生物工程進(jìn)展論文-

1、姓名:李星磊班級(jí):機(jī)械095學(xué)號(hào):090501527生物工程進(jìn)展論文基因工程基因工程作為一門(mén)理論性與實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科,其方法與技術(shù)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代生命科學(xué)的各個(gè)分支領(lǐng)域,成為生命科學(xué)的一門(mén)核心技術(shù)。基因工程包含許多獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),不僅內(nèi)容豐富,涉及面廣,實(shí)用性也強(qiáng)?；蚬こ淌峭ㄟ^(guò)DNA 重組技術(shù), 獲得具有特殊生物遺傳性狀和功能的遺傳工具生物體, 基因工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、食品工業(yè)等。本文就基因工程的應(yīng)用現(xiàn)狀綜合闡述?；蚬こ碳夹g(shù)是一項(xiàng)極為復(fù)雜的高新生物技術(shù), 它利用現(xiàn)代遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的理論和方法, 按照人類所需, 用DNA 重組技術(shù)對(duì)生物基因組的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行人為修飾或改造,

2、 從而改變生物的結(jié)構(gòu)和功能, 使之有效表達(dá)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(wú)論是在基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域, 還是在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用方面, 都已取得了驚人的成績(jī)。首先,基因工程給生命科學(xué)自身的研究帶來(lái)了深刻的變化。目前科學(xué)家已完成了多種細(xì)胞器的基因組全序列測(cè)定工作。其次, 基因工程具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值, 能為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)開(kāi)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(jì)70 年代初興起的技術(shù)科學(xué), 是用人工的方法將目的基因與載體進(jìn)行DNA重組, 將DNA 重組體送入受體細(xì)胞, 使它在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄

3、、翻譯, 獲得目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。這種跨越天然物種屏障, 把來(lái)自任何生物的基因置于毫無(wú)親緣關(guān)系的新的寄主生物細(xì)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?；蚬こ萄芯?jī)?nèi)容為:(1 從復(fù)雜的生物有機(jī)體基因組中, 經(jīng)過(guò)酶切消化或PCR 擴(kuò)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)制并具有選擇記號(hào)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(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞, 并與之一起增殖。(4 從大量的細(xì)胞繁殖群體中, 篩選出獲得了重組DNA 分子的受體細(xì)胞克隆。(5 從這些篩選出來(lái)受體細(xì)胞克隆, 提取出已經(jīng)得到擴(kuò)增的

4、目的基因, 供進(jìn)一步分析研究使用。(6 將目的基因克隆到表達(dá)載體上, 導(dǎo)入寄主細(xì)胞, 使之在新的遺傳背景下實(shí)現(xiàn)功能表達(dá), 產(chǎn)生出人類所需要的物質(zhì)?；蚬こ桃延袕V泛應(yīng)用,例如:在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用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(jì)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(duì)大規(guī)模機(jī)械化耕作, 減少勞力開(kāi)支和提高量有極為重要的作用, 但一般除草劑的選擇性較差, 即除了殺草以外, 還會(huì)將作物殺死。現(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(guó)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

5、除草劑作物有大豆、棉花、玉米、水稻和甜菜等20 多種?？瓜x(chóng)的植物基因工程生物防治害蟲(chóng)的工作已經(jīng)開(kāi)展多年, 主要是利用蘇云金桿菌中的毒蛋白( 結(jié)晶蛋白 對(duì)害蟲(chóng)有毒害作用, 使用這些桿菌來(lái)控制害蟲(chóng)?，F(xiàn)在, 人們可以通過(guò)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(xì)胞中, 從而獲得能抗蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因植物。目前, Bt 基因已被轉(zhuǎn)入煙草、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(guó)種植66 萬(wàn)hm2 經(jīng)中國(guó)農(nóng)科院棉花所引進(jìn)在華北試種兩年, 在多點(diǎn)表現(xiàn)突出, 在完全不噴殺蟲(chóng)劑的情況下, 單產(chǎn)仍然高于噴撒2- 3 次殺蟲(chóng)劑的中國(guó)推廣棉花, 顯示出了控制棉鈴蟲(chóng)的極好

6、前景。動(dòng)物轉(zhuǎn)基因育種動(dòng)物基因工程研究主要集中在改良家畜、家禽的經(jīng)濟(jì)性狀和通過(guò)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)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(yú)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(dòng)物器官的遺體排斥問(wèn)題。隨著動(dòng)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)人體血清蛋白的基因山羊等的問(wèn)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(dòng)物育種開(kāi)辟了一條全新的途徑。在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用基因工程藥物利用基因工程技術(shù)開(kāi)發(fā)新型治療藥物是當(dāng)前最活躍和發(fā)展最快的領(lǐng)域。自1982 年世界第一個(gè)基因工程藥物- - - 重組胰島素投放市場(chǎng)

7、以來(lái), 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(gè)新藥或疫苗問(wèn)世, 開(kāi)發(fā)成功的約50 個(gè)藥品, 諸如人胰島素、忍尿激酶、人生長(zhǎng)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(xué)藥物難以達(dá)到的作用。為治愈癌癥正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(jì), 把“生物導(dǎo)彈”發(fā)射出去, 精確的命中癌細(xì)胞, 并炸死癌細(xì)胞, 而不傷害健康的細(xì)胞, 比如專門(mén)用于腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥钡取？梢?jiàn), 生物工程藥物將成為21世紀(jì)藥業(yè)的支柱。而脫氧核糖核酸或者基因疫苗的問(wèn)世, 變革了機(jī)體的免疫方

8、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(wèn)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(bào)道。最常見(jiàn)的是將控制藥物合成關(guān)鍵步驟的酶基因克隆,通過(guò)適當(dāng)?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等構(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

9、頭霉素的能力是原來(lái)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(gè)市場(chǎng)很大的抗蟲(chóng)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(gè)以上的組分,其中只有B1a組分才是制備伊維菌素的原料。Ikeda等經(jīng)過(guò)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(guò)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(jià),且給提取、精制、半合成等后處理工序帶來(lái)了很大的便利?？梢灶A(yù)見(jiàn),隨著對(duì)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

10、進(jìn)展,應(yīng)用基因工程方法定向構(gòu)建高產(chǎn)菌株的成功實(shí)例將越來(lái)越多。在抗生素發(fā)酵過(guò)程中供氧往往是一個(gè)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(duì)設(shè)備要求高,能量消耗大。20世70年代末在專性好氧菌透明顫(Vitreoscilla中發(fā)現(xiàn)了血紅蛋白(VHb,它能促進(jìn)氧氣擴(kuò)散到細(xì)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(jìn)微生物在低氧條件下生長(zhǎng)。1988年Khosla等從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(shí)對(duì)氧的利用率。目前已用克隆表達(dá)VHb的方

11、法提高了放線紫紅素、頭孢霉素C、紅霉素等產(chǎn)生菌及青霉素酰化酶基因工程菌的產(chǎn)量。血紅蛋白基因工程的研究和應(yīng)用,必將對(duì)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(lái)美好的前景。作為半合成頭孢菌素類抗生素重要原料的7-氨基頭孢烷酸(7-ACA,目前國(guó)內(nèi)外仍以化學(xué)裂解頭孢菌素C的工藝路線為主。國(guó)內(nèi)外已報(bào)道可用經(jīng)由GL-7-ACA的二步法(化學(xué)/酶法或二步酶法來(lái)生產(chǎn)7-ACA,與化學(xué)裂解法相比不僅收率提高,且能大大減少環(huán)境污染,簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。但二步法中關(guān)鍵的GL-7-ACA?；冈诩賳伟斜磉_(dá)量低而且分離純化困難,限制了這種方法的應(yīng)用。通過(guò)將GL-7-ACA酰化酶基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌中表達(dá)恰好可以解決這一問(wèn)

12、題。最近又報(bào)道可將編碼2個(gè)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(shí)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產(chǎn)量。 Hopwood等將放線紫紅素生物合成的一個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)氨糖類抗生素的抗性,產(chǎn)量提高了26倍基因治療是指由于

13、某種基因缺陷引起的遺傳病通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)而得到糾正。臨床實(shí)踐已經(jīng)表明: 基因治病已經(jīng)變革了整個(gè)醫(yī)學(xué)的預(yù)防和治療領(lǐng)域。比如白癡病, 用健康的基因更換或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(yùn)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(kuò)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(shí)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。基因治療有兩種途徑: 一是體細(xì)胞的基因治療, 一是生殖細(xì)胞的基因治療。由于生

14、殖細(xì)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(wú)人涉足?；蚬こ淌?0 世紀(jì)生命科學(xué)中最偉大的成績(jī), 開(kāi)辟了生命科學(xué)的新紀(jì)元。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 基因工程技術(shù)已成為一個(gè)巨大的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè), 它可以超越動(dòng)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(xué)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(zhǎng)壽提供了持續(xù)的實(shí)用價(jià)值很高的產(chǎn)品,發(fā)展前景極為廣闊。當(dāng)然基因工程的應(yīng)用還有很多方面,而且還有很廣闊的發(fā)展空間,希望以后有機(jī)會(huì)能接觸跟多關(guān)于這方面的知識(shí)。參考文獻(xiàn):1 陳渝軍, 林晶. 基因工程技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展. 藥品評(píng)價(jià),2005,2( 2 : 144- 145.報(bào).2000(441- 44.4 朱寶泉. 基因工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用及進(jìn)展 J . 中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)6 周黎, 柯傳奎.基因工程藥物研究現(xiàn)狀與對(duì)策 J .生命科學(xué)儀器2004.1: 22.7Malmberg LH, Hu WS, Sherman DH·Journal o