,细菌方面有霍乱弧菌、百日咳杆菌、麻风杆菌、淋球菌、绿脓杆菌、脑膜炎双球菌、链珠菌、志贺菌属的一些菌种等病毒方面有流感病毒、人免疫缺陷病毒、甲肝病毒、乙肝病毒、带状疤疹病毒和巨细胞病毒等。寄生虫方面有疟原虫、丝虫、血吸虫、利什曼原虫等 另外,对于癌症,也已有科学家在进行其疫苗的研制工作。8、基因治疗 基因治疗是指由于某种基因缺陷引起的遗传病通过转基因技术而得到纠正。基因治疗首先在细胞培养上和动物实验中实现。目前,发达国家用于腺昔脱氨酶（ADA）
13、缺乏症、乙型血友病等单基因缺陷遗传疾病的基因治疗技术,已快速地扩展到恶性肿瘤、糖尿病、心脑血管疾病等多基因相关疾病以及各型肝炎、艾滋病等重要病毒性传染病的研究治疗等方面,使困扰人类的许多疑难病症有望得到治愈。 我国在基因治疗方面也进行了有益的探索,复旦大学等单位对乙型血友病的基 因治疗进行了研究尝试,他们在兔模型的基础上,将人第IX因子基因通过重组质粒或重组反转录病毒导入自体皮肤成纤维细胞,获得了可喜的阶段性进展。生态与进化安全保障 由于转基因生物与其他生物一样具有可遗传、易扩散及自主的特性, 而且人类对生命、生态系统、生物的演化实际是还知之甚少,对不同物种间基因的人工组合,外源基因对受体生物
14、进化的可能影响,转基因生物对生态系统的长期影响等都无法进行评估,因此如果人们不事先采取控制措施,转基因生物一旦进入到自然环境中就可能打破生态平衡,破坏生态环境和自然种质资源。对转基因生物的控制措施有物理的方法和生物的方法:物理的方法就是通过各种严格的管理措施和物理屏障尽量使转基因生物不能从实验室逃逸进入到自然环境里去;生物的方法一般就是造成转基因生物与非转基因生物之间的生殖隔离,如利用三倍体不育的特性将用十生产的转基因动物或植物变成三倍体等。消费安全评价 消费安全评价一般要考虑以下一些主要的方面:导入外源目标基因本身编码的产物是否安全。外源目标基因是否稳定。使用的载体是否安全。使用的报道基因(
15、 就是能产生很容观察的性状的基因)是否会产生有害物质。外源基因导入后是否会诱导受体生物产生新的有害遗传性状或不利于健康的成分。为了保护人类的健康, 许多国家都已通过立法或其他形式对转基因产品进行消费安全评价和严格的管理,对进口转基因食品严格限制。总结 基因工程作为21 世纪的关键技术,必将为解决世界各国面临的重大问题发挥不可替代的作用,乃至使整个人类社会发生变革,进入“心想事成”的时代。 我们在大力发展转基因技术的同时,必须高度重视对转基因动物、植物及微生物品种的生物控制和控制技术的研究。在转基因品种的安全性没有进行全面的评估和没有可靠的生物控制措施之前,应严格禁止其进行生产和进入开放的自然生态系统,只有其生态安全性达到了传统育种方法培育的新品种时,或无生殖能力的转基因动物和植物才能允许进入自然界进行生产,也只有这样才是有益于人类和社会进步的。参考文献1 维基百科2 基因工程原理及进展_张礼勇3 21世纪的关键技术_基因工程_刘淑娟4 基因工程的发展现状和应用前景_孙毅5 基因工程的发展与应用_冷春玲6 基因工程的发展现状与前景展望_池景良7 基因工程及其应用_吴瑞娟8 基因工程原理_纪实
