生物技術的發(fā)展和應用

生物技術的發(fā)展和應用自2001年初，生物技術產(chǎn)業(yè)便顯現(xiàn)出一片誘人的前景。人類基因組草圖的即將完成，帶動各生物技術的不斷飚升。人們普遍認為這將導致醫(yī)學與藥物研究的繁榮，并會帶來滾滾的財富。隨著基因組測序的完成，許多科學家和投資者開始把目光投向生物技術向個學科的滲透，如今生物技術已經(jīng)在芯片、醫(yī)學等領域都取得豐碩的成果。下面對生物芯片、基因治療及微生物的研究的基本問題作簡單的介紹。（一）生物芯片20世紀90年代初開始實施的人類基因組計劃取得了人們當初意料不到的巨大進展，而由此也誕生了一項類似于計算機芯片技術的新興生物高技術生物芯片。生物芯片主要是指通過微加工和微電子技術在固體芯片表面構建微型生物化學分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對生命機體的組織、細胞、蛋白質、核酸、糖類以及其他生物組分進行準確、快速、大信息量的檢測。目前常見的生物芯片分為三大類：即基因芯片、蛋白芯片、芯片實驗室或稱微流控芯片等。生物芯片主要特點是高通量、微型化和自動化。生物芯片上高度集成的成千上萬密集排列的分子微陣列，能夠在很短時間內分析大量的生物分子，使人們能夠快速準確地獲取樣品中的生物信息，檢測效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百上千倍。使用基因芯片分析人類基因組，可找出癌癥、糖尿病由遺傳基因缺陷引起疾病的致病的遺傳基因。生物醫(yī)學研究人員可以在數(shù)秒鐘內鑒定出導致癌癥的突變基因。借助一小滴測試液，醫(yī)生們能很快檢測病菌對人體的感染。利用基因芯片分析遺傳基因，可以使糖尿病的確診率達到50以上。生物芯片在疾病檢測診斷方面具有獨特的優(yōu)勢，它可以在一張芯片上同時對多個病人進行多種疾病的檢測。僅用極小量的樣品，在極短時間內，向醫(yī)務人員提供大量的疾病診斷信息，這些信息有助于醫(yī)生在短時間內找到正確的治療措施。對腫瘤、糖尿病、傳染性疾病、遺傳病等常見病和多發(fā)病的臨床檢驗及健康人群檢查，具有十分重要的應用價值。（二）基因治療眾里盼她千百度，如今，基因治療已近走出實驗室，進入實踐階段，如：癌癥的基因治療，腫瘤的基因治療屬于一種生物治療手段，是一大類治療策略的總稱。根據(jù)治療機理不同，目前至少可以分為以下幾方面：（1）免疫基因治療：指的是通過基因修飾的瘤苗或抗原呈遞細胞體內回輸，或者免疫基因的直接體內導入，激發(fā)或增強人體的抗腫瘤免疫功能，達到治療腫瘤的目的，它也是一大類治療的總稱。治療基因包括腫瘤相關抗原基因、細胞因子基因或者MHC基因等。（2）抑癌基因治療：抑癌基因的失活是腫瘤發(fā)生過程中重要的分子事件，研究證明，體內導入野生型抑癌基因，替代缺失或異常的抑癌基因表達，可以達到抑制腫瘤細胞增殖的效果。目前研究較為深入的抑癌基因治療主要運用P53、P16、RB基因等，其中又以P53基因應用最廣泛，許多治療方案已進入臨床試驗階段。（3）反義癌基因治療：癌基因是一類細胞增殖調控正信號基因，具有促使細胞增殖，阻止細胞分化的特點，癌基因的激活是腫瘤發(fā)生過程中另一重要的分子事件。通過人工合成的寡核苷酸與癌基因編碼的mRAN互補結合，可以抑制mRNA的轉錄，達到封閉癌基因的目的。目前的治療方案主要采用反義MYC、NEU、Kras基因等。（4）自殺基因治療：自殺基因是一種酶解前體藥物激活基因，其產(chǎn)物具有將無毒或低毒的前體藥物轉變?yōu)榧毎拘运幬锏奶匦?。選擇性將自殺基因導入宿主腫瘤細胞內并表達，同時給予前體藥物，并被酶解為細胞毒藥物，特異性殺傷腫瘤細胞。目前常用的自殺基因治療系統(tǒng)主要有胸苷激酶基因更替洛韋系統(tǒng)和胞嘧啶脫氨酶基因5氟胞嘧啶系統(tǒng)，其中后者的酶解產(chǎn)物為5FU，它分子量小、易擴散、毒性高，本身就是許多惡性腫瘤的一線化療藥物。（5）抗血管生成基因治療：通過基因導入并表達的手段，在體內長期維持一定水平的血管生成抑制因子，抑制腫瘤血管的生成，從而達到抑制腫瘤增殖、復發(fā)和轉移。（6）其它基因治療：例如耐藥基因治療，即將耐藥基因導入骨髓干細胞，表達后盡可能地保護干細胞免受細胞毒藥物的骨髓抑制作用。隨著生物技術的發(fā)展，和基因研究的不斷進步，我們可以大膽的想象，癌癥必將在不久的將來被科學家攻克，不再危害人類。（三）微生物的研究生物技術在微生物方面的研究，已經(jīng)深入到一定程度，并在眾多領域取得了舉世矚目的成就，為社會盈取了巨大的效益，特別是在農林業(yè)尤為引人注目。人們熟悉一句話“朽木不可雕也”。事實上朽木變成廢物主要是某些微生物長期作用的結果。木材主要由木質素所組成，它是由2030木質部組成的植物產(chǎn)品，系芳香核的多聚有機物，特別是它的純品受生物降解非常緩慢。木質素是木材工業(yè)或其加工業(yè)的大量廢棄物之一，每年工業(yè)處理木材產(chǎn)生的廢物形式的木質素就有近35萬噸。其實它是一大類有用的生物資源，通過某些微生物可以得到充分作用。如用它作原料制取醇類產(chǎn)品、潔凈生物能源和菌體蛋白質產(chǎn)品，可飼用或民用。但是，微生物也可使木材腐朽、樹木枯萎，造成巨大經(jīng)濟損失。已經(jīng)確定一些擔子菌類是引發(fā)木材腐朽的禍根，這是真菌侵害、長期作用的結果。這類真菌分為兩組：褐色致病菌和白色致病菌。前者主要破壞纖維素和半纖維素成分，幾乎對木質素不起作用，這些菌有 Coniphora puteana，綠色木霉，它們含有強力的水解酶，分解木材多糖，脫甲基作用，酶系還破壞芳香環(huán)；后者首先對木質素起作用，幾乎不使纖維素多糖受損害，這些菌有黃白臥孔菌、變色多孔菌、粗皮側耳。它們破壞木質素形成白色物質，是個氧化過程，脫去甲基，形成二酚，被二加氧酶分解了。除上兩組真菌外，也發(fā)現(xiàn)既分解木質素，又分解纖維素的真菌，稱之為軟腐真菌組，也可叫第三組，如球毛殼，隨著研究的深入，除分解木質素的這些白腐擔子真菌之外，在真菌中還有子囊菌的代表如青霉和曲霉以及不完全真菌如鐮孢、鏈格孢等均具有同樣的降解功能。在放線菌中有鏈霉菌和熱單胞菌，細菌中有無色桿菌、農桿菌、不動桿菌、好氧單胞菌、諾卡氏菌、假單胞菌、黃單胞菌和微球菌等的參與。它們分解木質素能力是微弱的，但其群體的作用也不可小視。從上可以看出，分解木質素的微生物中真菌是個強大的生物因子，它可以使木材腐朽化、樹木枯朽等，危害極大。如何防治它們的破壞性呢？就生物防治途徑而言，值得深入研究。（一）對付真菌可探究溶真菌細菌以及其它真菌的寄生物或其它拮抗體；（二）對付細菌則可尋找細菌的寄生物，最主要的是噬菌體和蛭孤菌的選育及其利用。（三）木材的防腐朽，微生物方法值得注意。研究人員發(fā)現(xiàn)一種微生物對木材及其制品具有防腐作用，只要將菌液涂刷在木材或木制品上就管用，菌液浸入木質纖維中使其固化，對那些破壞木質纖維的有害菌類的入侵帶來困難，因此，幾經(jīng)菌液處理過的木材在高溫、潮濕和水中浸泡的環(huán)境中以及將它埋藏于地下60年以上均不會腐朽，這種微生物改性木材很有開發(fā)前景?？傊⑸锞衅潆p重性，可用其益，去其害。如今生物技術完美的完成了兩