微生物基因重組課件

1、Genome shuffling 李宏思 2100659韓建帥 2100667目 錄一、基因重組技術(shù)的歷史二、定義及原理三、主要步驟六、存在的問題及展望四、特點(diǎn)及其應(yīng)用五、兩面性Company Logo一、基因重組技術(shù)的歷史 進(jìn)入21世紀(jì)，面對(duì)石化資源、能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益加劇，以可再生生物資源為原料的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出前所未有的競爭力，推動(dòng)了工業(yè)菌株育種技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)育種技術(shù)工程量巨大，耗時(shí)長，且難于獲取復(fù)雜表型。近十幾年里，工業(yè)菌株改造主要集中在代謝工程。 該技術(shù)主要是運(yùn)用現(xiàn)代基因手段，對(duì)微生物進(jìn)行定向基因操作。雖然代謝工程育種較傳統(tǒng)育種取得了一定成果，但是基因型和表型相應(yīng)背景的欠缺會(huì)

2、限制其更廣范圍的利用。基因組重排技術(shù)是一種典型的全面組合技術(shù)手段，是全基因組代謝工程的延伸。一、基因重組技術(shù)的歷史該方法由Stemmer在1994年提出的。DNA shuffling該方法是由Stemmer在1998年提出的。Genome shuffling該方法是2002年由Zhang等在Nature上發(fā)表文章首次提出的?；蚪M重排技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)育種技術(shù)將同源的DNA用DaseI進(jìn)行消化成片段,然后將得到的隨機(jī)片段無引物PCR,使之重新隨機(jī)裝配,從而獲得了多種排列組合的突變基因庫,最后利用設(shè)計(jì)好的引物PCR,得到預(yù)期的重組體。 該方法是通過傳統(tǒng)誘變與原生質(zhì)體融合技術(shù)相結(jié)合，對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行基因

3、組重排，從而大幅度提高微生物細(xì)胞的正向突變頻率及正向突變速度，使人們能夠快速選育出高效的正向突變菌株。通過多親本之間的DNA重組和全基因組片段交換，將優(yōu)良表型重組在一起的過程。二、定義及原理定義 基因重組 基因重組技術(shù)Please write down of contents explanation for Business Area.是指由于不同DNA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生的DNA片段的交換和重新組合，形成新的DNA分子的過程。 就是人類按照自身的需要和意愿，用類似工程設(shè)計(jì)的方式，將DNA在體外或體內(nèi)進(jìn)行組合，然后把組合后的DNA有目的的通過基因克隆、基因表達(dá)等方式形成人們所需要的新生物種或類

4、型二、定義及原理定義微生物n 基因重組微生物目前尚無權(quán)威性概念。專家于2007年1月在經(jīng)充分討論后認(rèn)為；是指運(yùn)用遺傳學(xué)、基因工程和分子生物學(xué)技術(shù)，人工合成或?qū)δ撤N微生物的基因進(jìn)行操作和修飾，并能表達(dá)、存活，從而使原有微生物的性狀、功能等發(fā)生變化，而產(chǎn)生的新的生物體。基因重組二、定義及原理 原理 Genome shuffling是一項(xiàng)對(duì)整個(gè)微生物全基因組進(jìn)行重排的定向育種技術(shù)，它把傳統(tǒng)微生物誘變育種技術(shù)與細(xì)胞融合技術(shù)結(jié)合，通過誘變手段獲得若干正性突變株，并采用細(xì)胞融合方式使之全基因組發(fā)生重組，經(jīng)過遞推式多次融合，使基因組在較大范圍內(nèi)發(fā)生交換和重排，將引起正性突變的不同基因重組到同一個(gè)細(xì)胞株中，最

5、終獲得具有多重正向進(jìn)化標(biāo)記的目標(biāo)菌株。三、主要步驟不同親本原生質(zhì)體的選擇與制備一、誘導(dǎo)原生質(zhì)體遞歸融合，每輪篩選的目的菌進(jìn)入下輪融合二、根據(jù)目的表型需要設(shè)計(jì)特殊的選擇培養(yǎng)基，每輪篩選的融合菌株，進(jìn)入下輪的融合三、三、主要步驟一 . 親本菌株的選擇 親本菌株基因的多樣性可以擴(kuò)大融合菌的基因型，在遞歸融合中促使不同優(yōu)良表型匯集到融合菌中故基因組重排技術(shù)過程的首要任務(wù)是創(chuàng)造親本基因型的多樣性。一般手段是傳統(tǒng)誘變育種技術(shù)，使菌株產(chǎn)生更多的基因型。作為篩選親本菌株的一般準(zhǔn)則是親本菌株必須具有理想的目的表型，如具備特殊環(huán)境高耐受力，產(chǎn)物高產(chǎn)率和菌株高生長率。、三、主要步驟二. 原生質(zhì)體遞歸融合 基因組重排

6、技術(shù)是基于原生質(zhì)體融合技術(shù)之上的多輪遞歸融合。多輪遞歸融合確保了不同細(xì)胞之間的基因高轉(zhuǎn)移頻率，還保持了基因組重排的高效性。在原生質(zhì)體遞歸融合過程中，首先要制備原生質(zhì)體。制備原生質(zhì)體主要參考的因素有菌齡、酶解濃度、酶解時(shí)間及溫度、酶的種類、脫壁輔助溶劑的選擇和滲透壓緩沖劑及再生培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)等。遞歸融合的要義在于進(jìn)行第一輪融合后篩選的融合菌株作為出發(fā)菌株，必須進(jìn)入下輪融合。三、主要步驟 目前，誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方式主要有生物病毒法，化學(xué)法和電處理融合法?；瘜W(xué)法和電處理融合法是當(dāng)前最主要的方法。三、主要步驟 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新的工具開始運(yùn)用于誘導(dǎo)細(xì)胞融合。Gong等用激光誘導(dǎo)紅發(fā)夫酵母進(jìn)

7、行細(xì)胞融合。Skelley等運(yùn)用微流體芯片技術(shù)作為誘導(dǎo)細(xì)胞融合的技術(shù)平臺(tái)，明顯提高了融合效率。三、主要步驟 三.融合子的篩選 目的融合菌的篩選與分離是整個(gè)基因組重排技術(shù)流程最為關(guān)鍵的步驟。基因組重排技術(shù)提高菌株對(duì)環(huán)境耐受性，可以方便設(shè)計(jì)含有高濃度的底物或產(chǎn)物的選擇培養(yǎng)基。三、主要步驟 對(duì)于一些產(chǎn)酶的菌株可以采用較為直觀的方法,如水解圈法、燦爛綠法、瓊脂平板法等進(jìn)行初篩,再對(duì)初篩獲得的優(yōu)良菌株進(jìn)行較精細(xì)的復(fù)篩。其中復(fù)篩可能會(huì)進(jìn)行幾次，例如二次或三次復(fù)篩；并且每次復(fù)篩的方法都可能根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同而有所不一樣。三、主要步驟 對(duì)于其它菌株可以采用對(duì)某些條件的耐受性進(jìn)行篩選,但對(duì)于一些生產(chǎn)周期長的產(chǎn)胞內(nèi)次

8、級(jí)代謝產(chǎn)物的菌株,仍沒有有效的篩選方法。目前已經(jīng)開發(fā)了一些應(yīng)用于DNA改組的高通量篩選方法,如:熒光激活細(xì)胞分類法， 96孔板結(jié)合微板分光光度計(jì)進(jìn)行高通量篩選。三、主要步驟四、特點(diǎn)及其應(yīng)用 基因組重排技術(shù)充分結(jié)合了細(xì)胞工程和代謝工程的優(yōu)勢(shì)，不僅可以進(jìn)行菌種表型快速高效優(yōu)化，還可為不同種類的微生物復(fù)雜的代謝和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了信息來源。四、特點(diǎn)及其應(yīng)用基因重組技術(shù)的特點(diǎn)能提高子代菌株的遺傳多樣性該技術(shù)簡單實(shí)用，容易推廣.無需菌種背景知識(shí)比傳統(tǒng)誘變選育更快速有效 四、特點(diǎn)及其應(yīng)用（1）比傳統(tǒng)誘變選育更快速有效 傳統(tǒng)誘變通常是將每一輪產(chǎn)生的突變體庫中篩選出的最優(yōu)的1株菌作為下一輪誘變的出發(fā)菌株，而Gen

9、omeshuf-fling則是將一次誘變獲得的若干正性突變株共同作為出發(fā)菌株，經(jīng)過遞推式的多輪融合實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)的基因重組，效率更快更高，并可以基本避免誘變選育中因多次誘變導(dǎo)致的“鈍化”反應(yīng)和“飽和現(xiàn)象”，在一定程度上克服了誘變選育存在的缺點(diǎn) 四、特點(diǎn)及其應(yīng)用（2）能提高子代菌株的遺傳多樣性 基因組改組技術(shù)源于原生質(zhì)體融合技術(shù)，但兩者最大區(qū)別在于基因組改組技術(shù)使用多親本，而非雙親本，并且進(jìn)行多輪遞推式融合，能產(chǎn)生各種各樣的突變組合，這將大大增加子代篩選群體內(nèi)遺傳多樣性，從而提高了獲得優(yōu)良性狀的菌株的幾率。四、特點(diǎn)及其應(yīng)用（3 ）該技術(shù)簡單實(shí)用，容易推廣。 應(yīng)用該技術(shù)對(duì)設(shè)備要求不高，費(fèi)用較低（一

10、輪基因組改組的費(fèi)用略相當(dāng)于一輪理化誘變的費(fèi)用），同時(shí)該技術(shù)易于實(shí)施，不需要對(duì)工業(yè)微生物基因的結(jié)構(gòu)和功能作詳細(xì)了解，也不需要以工業(yè)微生物的代謝路線圖及其代謝調(diào)控機(jī)制等理論作基礎(chǔ)，因此，普通的育種工作人員在一般實(shí)驗(yàn)室條件下就可以運(yùn)用該技術(shù)開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，容易廣泛推廣。四、特點(diǎn)及其應(yīng)用（4）無須對(duì)菌種遺傳背景十分清楚，有效地對(duì)由“多基因”調(diào)控的性狀進(jìn)行改良。 Genome shuffling技術(shù)在工業(yè)微生物菌種選育中的應(yīng)用目前，Genome shuffling技術(shù)在細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌等多種類的工業(yè)微生物中都有應(yīng)用的實(shí)例，且呈現(xiàn)出日益增加的良好發(fā)展趨勢(shì)1 Genome shuffling技術(shù)改組

11、細(xì)菌2 Genome shuffling技術(shù)改組放線菌3 Genome shuffling技術(shù)改組酵母菌4 Genome shuffling技術(shù)改組霉菌四、特點(diǎn)及其應(yīng)用1 Genome shuffling技術(shù)改組細(xì)菌在乳酸發(fā)酵生產(chǎn)中，乳酸菌同時(shí)具有底物抑制和產(chǎn)物抑制的發(fā)酵特征，因此通過提高乳酸菌的耐糖性和耐酸性，進(jìn)而提高乳酸產(chǎn)量是乳酸生產(chǎn)中的一個(gè)重要研究方向 實(shí)例：于雷等對(duì)鼠李糖乳桿菌MEE539進(jìn)行2輪基因組改組，獲得1株改組菌株F2-2，在含15%葡萄糖的YE培養(yǎng)基中搖瓶發(fā)酵36h產(chǎn)酸能達(dá)到135.6g/L，表明該改組菌在高糖條件下仍能有較高的產(chǎn)酸量，表現(xiàn)出很好的葡萄糖耐受性。1 Geno

12、me shuffling技術(shù)改組細(xì)菌梁惠儀等從豆豉里面篩選得到1株具有纖溶酶活性的枯草芽孢桿菌DC-12，進(jìn)行2輪基因組改組。從第1輪改組菌株中獲得6株正突變株，與原始菌株DC-12一起作為親本，進(jìn)行第2輪改組篩選獲得5株酶活在1600U/mL以上（最高酶活2600U/mL）的正突變株，較親本菌株提高了45倍。表明在基因組改組過程中，結(jié)合原始菌株進(jìn)行下一輪改組能獲得很好的效果。2 Genome shuffling技術(shù)改組放線菌 朱惠等在改組納他霉素產(chǎn)生菌褐黃孢鏈霉菌SG-1的過程中，對(duì)常規(guī)的改組技術(shù)操作路線作了改進(jìn)。將第1輪shuffling再生菌落（包括融合體和親本）不經(jīng)過篩選，而直接用于制

13、備原生質(zhì)體后進(jìn)行下一輪shuffling。最終仍篩選得到14株高產(chǎn)改組菌株，其中1株S.gilvosporeus GS-74的納他霉素產(chǎn)量為3574mg/L，是產(chǎn)量最高的親本菌株的1.5倍，比原始出發(fā)菌株SG-1提高1.17倍。改進(jìn)后的技術(shù)路線既高效可行，又節(jié)省了時(shí)間和工作量，值得推廣。2.3 Genome shuffling技術(shù)改組酵母菌最近的研究表明，酵母菌耐高溫和耐酒精的生化機(jī)理十分復(fù)雜，涉及到大量的基因產(chǎn)物及其相關(guān)的代謝途徑因此用基因工程等正性育種手段，很難同時(shí)提高酵母菌的耐高溫和耐乙醇性能。王灝等以3株釀酒酵母菌f4、f5、f6作為出發(fā)菌株，分別進(jìn)行原生質(zhì)體紫外誘變，通過在不同溫度含

14、不同乙醇濃度的一系列平板篩選，獲得耐高溫或耐乙醇性狀有較大提高的7株正突變菌株。以這些菌株作為出發(fā)菌株，進(jìn)一步用硫酸二乙酯誘變，獲得了2株乙醇耐受性能較高的菌株。以上述9株優(yōu)勢(shì)菌為出發(fā)菌株，進(jìn)行2輪shuffling。.3 Genome shuffling技術(shù)改組酵母菌篩選獲得14株耐高溫和耐乙醇濃度都較出發(fā)菌株有了較大提高的菌株，期搖瓶發(fā)酵過程中發(fā)酵液中的最高乙醇濃度為12.93%vol，比原始出發(fā)菌株f4（35的發(fā)酵液中最高乙醇濃度8.11%vol）提高了約5%vol，證明通過Genome shuffling的方法能將酵母菌耐高溫和耐高乙醇的性能集中于同一菌株，從而選育出既耐受較高溫度又耐

15、受較高乙醇的菌株。該思路對(duì)于采用基因組改組技術(shù)選育同時(shí)具有多種性狀的優(yōu)良菌株有指導(dǎo)意義，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。.4 Genome shuffling技術(shù)改組霉菌醬油是深受人們喜愛的大宗調(diào)味品，其釀造涉及到一個(gè)復(fù)合酶系，其中中性蛋白酶是主要的代表酶，因而提高菌種的中性蛋白酶酶活對(duì)醬油釀造是很有益的.李立風(fēng)等對(duì)分離自曲精的曲霉BI進(jìn)行2輪基因組改組，從第1、2輪shuffling的F1和F2代融合株中分別篩選到6株和7株酶活較高的菌株，分析發(fā)現(xiàn)F2代菌株的平均酶活更高，不過酶活最高的菌株是F1-103，表明在改組過程中，對(duì)于個(gè)體來說，優(yōu)良表型的獲得有一定的不確定性，但是就整體而言，基因組改組過程中正

16、性突變的累計(jì)效應(yīng)是很明顯的。.4 Genome shuffling技術(shù)改組霉菌 同時(shí)，該技術(shù)路線在原生質(zhì)體滅活和融合等各個(gè)環(huán)節(jié)均體現(xiàn)出隨機(jī)性，以增加基因組交換和重組的機(jī)率，無形中增大了獲得優(yōu)良菌株的概率，結(jié)果表明這種思路是可行的。五、兩 面 性(一)基因重組技術(shù)發(fā)展對(duì)人類的貢獻(xiàn)(二)基因重組微生物可能引起的生物威脅五、兩 面 性貢 獻(xiàn)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)農(nóng) 業(yè)工 業(yè)環(huán)境保護(hù)能源開發(fā)21世紀(jì)人類進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)、生物技術(shù)、藥學(xué)科學(xué)的發(fā)展，世界醫(yī)藥界將發(fā)生新的轉(zhuǎn)變，醫(yī)療模式將由治療為主向預(yù)防為主轉(zhuǎn)化，制藥將由以化學(xué)藥為主向生物技術(shù)藥物和天然產(chǎn)物綜合利用開發(fā)轉(zhuǎn)變，以生物技術(shù)開發(fā)未來藥物已成為制藥企

17、業(yè)新藥開發(fā)的重要手段。增長最快的為基因重組藥物，疫苗居第2位，治療范圍包括腫瘤、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。從生物技術(shù)藥物制備及使用分析看，具有環(huán)境污染少、不受資源限制、臨床使用毒副作用低等特點(diǎn)，顯示了強(qiáng)大的生命力，將成為21世紀(jì)藥物市場重要的組成部分。1.醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)2.農(nóng)業(yè) 植物 轉(zhuǎn)基因技術(shù)開辟了植物改良的新時(shí)代。自1983年人類首次獲得轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯以來，轉(zhuǎn)基因動(dòng)、植物研究和開發(fā)勢(shì)不可擋。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可提高育種目標(biāo)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)緣育種，縮短一半育種時(shí)間。1986年轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物獲得批準(zhǔn)進(jìn)入田間試驗(yàn)以來，截止2000年，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)國家共批準(zhǔn)10313例轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)入田間試驗(yàn)，其中植

18、物占總數(shù)的98.4%，細(xì)菌占1.0%，病毒占0.3%，真菌0.2%，動(dòng)物占0.1%。3.工業(yè)采用基因工程和蛋白質(zhì)技術(shù)構(gòu)“基因工程菌”，己經(jīng)生產(chǎn)出許多可供人、畜食用的糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)、調(diào)味劑、食用色素、酒類等產(chǎn)品，在可再生資源的開發(fā)、清潔生產(chǎn)、控制污染，減少成本等方面起著重要作用，對(duì)于緩解“糧食問題”對(duì)土地的壓力具有重要意義。傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)罐中，由菌種生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品數(shù)量大、應(yīng)用廣，對(duì)全球經(jīng)濟(jì)影響十分巨大，例如抗生素、氨基酸、有機(jī)酸、酶制劑、醇類和維生素等。這些菌種基本上都經(jīng)過長期的誘變或重組育種，生產(chǎn)性能很難再會(huì)大幅度提高。要打破這一局面，必須使用基因工程手段才能解決。目前在氨基酸、酶制劑等領(lǐng)

19、域已有大量成功的例子。4.環(huán)境保護(hù) 在環(huán)境保護(hù)方面利用基因工程可培育同時(shí)能分解多種有毒物質(zhì)的遺傳工程菌。這類新型遺傳工程菌在防治污染、保護(hù)環(huán)境方面有很大潛力。此外，通過DNA操縱得到不同類型的基因工程菌，可在貧礦中提取金屬。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，生物農(nóng)藥因其不污染環(huán)境、對(duì)人和動(dòng)植物安全、選擇性強(qiáng)、不傷害害蟲天敵、害蟲難以產(chǎn)生抗藥性，而受到世界各國的高度重視，被譽(yù)為“綠色農(nóng)藥”，是未來農(nóng)藥發(fā)展的方向。微生物農(nóng)藥在生物農(nóng)藥中占有重要地位，它是利用微生物本身或其代謝產(chǎn)物防治病、蟲、雜草的制劑。已知的昆蟲微生物病原體1000多種，細(xì)菌1o多種，真菌750多種，其余為病毒、線蟲、原生動(dòng)物等，這

20、些病原體都可作為防治病蟲的資源開發(fā)利用。5.能源開發(fā) 生物能源將成為未來人類能源中的一個(gè)重要組成部分，目前利用微生物發(fā)電、制造氫氣、生物柴油和燃料乙醇已成為現(xiàn)實(shí)，成為解決未來能源問題的一條重要出路。美國、日本研究人員建構(gòu)的“工程光合細(xì)菌”達(dá)到較高的產(chǎn)氫率，近幾年來，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)30一40種化能異養(yǎng)菌可以發(fā)酵糖類、醇類、有機(jī)酸等，從而產(chǎn)生氫氣。在光合細(xì)菌中，人們發(fā)現(xiàn)了13一18種紫色硫細(xì)菌和紫色非硫細(xì)菌能夠產(chǎn)氫氣。據(jù)大眾科技報(bào)報(bào)道，早在1900年，英國植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流，于是就以鉑作電極，放入大腸桿菌或普通酵母菌的培養(yǎng)液，成功地制造出世界上第一個(gè)細(xì)菌電池。1984年，美

21、國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種可供太空飛船使用的細(xì)菌電池，其電極的活性物質(zhì)是航天員的尿液和活細(xì)菌，不過這種裝置放電率較低。我國科學(xué)家也在實(shí)驗(yàn)室成功的用異化金屬還原菌把有機(jī)酸和糖類物質(zhì)所含有的能量轉(zhuǎn)化為電能。Company Logo基因治療的安全性問題對(duì)生物多樣性和環(huán)境的影響實(shí)驗(yàn)室泄露或意外事故等安全隱患生物恐怖和生物武器的威脅“超級(jí)致病微生物”的出現(xiàn)五、兩 面 性可能引起的生物威脅“超級(jí)致病微生物”的出現(xiàn) 隨著生物高技術(shù)門檻的降低，微生物作為一類模式生物，除在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景外，對(duì)基礎(chǔ)研究的貢獻(xiàn)也十分重要。因此，許多實(shí)驗(yàn)室都在開展微生物的基因重組和基因改造的研究工作，而在研究過程中

22、，可能意外研制出威脅巨大的新型人工病原體。如2001年，澳大利亞科學(xué)家將白細(xì)胞介素4基因插入鼠痘病毒，意外發(fā)現(xiàn)該病毒可以導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)鼠的大量死亡，美國科學(xué)家在軍方的支持下改進(jìn)了該實(shí)驗(yàn)，可使疫苗失效，造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物全部死亡?！俺?jí)致病微生物”的出現(xiàn)此外，隨著基因工程的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，基因重組技術(shù)由于可以使動(dòng)物、植物、微生物甚至人的基因進(jìn)行相互轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)基因生物已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的界、門概念，具有普通物種不具備的優(yōu)勢(shì)特征，加之微生物具有代謝活躍、容易變異、繁殖快等特點(diǎn)，若釋放到環(huán)境，如發(fā)生基因漂移或載體介導(dǎo)的外源基因發(fā)生橫向轉(zhuǎn)移，重組出新的菌株，則可產(chǎn)生新的致病微生物。由于GEMs不斷地被釋放進(jìn)入自然環(huán)境

23、，而環(huán)境中微生物間的基因轉(zhuǎn)移十分普遍，以大腸桿菌為例，據(jù)估計(jì)其10一16%的遺傳物質(zhì)源于基因轉(zhuǎn)移?！俺?jí)致病微生物”的出現(xiàn) 有研究結(jié)果表明，在土壤中接種產(chǎn)乙醇的植生克雷伯菌sDF20可存活8周以上，它可以引起某些食真菌線蟲增長并導(dǎo)致引種的小麥死亡。還有報(bào)道表明，基因的轉(zhuǎn)移能夠在農(nóng)作物與微生物之間自然發(fā)生。許多轉(zhuǎn)基因作物中都含有抗抗生素的基因，這些基因可能會(huì)隨著作物殘茬或共生作用而轉(zhuǎn)入細(xì)菌，從而使相應(yīng)抗生素對(duì)這類細(xì)菌失去作用，導(dǎo)致“超級(jí)致病微生物”的出現(xiàn)而引起傳染病的暴發(fā)。Company Logo1234隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國際社會(huì)普遍認(rèn)為生物恐怖和生物武器的潛在威脅已大大增加，其主要原因:

24、是相對(duì)于核、化武器，生物武器研究和生產(chǎn)可繁可簡，成本低廉容易大批量生產(chǎn)，且隱蔽性高，攜帶方便，易于造成大面積恐慌。是以美國炭疽事件為標(biāo)志生物恐怖對(duì)國際安全已經(jīng)構(gòu)成了現(xiàn)實(shí)威脅。是一些國家和地區(qū)可能仍在繼續(xù)研發(fā)生物武器。今后生物戰(zhàn)將會(huì)以人或動(dòng)、植物的疫情突發(fā)為主要戰(zhàn)爭樣式。是生物技術(shù)的迅速發(fā)展大大增強(qiáng)了生物武器的潛在威脅，生物技術(shù)的發(fā)展使基因武器和種族基因武器成為現(xiàn)實(shí)。 生物恐怖和生物武器的威脅 實(shí)驗(yàn)室泄露或意外事故等安全隱患微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理上的疏漏和意外事故不僅可以導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室工作人員的感染，也可造成環(huán)境污染和公眾感染。1990年后，世界各地有多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了“例布氏桿菌引起的實(shí)驗(yàn)室感染，結(jié)核菌

25、實(shí)驗(yàn)室感染也較多。2000年美國2個(gè)實(shí)驗(yàn)室各發(fā)生1例流行性腦膜炎球菌感染。2001年美國在“郵件事件”發(fā)現(xiàn)的炭疽芽抱粉末，根據(jù)其純度、粒徑及在空中漂浮分散的性能分析，應(yīng)該來自于非常專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室。2003年9月、12月和2004年4月新加坡、臺(tái)灣和我國國家的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室均發(fā)生了SARS的實(shí)驗(yàn)室感染。對(duì)生物多樣性和環(huán)境的影響基因重組微生物由于經(jīng)過遺傳修飾和改造，具有普通物種不具備的優(yōu)勢(shì)特征，若釋放到環(huán)境，可能會(huì)改變物種間的競爭關(guān)系，破壞原有自然生態(tài)平衡和自然界的生物基因庫，對(duì)生物多樣性或環(huán)境產(chǎn)生危害。如基因工程作物的Bt持續(xù)而不可控制地產(chǎn)生大劑量的Bt毒蛋白，能大規(guī)模消滅害蟲，這就可能造成這些害蟲的

26、天敵數(shù)量下降，威脅生態(tài)平衡。對(duì)生物多樣性和環(huán)境的影響由于環(huán)保工程菌必須直接進(jìn)入自然環(huán)境才能發(fā)揮作用，而基因改造后的用于環(huán)境治理的工程菌極易繁殖，極易進(jìn)入其它生物體，且對(duì)極端環(huán)境的耐受力和發(fā)生變異的機(jī)率也較高，一旦釋放入自然環(huán)境將很難控制，隱藏著極大的危險(xiǎn)性。例如利用工程技術(shù)制備的高效纖維素降解工程菌，對(duì)于造紙廢水治理是很有價(jià)值的，但如果不能確保這種工程菌只降解廢物而不降解有價(jià)值的原材料，將會(huì)給森林帶來災(zāi)難性的后果。 用于基因治療的病毒載體目前尚未有載體導(dǎo)致靶細(xì)胞惡變的報(bào)道，但存在細(xì)胞毒作用引起免疫反應(yīng)的可能，也可能發(fā)生突變而引起新的腫瘤。如腺病毒具有免疫原性，容易引起細(xì)胞和體液免疫反應(yīng)。疙疹病

27、毒(HSv)載體的基因表達(dá)產(chǎn)物對(duì)宿主細(xì)胞具有毒性，也會(huì)引起嚴(yán)重的免疫反應(yīng)?；蛑委煹陌踩詥栴}五、兩 面 性基因重組微生物生物安全威脅的特點(diǎn)(一)生物安全威脅的不確定性1.生物安全威脅性質(zhì)和來源的不確定性2.生物安全威脅的判斷的不確定性3.生物安全威脅應(yīng)對(duì)機(jī)制(管理機(jī)制)的不確定性五、兩 面 性(二)生物安全威脅的擴(kuò)散難以預(yù)防 1.生物技術(shù)的兩用性 2.管理機(jī)制的不統(tǒng)一性 (三)生物安全威脅造成的危害難以消除1.基因污染難以消除 2.生物危害具有長期性特點(diǎn)及其應(yīng)用 Genome rearrangements have been studied in 30 c-proteobacterial c

28、omplete genomes by comparing the order of a reduced set of genes on the chromosome. This set included those genes fulfilling several characteristics.應(yīng) 用 舉 例 The duplicated gene evolved faster than the original gene, probably leading to a specialization of function of the duplicated copy.六、存在的問題及展望仍然存在的問題： 基因組重排技術(shù)應(yīng)用菌種改良，由于基因組片段重組也是隨機(jī)的并不具備定向性，如何高效篩選目的表型融合菌存在著一定的困難和挑戰(zhàn)?；蚪M重排技術(shù)目前普遍運(yùn)用于同種雙親細(xì)