基因工程成果應(yīng)用與發(fā)展前景

1、 基因工程在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用與前景基因工程是新世紀(jì)的最具發(fā)展前景的工程，隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基因工程的某些成果已經(jīng)成功應(yīng)用于我們的生活中，然而我們對(duì)基因的了解并沒有想象中的那么徹底，基因工程的發(fā)展仍需要幾代人的探索?；蚬こ痰母拍钍?，在基因水平上，采用與工程設(shè)計(jì)十分類似的方法，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代?；蚬こ桃话惆ㄋ膫€(gè)步驟：一是取得符合人們要求的DNA片段，即目的基因。被稱為分子剪刀的限制性轉(zhuǎn)切酶可以在DNA分子上找到特定的切點(diǎn)，然后將認(rèn)準(zhǔn)的雙鏈交錯(cuò)切斷。自70年代以來，人們已找到400多種形形色色的分子剪刀”。

2、二是將目的基因與質(zhì)粒或病毒DNA連接成重組DNA。在用同一種分子剪刀剪切的兩種DNA碎片中加上分子針線一一DNA連接酶,就可以把兩種DNA片段重新連接起來。三是把重組DNA引入某種細(xì)胞。把拼接好的DNA分子運(yùn)送到受體細(xì)胞中去，必須尋找一種分子小、能自由進(jìn)出細(xì)胞，而且在裝載了外來的DNA片段后仍能照樣復(fù)制的運(yùn)載體。理想的運(yùn)載體是質(zhì)粒，因?yàn)橘|(zhì)粒能自由進(jìn)出細(xì)菌細(xì)胞。四是把目的基因能表達(dá)的受體細(xì)胞挑選出來。目的基因的導(dǎo)入過程是肉眼看不到的。因此，要知道導(dǎo)入是否成功，事先應(yīng)找到特定的標(biāo)志。例如我們用一種經(jīng)過改造的抗四環(huán)素質(zhì)粒PSC100作載體，將一種基因移入自身無抗性的大腸桿菌時(shí)，如果基因移入后大腸桿菌

3、不能被四環(huán)素殺死，就說明轉(zhuǎn)入獲得成功了?？茖W(xué)家曾預(yù)言，21世紀(jì)是基因工程的世紀(jì)?；蚬こ虒?duì)人類來說，作用是不可估量的，意義是深遠(yuǎn)的?；蛑委熾S著人類對(duì)基因研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)許多疾病是由于基因結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生改變所引起的。科學(xué)家將不僅能發(fā)現(xiàn)有缺陷的基因，而且還能掌握如何進(jìn)行對(duì)基因診斷、修復(fù)、治療和預(yù)防，這是生物技術(shù)發(fā)展的前沿。這項(xiàng)成果將給人類的健康和生活帶來不可估量的利益。所謂基因治療是指用基因工程的技術(shù)方法，將正常的基因轉(zhuǎn)如病患者的細(xì)胞中，以代病變基因，從而表達(dá)所缺乏的產(chǎn)物，或者通過關(guān)閉或降低異常表達(dá)的基因等途徑，達(dá)到治療某些遺傳病的目的。目前，已發(fā)現(xiàn)的遺傳病有6500多種，其中由單基因缺陷引

4、起的就有約3000多種。因此，遺傳病是基因治療的主要對(duì)象。基因治療的最新進(jìn)展是即將用基因槍技術(shù)于基因治療。其方法是將特定的DNA用改進(jìn)的基因槍技術(shù)導(dǎo)入小鼠的肌肉、肝臟、脾、腸道和皮膚獲得成功的表達(dá)。這一成功預(yù)示著人們未來可能利用基因槍傳送藥物到人體內(nèi)的特定部位，以取代傳統(tǒng)的接種疫苗，并用基因槍技術(shù)來治療遺傳病。目前，科學(xué)家們正在研究的是胎兒基因療法。如果現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)療效得到進(jìn)一步確證的話，就有可能將胎兒基因療法擴(kuò)大到其它遺傳病，以防止出生患遺傳病癥的新生兒，從而從根本上提高后代的健康水平。加快農(nóng)作物新品種的培育科學(xué)家們?cè)诶没蚬こ碳夹g(shù)改良農(nóng)作物方面已取得重大進(jìn)展，一場(chǎng)新的綠色革命近在眼前。這場(chǎng)

5、新的綠色革命的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)藥行業(yè)將融合到一起。基因技術(shù)的突破使科學(xué)家們得以用傳統(tǒng)育種專家難以想象的方式改良農(nóng)作物。例如，基因技術(shù)可以使農(nóng)作物自己釋放出殺蟲劑，可以使農(nóng)作物種植在旱地或鹽堿地上，或者生產(chǎn)出營養(yǎng)更豐富的食品?？茖W(xué)家們還在開發(fā)可以生產(chǎn)出能夠防病的疫苗和食品的農(nóng)作物?；蚣夹g(shù)也使開發(fā)農(nóng)作物新品種的時(shí)間大為縮短。利用傳統(tǒng)的育種方法，需要七、八年時(shí)間才能培育出一個(gè)新的植物品種，基因工程技術(shù)使研究人員可以將任何一種基因注入到一種植物中，從而培育出一種全新的農(nóng)作物品種，時(shí)間則縮短一半。基因工程自20世紀(jì)70年代興起之后，經(jīng)過二十多年的發(fā)展歷程，取得了驚人的成績，特別

6、是近十年來，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)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?；蚬こ膛c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，主要包括以下方面：1.基因工程藥品的生產(chǎn)：許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。基因工程胰島素胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從

7、豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，lOOKg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!基因工程干擾素干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”!過去從人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍貴”程度自不用多說?；蚬こ倘烁蓴_素a-2b（安達(dá)芬）是我國第一個(gè)全國產(chǎn)化基因工程人干擾素a-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療,是當(dāng)前國際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生

8、物治療的主要藥物。其它基因工程藥物人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用?；蚬こ趟幤肥侵扑幑I(yè)上的重大突破。目前用基因診斷方法已經(jīng)能夠檢測(cè)出腸道病毒、單純皰疹病毒等許多種病毒?；蚬こ膛c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)用主要是培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)或具有特殊用途的動(dòng)植物新品種?；蚬こ淘谵r(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。其次，是用基因工程的方法培育出具有各種抗逆性的作物新品種。自然界中細(xì)菌的種類是非常多

9、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、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。基因工程在畜牧養(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。在工業(yè)上，由于用微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)要比在大田中進(jìn)行農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有許多優(yōu)越性，因而它已成為農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的一個(gè)遠(yuǎn)景方向。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，基因工程將是最有效的手段。例如，有人設(shè)想并正在

10、試驗(yàn)將抗生素生產(chǎn)菌放線菌或霉菌的有關(guān)遺傳基因轉(zhuǎn)移至發(fā)酵時(shí)間更短、更易于培養(yǎng)的細(xì)菌細(xì)胞中；將動(dòng)物或人產(chǎn)胰島素的遺傳基因轉(zhuǎn)移至酵母或細(xì)菌的細(xì)胞中；將家蠶產(chǎn)絲蛋白的基因引入細(xì)菌細(xì)胞中；把人或動(dòng)物產(chǎn)抗體、干擾素、激素或白細(xì)胞介素（interleukin）等的基因轉(zhuǎn)移至細(xì)菌細(xì)胞中；把不同病毒的表面抗原基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌細(xì)胞中以生產(chǎn)各種疫苗；用基因工程手段提高各種氨基酸發(fā)酵菌的產(chǎn)量；構(gòu)建分解纖維素或木質(zhì)素以生產(chǎn)重要代謝產(chǎn)物的工程菌；基因工程還可以為人類開辟新的食物來源?；蚬こ膛c環(huán)境保護(hù)基因工程的方法可以用于環(huán)境監(jiān)測(cè)基因工程還可以用于被污染環(huán)境的凈化。造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程的方法回收和利用工業(yè)

11、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。例如，目前用100000克胰臟只能提取34g胰島素，而用“工程菌”進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，則只要用幾升發(fā)酵液就可取得同樣數(shù)量的產(chǎn)品。1978年,美國有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室合作，使E.coli產(chǎn)生大白鼠胰島素的研究已獲成功。接著，又報(bào)道了通過基因工程使Ecoli合成人胰島素實(shí)驗(yàn)成功的消息。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中曾將人胰島素A、B兩鏈的人工合成基因分別組合到E.coli的不同質(zhì)粒上，然后再轉(zhuǎn)移至菌體內(nèi)。這種重組質(zhì)粒可在E.coli細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而使帶有A、B鏈基因的“工程菌”菌株分別產(chǎn)生人胰島素的A、B鏈，然后再用人為的方法，在體外通過二硫鍵使

12、這兩條鏈連接成有活性的人胰島素。另外，在1977年，國外已利用基因工程技術(shù)，使E.coli生產(chǎn)出一種名為生長激素釋放因子“SRIH”的動(dòng)物激素（一種十四肽，能抑制其他激素的釋放和治療糖尿病等），它原來要從羊的腦下垂體中提取，宰50萬頭羊也只能提取5mg的產(chǎn)品，而現(xiàn)在只要用10L發(fā)酵液就可獲得同樣的產(chǎn)量。近年來，應(yīng)用遺傳工程獲得這類產(chǎn)品的例子正與日俱增，尤其是多肽類物質(zhì)，如腦啡肽（大腦中的鎮(zhèn)痛物質(zhì)）、卵清蛋白（即“OV”，389肽）、干擾素（用于治療病毒性感染）、胸腺素a-1（有免疫援助因子的作用，可治療癌癥）、乙型肝炎疫苗和口蹄疫病毒疫苗等。我國學(xué)者也急起直追，在腦啡肽、a-干擾素、Y-干擾素

13、、人生長激素、乙型肝炎疫苗、含乙肝表面抗原基因的牛痘病毒株以及青霉素?；傅鹊幕蚬こ萄芯恐?，取得了一系列令人鼓舞的成果。（2）基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用基因工程在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的領(lǐng)域也十分廣闊。有人估計(jì)，到本世紀(jì)末，每年上市的植物基因工程產(chǎn)品的價(jià)值，相當(dāng)于醫(yī)藥產(chǎn)品的十倍。幾個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括：將固氮菌的固氮基因轉(zhuǎn)移到生長在重要作物的根際微生物或致瘤微生物中去，或是干脆將它引入到這類作物的細(xì)胞中，以獲得能獨(dú)立固氮的新型作物品種。根據(jù)估算，利用前一方法，其研究經(jīng)費(fèi)僅及通過常規(guī)方法發(fā)展氮肥工業(yè)以達(dá)到同樣效果的二百分之一至二千分之一；而后一途徑則更省事，其成本還不到上述的二千分之一；將木質(zhì)素分解酶的基因或

14、纖維素分解酶的基因重組到酵母菌內(nèi)，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上貯量極大并可永續(xù)利用的廉價(jià)原料來直接生產(chǎn)酒精，并可望為人類開辟一個(gè)取之不盡的新能源和化工原料來源；改良和培育農(nóng)作物和家畜、家禽新品種，包括提高光合作用效率以及各種抗性基因工程（植物的抗鹽、抗旱、抗病基因以及魚的抗凍蛋白基因）等?；蚬こ痰那熬皬?0年代起逐步建立起來的基因工程技術(shù)，使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分離變得十分容易。這些基因或特殊DNA片段的一級(jí)結(jié)構(gòu)（即它們的核苷酸序列）的測(cè)定也是十分容易的，由基因的核苷酸序列去推測(cè)蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的序列也變得輕易而舉。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以很容易的對(duì)推測(cè)出來的蛋白質(zhì)進(jìn)行高級(jí)結(jié)構(gòu)的分析，可以對(duì)來自不同生物種類的基因序列進(jìn)行同源性分析。所有這些方法或技術(shù)的廣泛使用，不僅大大地推動(dòng)了分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展，而且也大大推動(dòng)了生命科學(xué)各個(gè)分支領(lǐng)域的迅速發(fā)展。因此，基因工程技術(shù)的第一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是大大的推動(dòng)了科學(xué)理論研究的發(fā)展?；蚬こ碳夹g(shù)幾乎涉