基因工程綜述(共7頁(yè))

1、基因工程(jyn gngchng)綜述 基因工程（geneticengineering）又稱(chēng)基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來(lái)源的基因按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品(chnpn)。基因工程技術(shù)為基因的結(jié)構(gòu)和功能的研究提供了有力的手段。從20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的基因工程技術(shù)，經(jīng)過(guò)30多年來(lái)的進(jìn)步與發(fā)展，已成為生物技術(shù)的核心內(nèi)容。許多科學(xué)家預(yù)言，生物學(xué)將成為21世紀(jì)最重要的學(xué)科，基因工程及相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一?；蚬こ萄芯亢蛻?yīng)

2、用范圍涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、能源、環(huán)保等許多領(lǐng)域。 基因工程是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA大分子提取出來(lái)，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來(lái)，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長(zhǎng)、繁殖的受體細(xì)胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。它克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和障礙。 基因工程自20世紀(jì)70年代興起之后，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展歷程，取得了驚人的成績(jī)(chngj)，特別是近十年來(lái)，基因工程的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)。基因轉(zhuǎn)移、基因擴(kuò)增等技術(shù)的應(yīng)用不僅使生命科學(xué)的研究發(fā)生了前所未有的變化，而且在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)藥衛(wèi)

3、生、農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面也展示出美好的應(yīng)用前景。1.基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生 目前，基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下兩個(gè)方面。在藥品生產(chǎn)中，有些藥品是直接從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的。由于受原料來(lái)源的限制，價(jià)格十分昂貴。用基因工程方法制造的“工程菌”，可以高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等?；蚬こ趟幤肥侵扑幑I(yè)上的重大突破。胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上給病人注射用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰島素。用這種方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)的需要。1979年，科學(xué)

4、家將動(dòng)物體內(nèi)能夠產(chǎn)生胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌內(nèi)表達(dá)獲得成功。這樣，用2000L大腸桿菌培養(yǎng)液就可以提取100g胰島素，相當(dāng)于從2t豬胰腺中提取的量。1982年，美國(guó)一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素開(kāi)始投入市場(chǎng)，其售價(jià)比用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的胰島素的售價(jià)降低了30%50%。 目前，用基因工程方法生產(chǎn)的藥物已經(jīng)有六十余種，除胰島素、干擾素外，還有白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品，以及預(yù)防乙肝、狂犬病、百日咳、霍亂、傷寒、虐疾等疾病的各類(lèi)疫苗。其中一部分藥品已經(jīng)商品化，還有一部分處于臨床試驗(yàn)階段。我國(guó)的第一個(gè)生物工業(yè)園區(qū)上海生物技術(shù)工業(yè)園區(qū)已經(jīng)正式興建。1

5、997年，我國(guó)自己生產(chǎn)的白細(xì)胞介素-2、干擾素、乙肝疫苗、人生長(zhǎng)激素等幾種基因工程藥物也已經(jīng)投產(chǎn)。以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展前景非常廣闊。基因工程藥物主要包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對(duì)預(yù)防人類(lèi)的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內(nèi)的各種傳染病、類(lèi)風(fēng)濕疾病等有 重要作用。在很多領(lǐng)域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統(tǒng)化學(xué)藥物難以達(dá)到的作用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類(lèi)利用基因工程技術(shù)研制成的多功能細(xì)胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發(fā)性硬化癥和類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等多種疾病。目前，應(yīng)用基因工

6、程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段；專(zhuān)門(mén)用于治療腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥币矊⒃诓痪猛瓿裳兄疲捎心康牡貙ふ也⑺滥[瘤，將使癌癥的治愈成為可能。由中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)三國(guó)科學(xué)家及中外(zhngwi)六家研究機(jī)構(gòu)參與研制的專(zhuān)門(mén)用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細(xì)胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細(xì)胞內(nèi)肝炎病毒，修復(fù)、促進(jìn)肝細(xì)胞再生的全過(guò)程。經(jīng)4年臨床試驗(yàn)已在全國(guó)面向肝炎患者。此項(xiàng)基因?qū)W研究成果在國(guó)際治肝領(lǐng)域中，是繼干擾素等藥物之后的一項(xiàng)具有革命性轉(zhuǎn)變的重大醫(yī)學(xué)成果。2.基因工程(jyn gngchng)與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè) 基因工程在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用主要是培育高

7、產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)或具有特殊用途的動(dòng)植物新品種(pnzhng)。近幾年來(lái)，利用基因工程方法培養(yǎng)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)上取得了一系列的突破，尤其是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上推出了一批創(chuàng)新品種，顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，是通過(guò)基因工程技術(shù)獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物。例如，用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。1981年，科學(xué)家將菜豆儲(chǔ)存蛋白的基因轉(zhuǎn)移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植株。如果以此作為技術(shù)基礎(chǔ)，把大豆蛋白的基因轉(zhuǎn)移到水稻、小麥等糧食作物中，就可以提高這些作物的蛋白質(zhì)含量，改善它們的品質(zhì)。其次，是用基因工程的方法培育出具有各種抗逆性

8、的作物新品種。自然界中細(xì)菌的種類(lèi)是非常多的，在細(xì)菌身上幾乎可以找到植物所需要的各種抗性，如抗蟲(chóng)、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等。如果將這些抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。1982年科學(xué)家把細(xì)菌中的抗卡那霉素基因轉(zhuǎn)移到煙草、向日葵和胡蘿卜等作物中，一舉獲得成功。此后短短的幾年中，科學(xué)家又培育出了數(shù)十種具有抗病毒、抗蟲(chóng)、抗除草劑的作物新品種。如抗蟲(chóng)的煙草、番茄、馬鈴薯、玉米、大豆、油菜、棉等作物，抗黃瓜花葉病毒、苜蓿花葉病毒的作物，以及抗除草劑的植物等。1993年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功地將蘇云金芽孢桿菌中的抗蟲(chóng)基因轉(zhuǎn)入棉植株，培育成了抗棉鈴蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。從2

9、0世紀(jì)80年代每個(gè)科學(xué)家獲得第一株轉(zhuǎn)基因植物到現(xiàn)在的十幾年時(shí)間內(nèi)，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展日新月異，大量的轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入了大田試驗(yàn)，有不少轉(zhuǎn)基因作物被批準(zhǔn)進(jìn)入商品化生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的研究主要集中在美國(guó)、加拿大和歐洲的一些發(fā)達(dá)國(guó)家以及南美和亞洲的一些國(guó)家。從1987年到1999年1月，美國(guó)共批準(zhǔn)4779項(xiàng)基因工程作物進(jìn)入大田試驗(yàn)。從基因工程作物大田試驗(yàn)的種類(lèi)來(lái)看，試驗(yàn)次數(shù)最多的是抗除草劑的基因作物，其次是抗病蟲(chóng)害的農(nóng)作物；從作物品種來(lái)看，已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模測(cè)試的農(nóng)作物有玉米、土豆、番茄、大豆、棉花、瓜類(lèi)，水稻、小麥等已進(jìn)入中型規(guī)模的大田試驗(yàn)。至1999年，轉(zhuǎn)基因玉米、番茄、土豆、棉花、大豆等均已批準(zhǔn)進(jìn)入

10、市場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球消費(fèi)的農(nóng)產(chǎn)品中，大豆的60%、棉花的40%、玉米的30%都是經(jīng)過(guò)基因工程改造過(guò)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。農(nóng)作物生物技術(shù)的目的是提高作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)，增強(qiáng)作物抗逆性、抗病蟲(chóng)害的能力?；蚬こ淘谶@些領(lǐng)域已取得了令人矚目的成就。由于植物病毒分子生物學(xué)的發(fā)展，植物抗病基因工程也也已全面展開(kāi)。自從發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因?qū)霟煵葜?，在轉(zhuǎn)基因植株上明顯延遲發(fā)病時(shí)間或減輕病害的癥狀，通過(guò)導(dǎo)入植物病毒外殼蛋白來(lái)提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進(jìn)行了試驗(yàn)。在利用基因工程手段增強(qiáng)植物對(duì)細(xì)菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進(jìn)展。植物對(duì)逆境的抗性一直是植

11、物生物學(xué)家關(guān)心的問(wèn)題。由于植物生理學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家協(xié)同作戰(zhàn)，耐澇、耐鹽堿、耐旱(nai hn)和耐冷的轉(zhuǎn)基因作物新品種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)極地的魚(yú)體內(nèi)有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增長(zhǎng)，從而免受低溫的凍害并正常地生活在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚(yú)基因組中分離出來(lái)，導(dǎo)入植物體可獲得轉(zhuǎn)基因植物。隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注口味、口感、營(yíng)養(yǎng)成分、欣賞價(jià)值等品質(zhì)性狀。實(shí)踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質(zhì)，而且越來(lái)越多的基因工程植物進(jìn)入了商品化生產(chǎn)領(lǐng)域，近幾年利用基因工程改良作物品質(zhì)也取得了不少進(jìn)展，如美國(guó)國(guó)際植物研究所的科學(xué)

12、家們從大豆中獲取蛋白質(zhì)合成基因，成功地導(dǎo)入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質(zhì)含量接近大豆，大大提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，得到了農(nóng)場(chǎng)主及消費(fèi)者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。 基因(jyn)工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用也具有廣闊的前景，科學(xué)家將某些特定基因與病毒DNA構(gòu)成重組DNA，然后通過(guò)感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動(dòng)物受精卵中由這種受精卵發(fā)育成的動(dòng)物可以獲得人們所需要的各種優(yōu)良品質(zhì)，如具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等。3.基因工程(jyn gngchng)與環(huán)境保護(hù) 基因工程的方法可以用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。工業(yè)發(fā)展以及其它人為因素造成的環(huán)境污染已遠(yuǎn)遠(yuǎn)

13、超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關(guān)注的問(wèn)題?；蚬こ碳夹g(shù)可提高微生物凈化環(huán)境的能力。美國(guó)利用DNA重組技術(shù)把降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接，轉(zhuǎn)移到某一菌體中構(gòu)建出可同時(shí)降解4種有機(jī)物的“超級(jí)細(xì)菌”，用之清除石油污染，在數(shù)小時(shí)內(nèi)可將水上浮油中的2/3烴類(lèi)降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢桿菌、且表達(dá)成功。它能釘死蚊蟲(chóng)與害蟲(chóng)，而對(duì)人畜無(wú)害，不污染環(huán)境?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出的基因工程菌有凈化農(nóng)藥的DDT的細(xì)菌、降解水中的染料、環(huán)境中有機(jī)氯苯類(lèi)和氯酚類(lèi)、多氯聯(lián)苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸藥的工程菌及用于吸附無(wú)機(jī)有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及

14、植物等。90年代后期問(wèn)世的DNA改組技術(shù)可以創(chuàng)新基因，并賦予(fy)表達(dá)產(chǎn)物以新的功能，創(chuàng)造出全新的微生物，如可將降解某一污染物的不同細(xì)菌的基因通過(guò)PCR技術(shù)全部克隆出來(lái)，再利用基因重組技術(shù)在體外加工重組，最后導(dǎo)入合適的載體，就有可能產(chǎn)生一種或幾種具有非凡降解能力的超級(jí)菌株，從而大大地提高降解效率。據(jù)報(bào)道，用DNA探針可以檢測(cè)飲用水中病毒的含量。具體的方法是使用一個(gè)特定的DNA片段制成探針，與被檢測(cè)的病毒DNA雜交，從而把病毒檢測(cè)出來(lái)。此方法的特點(diǎn)是快速、靈敏。用傳統(tǒng)方法進(jìn)行檢測(cè)，一次需要耗費(fèi)幾天或幾個(gè)星期的時(shí)間，精確度也不高。用DNA探針只需要花費(fèi)一天的時(shí)間，并且能夠大幅度地提高檢測(cè)精度，據(jù)

15、報(bào)道，1t水中有10個(gè)病毒也能檢測(cè)出來(lái)。 基因工程還可以用于被污染環(huán)境的凈化。隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展，石油這種含有多種烴類(lèi)的物質(zhì)不斷地對(duì)陸地、海洋造成污染。自然環(huán)境中有一類(lèi)叫做假單孢桿菌的細(xì)菌能夠分解石油，但是，每一種假單孢桿菌只能分解石油中的某一種成分。1975年，科學(xué)家用基因工程的方法，把能分解三種烴類(lèi)的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類(lèi)的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時(shí)分解四種烴類(lèi)的“超級(jí)細(xì)菌”。用超級(jí)細(xì)菌分解石油，可以大大提高細(xì)菌分解石油的效率(xio l)。目前，科學(xué)家已經(jīng)用基因工程方法培養(yǎng)出了“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。還有一些科學(xué)家正努力通過(guò)基因重組構(gòu)建新

16、的殺蟲(chóng)劑，以取代生產(chǎn)過(guò)程中耗能多，又易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過(guò)基因工程的方法回收和利用工業(yè)廢物。凡此種種，都是一些可望取得成功和發(fā)展前景十分光明的研究課題。我國(guó)基因研究進(jìn)展 人類(lèi)基因項(xiàng)目是國(guó)家“863”高科技計(jì)劃的重要組成部分。在醫(yī)學(xué)上，人類(lèi)基因與人類(lèi)的疾病有相關(guān)性，一旦弄清某基因與某疾病的具體關(guān)系，人們就可以制造出該疾病的基因藥物，對(duì)人類(lèi)健康長(zhǎng)壽產(chǎn)生巨大(jd)影響。據(jù)介紹，人類(lèi)基因樣本總數(shù)約10萬(wàn)條，現(xiàn)已找到并完成測(cè)序的約有8000條。 近些年我國(guó)對(duì)人類(lèi)基因組研究十分關(guān)注，在國(guó)家自然科學(xué)基金、“863計(jì)劃以及地方政府(zhngf)等多渠道的經(jīng)費(fèi)資助下，已在北京、上海兩地建立了具備先進(jìn)

17、科研條件的國(guó)家級(jí)基因研究中心。同時(shí)，科技人員緊跟世界新技術(shù)的發(fā)展，在基因工程研究的關(guān)鍵技術(shù)和成果產(chǎn)業(yè)化方面均有突破性的進(jìn)展。我國(guó)人類(lèi)基因組研究已走在世界先進(jìn)行列，某些基因工程藥物也開(kāi)始進(jìn)入應(yīng)用階段。目前，我國(guó)在蛋白基因的突變研究、血液病的基因治療、食管癌研究、分子進(jìn)化理論、白血病相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)研究等項(xiàng)目的基礎(chǔ)性研究上，有的成果已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，有的已形成了自己的技術(shù)體系。而乙肝疫苗、重組型干擾素、重組人紅細(xì)胞生成素，以及轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的藥物生產(chǎn)器等十多個(gè)基因工程藥物，均已進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段?？茖W(xué)研究證明，一些困擾人類(lèi)健康的主要疾病，例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關(guān)。依據(jù)已經(jīng)破譯的

18、基因序列和功能，找出這些基因并針對(duì)相應(yīng)的病變區(qū)位進(jìn)行藥物篩選，甚至基于已有的基因知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)新藥，就能“有的放矢”地修補(bǔ)或替換這些病變的基因，從而根治頑癥。基因藥物將成為21世紀(jì)醫(yī)藥中的耀眼明星?；蜓芯坎粌H能夠?yàn)楹Y選和研制新藥提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為利用基因進(jìn)行檢測(cè)、預(yù)防和治療疾病提供了可能。比如，有同樣生活習(xí)慣和生活環(huán)境的人，由于具有不同基因序列，對(duì)同一種病的易感性就大不一樣。明顯的例子有，同為吸煙人群，有人就易患肺癌，有人則不然。醫(yī)生會(huì)根據(jù)各人不同的基因序列給予因人而異的指導(dǎo)，使其養(yǎng)成科學(xué)合理的生活習(xí)慣，最大可能地預(yù)防疾病。 由于(yuy)基因工程運(yùn)用DNA分子重組技術(shù)，能夠按照人們預(yù)先的設(shè)計(jì)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(qiáng)了人們改造動(dòng)植物的主觀能動(dòng)性、預(yù)見(jiàn)性。而且在人類(lèi)疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動(dòng)作用，對(duì)人口素質(zhì)、環(huán)境保護(hù)等作出具大貢獻(xiàn)。所以，各國(guó)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(kāi)發(fā)應(yīng)用，搶奪這一高科技制高點(diǎn)。其應(yīng)用前景十分廣闊。我國(guó)基因工程技術(shù)尚落后于發(fā)達(dá)國(guó)家