基因工程技術(shù)論文

1、基因工程技術(shù)論文1.基因工程的概念：基因工程技術(shù)是一項極為復(fù)雜的高新生物技術(shù), 它利用現(xiàn)代遺傳學與分子生物學的理論和方法 , 按照人類所需, 用 dna 重組技術(shù)對生物基因組的結(jié)構(gòu)和組成進行人為修飾或改造, 從而改變生物的結(jié)構(gòu)和功能, 使之有效表達出人類所需要的蛋白質(zhì)或人類有益的生物性狀?；蚬こ虖恼Q生至今, 僅有 30 年的歷史 , 然而 , 無論是在基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域, 還是在生產(chǎn)實際應(yīng)用方面, 都已取得了驚人的成績。首先 ,基因工程給生命科學自身的研究帶來了深刻的變化。目前科學家已完成了多種細胞器的基因組全序列測定工作。其次, 基因工程具有廣泛的應(yīng)用價值 , 能為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境

2、保護開辟新途徑基因工程 ( 又稱 dna 重組技術(shù)、基因重組技術(shù)) , 是 20 世紀 70 年代初興起的技術(shù)科學, 是用人工的方法將目的基因與載體進行dna 重組 , 將 dna 重組體送入受體細胞, 使它在受體細胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯, 獲得目的基因的表達產(chǎn)物。這種跨越天然物種屏障, 把來自任何生物的基因置于毫無親緣關(guān)系的新的寄主生物細胞之中的能力, 是基因工程技術(shù)區(qū)別于其他技術(shù)的根本特征。2 基因工程研究內(nèi)容(1) 從復(fù)雜的生物有機體基因組中, 經(jīng)過酶切消化或pcr 擴增等步驟 , 分離出帶有目的基因的 dna 片段。(2) 在體外 , 將帶有目的基因的外源dna 片段連接到能夠自我復(fù)制并

3、具有選擇記號的載體分子上 , 形成重組dna 分子。(3)重組 dna 分子轉(zhuǎn)移到適當?shù)氖荏w細胞, 并與之一起增殖。(4) 從大量的細胞繁殖群體中, 篩選出獲得了重組dna 分子的受體細胞克隆。(5) 從這些篩選出來受體細胞克隆, 提取出已經(jīng)得到擴增的目的基因, 供進一步分析研究使用。(6) 將目的基因克隆到表達載體上, 導(dǎo)入寄主細胞, 使之在新的遺傳背景下實現(xiàn)功能表達, 產(chǎn)生出人類所需要的物質(zhì)。3 在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用1）抗除草劑的植物基因工程資料表明 , 每年雜草造成的經(jīng)濟損失占農(nóng)作物總產(chǎn)值的10%-20%左右盡管除草劑的使用, 對大規(guī)模機械化耕作, 減少勞力開支和提高量有極為重要的作用, 但一

4、般除草劑的選擇性較差 , 即除了殺草以外, 還會將作物殺死?，F(xiàn)在利用生物技術(shù), 將能抵抗除草劑的基因轉(zhuǎn)移到植物中, 獲得抗除草劑的植物, 如美國的孟山都公司將除草劑草甘磷的靶酶( epsps) 的 cdna 克隆轉(zhuǎn)入油菜, 目前 , 已獲得的抗除草劑作物有大豆、棉花、玉米、水稻和甜菜等20 多種。2） 抗蟲的植物基因工程生物防治害蟲的工作已經(jīng)開展多年, 主要是利用蘇云金桿菌中的毒蛋白( 結(jié)晶蛋白 ) 對害蟲有毒害作用, 使用這些桿菌來控制害蟲?，F(xiàn)在 , 人們可以通過克隆這些毒蛋白的基因(bt 基因 ) 并把這些基因轉(zhuǎn)移到植物細胞中, 從而獲得能抗蟲的轉(zhuǎn)基因植物。目前, bt 基因已被轉(zhuǎn)入煙草、

5、番茄、馬鈴薯、水稻、玉米及棉花等多種植物中。1996 年轉(zhuǎn)bt 基因棉花在美國種植 66 萬 hm2 經(jīng)中國農(nóng)科院棉花所引進在華北試種兩年, 在多點表現(xiàn)突出, 在完全不噴殺蟲劑的情況下, 單產(chǎn)仍然高于噴撒2- 3 次殺蟲劑的中國推廣棉花, 顯示出了控制棉鈴蟲的極好前景。3） 動物轉(zhuǎn)基因育種動物基因工程研究主要集中在改良家畜、家禽的經(jīng)濟性狀和通過轉(zhuǎn)基因動物進行藥物或蛋白質(zhì)的生產(chǎn)等方面, 目前已取得了顯著的成就, 先后培育出轉(zhuǎn)基因豬、羊、牛和魚等, 另一種轉(zhuǎn)基因豬是帶有人體基因的豬, 這種轉(zhuǎn)基因豬客望能解決人體移植動物器官的遺體排斥問題。 隨著動物基因工程技術(shù)的逐漸成熟和轉(zhuǎn)人體血紅蛋白的基因豬、轉(zhuǎn)

6、人體血清蛋白的基因山羊等的問世, 不僅能生產(chǎn)出大量人類所需的血紅蛋白、白蛋白等藥物而且為動物育種開辟了一條全新的途徑。4 在醫(yī)學上的應(yīng)用1）基因工程藥物利用基因工程技術(shù)開發(fā)新型治療藥物是當前最活躍和發(fā)展最快的領(lǐng)域。自 1982 年世界第一個基因工程藥物- - - 重組胰島素投放市場以來, 基因工程藥物就成為制藥行業(yè)的一支奇兵 , 每年平均有3- 4 個新藥或疫苗問世, 開發(fā)成功的約50 個藥品 , 諸如人胰島素、忍尿激酶、人生長激素、干擾素、激活劑、乙肝疫苗等廣泛應(yīng)用于治療癌癥、肝炎、發(fā)育不良、糖尿病和一些遺傳病上, 在很多領(lǐng)域特別是疑難病癥上, 起到了傳統(tǒng)化學藥物難以達到的作用。為治愈癌癥正

7、在研制的用單克隆抗體制成的“生物導(dǎo)彈” , 就是按照人類的設(shè)計, 把“生物導(dǎo)彈”發(fā)射出去 , 精確的命中癌細胞, 并炸死癌細胞, 而不傷害健康的細胞, 比如專門用于腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥钡?。可? 生物工程藥物將成為21 世紀藥業(yè)的支柱。而脫氧核糖核酸或者基因疫苗的問世, 變革了機體的免疫方式。如今, 人們翹首關(guān)注困擾人類的艾滋病病毒疫苗的早日問世。盡管目前誘變育種技術(shù)仍是改良微生物工業(yè)生產(chǎn)菌種的主要手段,但是基因工程技術(shù)在改良工業(yè)生產(chǎn)菌種方面已有成功的報道。最常見的是將控制藥物合成關(guān)鍵步驟的酶基因克隆,通過適當?shù)妮d體轉(zhuǎn)移到原生產(chǎn)菌中,以使控制限速步驟的酶水平,從而提高產(chǎn)量。 malmberg

8、 等7 構(gòu)建了一種帶有編碼賴氨酸-氨基轉(zhuǎn)移酶基因( lysine-aminotranster-ase,lat) 這種控制 streptomyces clavuligerus 生物合成頭霉素c 的限速步驟的關(guān)鍵酶的基因(lat)的高拷貝質(zhì)粒,并轉(zhuǎn)入這種頭霉素產(chǎn)生菌,使 lat 提高活力提高了4 倍,在 2 l 發(fā)酵罐中產(chǎn)生頭霉素的能力是原來的2 倍 ,重組菌胞外lat 產(chǎn)物 -氨基己二酸的積累量也比原受體菌高。伊維菌素( ivermectins) 是一個市場很大的抗蟲抗生素 ,其前體阿弗米丁(avermectins)的產(chǎn)生菌種的發(fā)酵液中有8個以上的組分 ,其中只有 b1a組分才是制備伊維菌素的原

9、料。ikeda 等8經(jīng)過近十年的努力,已將阿弗米丁的生物合成基因簇全部搞清 ,并經(jīng)過誘變與dna 重組 ,獲得了僅產(chǎn)阿弗米丁b2a 單一組分和b1a、 b2a 組份的重組工程菌 ,這不僅大大提高了阿弗米丁有效組分的發(fā)酵效價,且給提取、精制、半合成等后處理工序帶來了很大的便利?？梢灶A(yù)見,隨著對各種工業(yè)生產(chǎn)的微生物藥物生物合成途徑的深入了解以及基因重組技術(shù)的不斷進展,應(yīng)用基因工程方法定向構(gòu)建高產(chǎn)菌株的成功實例將越來越多。在抗生素發(fā)酵過程中供氧往往是一個限制因素,充足的氧氣供給是藥物工業(yè)發(fā)酵穩(wěn)定和提高產(chǎn)量,降低成本的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的解決方法如增加通氣量等對設(shè)備要求高,能量消耗大。20 世 70 年代末在

10、專性好氧菌透明顫(vitreoscilla) 中發(fā)現(xiàn)了血紅蛋白(vhb), 它能促進氧氣擴散到細胞末端氧化酶上。于是人們想到了將其基因vgb 克隆到其它微生物中,以促進微生物在低氧條件下生長。1988 年 khosla 等9從 vitreoscilla 中分離出vgb 基因并將之轉(zhuǎn)入大腸桿菌(e?coli), 提高了大腸桿菌在溶氧量低于5%時對氧的利用率。 目前已用克隆表達vhb 的方法提高了放線紫紅素、 頭孢霉素c、紅霉素等產(chǎn)生菌及青霉素?；富蚬こ叹漠a(chǎn)量。血紅蛋白基因工程的研究和應(yīng)用,必將對抗生素工業(yè)和其它重組藥物發(fā)酵工業(yè)的節(jié)能等帶來美好的前景。作為半合成頭孢菌素類抗生素重要原料的7-

11、氨基頭孢烷酸（7-aca), 目前國內(nèi)外仍以化學裂解頭孢菌素 c 的工藝路線為主。 國內(nèi)外已報道可用經(jīng)由gl-7-aca的二步法 (化學 /酶法或二步酶法 )來生產(chǎn)7-aca, 與化學裂解法相比不僅收率提高,且能大大減少環(huán)境污染,簡化生產(chǎn)工藝。但二步法中關(guān)鍵的gl-7-aca?；冈诩賳伟斜磉_量低而且分離純化困難,限制了這種方法的應(yīng)用。通過將gl-7-aca酰化酶基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌中表達恰好可以解決這一問題11。 最近又報道可將編碼2 個酶的基因直接轉(zhuǎn)入頭孢菌素c 的生產(chǎn)菌種中 ,使其在發(fā)酵時直接產(chǎn)生7-aca 。調(diào)節(jié)基因在藥物的生物合成中也起著重要作用,增加調(diào)節(jié)基因的基因量能夠大幅提高藥物

12、產(chǎn)量。hopwood 等將放線紫紅素生物合成的一個調(diào)節(jié)基因act導(dǎo)入原產(chǎn)生菌 ,盡管基因的拷貝數(shù)僅增加了2 倍,放線紫紅素的產(chǎn)量卻增加了3040 倍。某些抗生素生產(chǎn)菌的產(chǎn)量不高,是由于其自身對該抗生素的抗性不高。因此 ,利用高拷貝質(zhì)粒的基因量效應(yīng),增加菌種對自身產(chǎn)生的抗生素的抗性,可能增加抗生素的產(chǎn)量。例如 ,將氨基糖苷 -6-乙酰轉(zhuǎn)移酶基因?qū)肟敲顾睾托旅顾禺a(chǎn)生菌,由于提高了對氨糖類抗生素的抗性,產(chǎn)量提高了26 倍2） 基因治療基因治療是指由于某種基因缺陷引起的遺傳病通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)而得到糾正。臨床實踐已經(jīng)表明 : 基因治病已經(jīng)變革了整個醫(yī)學的預(yù)防和治療領(lǐng)域。比如白癡病, 用健康的基因更換或

13、者矯正患者的有缺損的基因, 就有可能根治這種疾病。現(xiàn)在已知的人類遺傳病約有4000種, 包括單基因缺陷和多基因的綜合癥。運用基因工程技術(shù)或基因打靶的手段, 將病毒的基因殺滅 , 插入矯正基因, 得以治療、校正和預(yù)防遺傳疾病的目的。目前, 基因治療已擴大到腫瘤、心血管系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的治療。人類也已成功實現(xiàn)了腎、心、肝、胰、肺等器官的移植 , 也有雙器官和多器官的聯(lián)合移植?；蛑委熡袃煞N途徑: 一是體細胞的基因治療, 一是生殖細胞的基因治療。由于生殖細胞的基因治療操作技術(shù)異常復(fù)雜, 又涉及倫理緩行之理充足, 故尚無人涉足。5 基因工程的未來發(fā)展前景基因工程是20 世紀生命科學中最偉大的成

14、績, 開辟了生命科學的新紀元。經(jīng)過幾十年的發(fā)展 , 基因工程技術(shù)已成為一個巨大的朝陽產(chǎn)業(yè), 它可以超越動物、植物、微生物之間的界限 , 創(chuàng)造出新的生物類型。基因工程不僅在醫(yī)學上應(yīng)用廣泛, 而且也廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、冶金、環(huán)保、資源、能源、畜牧漁業(yè)等領(lǐng)域, 為人類的豐衣足食和健康長壽提供了持續(xù)的實用價值很高的產(chǎn)品, 發(fā)展前景極為廣闊。由于基因工程運用dna 分子重組技術(shù)，能夠按照人們預(yù)先的設(shè)計創(chuàng)造出許多新的遺傳結(jié)合體，具有新奇遺傳性狀的新型產(chǎn)物，增強了人們改造動植物的主觀能動性、預(yù)見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動作用，對人口素質(zhì)、 環(huán)境保護等做出巨大貢獻。 所以各國政府及一些大公司都十分重視基因工程技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)用，搶奪者以高科技制高點。 其應(yīng)用前景十分廣闊。我國基因工程技術(shù)上落后于發(fā)達國家，更應(yīng)當加速發(fā)展，且不可錯失良機。但是，任何科學技術(shù)都是一把雙刃劍，在給人類到來利益的同時，也給人類帶來一定的災(zāi)難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術(shù)如果不加限制，任其自由發(fā)展， 最終有可能導(dǎo)致人類的毀滅。還有盡管目前的轉(zhuǎn)基因動植物還未發(fā)現(xiàn)對人類有什么危害，但不等于說轉(zhuǎn)基因動植物就是十分