國(guó)內(nèi)外基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀及展望_第1頁
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國(guó)內(nèi)外基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀及展望國(guó)內(nèi)外基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀及展望摘要:從20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的基因工程技術(shù),經(jīng)過30多年來的進(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)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。本文主要介紹了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外基因工程的發(fā)展?fàn)顩r及未來的展望。關(guān)鍵詞:基因工程國(guó)內(nèi)外發(fā)展展望一.基因工程的成果1.工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用農(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,通過導(dǎo)入植物病毒外殼蛋白來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物生物學(xué)家關(guān)心的問題。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。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)極地的魚體內(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基因組中分離出來,導(dǎo)入植物體可獲得轉(zhuǎn)基因植物,目前這種基因已被轉(zhuǎn)入番茄和黃瓜中。隨著生活水平的提高,人們?cè)絹碓疥P(guān)注口味、口感、營(yíng)養(yǎng)成分、欣賞價(jià)而且越來越多的基因工程植物進(jìn)入了商品化生產(chǎn)領(lǐng)域,近工程改良作物品質(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)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1.1.基因工程在國(guó)外農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀從20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)的種類來看,試驗(yàn)次數(shù)最多的是抗除草劑的基因作物,其次是抗病蟲害的農(nóng)作物;從作物品種來看,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,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)過基因工程改造過。目前,在國(guó)外推動(dòng)基因工程在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的主導(dǎo)力量并不是政府,而是公司。由于基因技術(shù)的巨大潛力和誘人的盈利前景,使一些有遠(yuǎn)見的大公司紛紛投入巨資從事這一領(lǐng)域的研究與開發(fā),并在一定程度上形成了由少數(shù)大公司對(duì)這一領(lǐng)域的技術(shù)成果壟斷的局面。著名的大公司有:美國(guó)的孟山都、制藥業(yè)巨頭諾華公司和英國(guó)與瑞典合資的阿斯特拉-捷利康公司。1.2、基因工程在我國(guó)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀都將基因工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用作為重點(diǎn)支持項(xiàng)目,我國(guó)有100多個(gè)實(shí)驗(yàn)室在從事這項(xiàng)研究工作。其中最有影響的是“北京大學(xué)蛋白質(zhì)工程及植物基因工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)中心”總體來說,我國(guó)農(nóng)業(yè)基因工程研究的進(jìn)展是非常迅速的,1997年共有55項(xiàng)轉(zhuǎn)基因申請(qǐng),經(jīng)批準(zhǔn)環(huán)境釋放31項(xiàng),中間試驗(yàn)10項(xiàng),商品化生產(chǎn)4項(xiàng);1998年,申請(qǐng)數(shù)達(dá)到68項(xiàng),批準(zhǔn)環(huán)境釋放10項(xiàng),中間試驗(yàn)39項(xiàng),商品化生產(chǎn)2項(xiàng)。但基因工程在我國(guó)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用還局限在經(jīng)濟(jì)作物,如番茄、煙草等方面,大田作物只有水稻和棉花取得了突破,其中抗蟲棉花從商業(yè)價(jià)值來看,最有前景的是大田作物的轉(zhuǎn)基因技術(shù),特別是水稻、小麥等糧食作物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)。因?yàn)槌燥垎栴}始終是人類必須面臨的問題,我們必須增加糧食作物的單位面積產(chǎn)量,才能在地球有限的耕地上生產(chǎn)出更多的糧食,以便滿足人口的不斷增長(zhǎng)的需要。根據(jù)世界糧幅度的增長(zhǎng),但人均糧食占有量卻從1985年的415公斤降到360公斤。世界糧食庫(kù)存量同消費(fèi)量的比例降到14%,已低于世界糧農(nóng)組織確定的保證世界糧食安全最低水平的17%-18%。對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)人多地少的國(guó)家來說,糧食安全更加重要。全世界每年糧食貿(mào)易總量只有2億噸左右,假如我國(guó)糧食欠收1/3左右話,我們必須全部買下這些糧食。這將是多么恐懼的事情!因此,我國(guó)政府歷來十分重視糧食生產(chǎn)。在所有的糧食作物中,水稻的產(chǎn)量占40%左右,是最重要的糧食品種。2.基因工程在醫(yī)學(xué)上的發(fā)展目前,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?;蚬こ趟幬镏饕?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)性硬化癥和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等多種疾病。目前,應(yīng)用基因工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;專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥币矊⒃诓痪猛瓿裳兄?,它可德?guó)三國(guó)科學(xué)家及中外六家研究機(jī)構(gòu)參與研制的專門用于治療乙肝、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。2.1、基因工程制藥2.1.1國(guó)外基因工程制藥的近況美國(guó)是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)源地,又是應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)研制新型藥物的第一個(gè)國(guó)家,多數(shù)基因工程藥物都首創(chuàng)于美國(guó),目前美國(guó)在這方面研究開發(fā)居世界領(lǐng)先水平。根據(jù)美國(guó)制藥協(xié)會(huì)(PHRMA)統(tǒng)計(jì),1982至1998年底的16年時(shí)間里,美國(guó)基因工程藥物開發(fā)速度非???已有53種基因工程藥物獲得FDA批準(zhǔn)上市,已使全球6000多萬病人受益。除已上市的藥物國(guó)治療性基因工程藥物銷售額為70155億美元,占美國(guó)藥品市場(chǎng)銷售額的915%,2000年達(dá)到140億美元,2006年達(dá)到256億美元,平均年增長(zhǎng)率為13%。美國(guó)現(xiàn)已有約1300多家與藥物相關(guān)的生物技術(shù)公司(占全世界生物技術(shù)公司的三分之二),其中大部分為小型公司,形成規(guī)模化的只整個(gè)生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額的4516%。據(jù)日本通產(chǎn)省估計(jì),到2001年,日本基因工程藥品的總市場(chǎng)將達(dá)到3兆億日元。歐洲在發(fā)展生物藥品方面也進(jìn)展較快,英、德、法、俄等國(guó)在開發(fā)和研制生物藥品方面成績(jī)斐然,在生物技術(shù)的某些領(lǐng)域甚至趕上并超過美國(guó)?,F(xiàn)有約1000多家生物技術(shù)公司,1999年研發(fā)總投入為18億美元,總收入2918美元。特別是德國(guó),其生物技術(shù)水平僅次于美、日,居世界第三位。德國(guó)70年代中期就成立了國(guó)家生物技術(shù)中心,目前有生物技術(shù)公司300術(shù)醫(yī)藥產(chǎn)品視為強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),據(jù)Ward-M報(bào)告歐洲生物技術(shù)市場(chǎng)資本總額與美國(guó)相近,而且投資額幾乎成倍增長(zhǎng)。2.2基因工程抗病毒疫苗為人類抵御病毒侵襲提供了用武之地。基因工程乙型肝炎疫苗、狂犬病疫苗、流行性出血熱病毒疫苗、輪狀病毒疫苗等應(yīng)用于臨床,提高了人類對(duì)各種病毒病的抵御能力。2.3、基因工程治療疾病基因治療有兩種途徑,一是體細(xì)胞的基因治療,二是生殖細(xì)胞的基因治療。體細(xì)胞的基因治療是將正常的遺傳基因?qū)胧芫穆鸭?xì)胞內(nèi),讓這種遺傳物質(zhì)進(jìn)入受精卵的基因組內(nèi),并隨著受精卵分裂,分配到每一個(gè)子細(xì)胞中去,最終糾正未來個(gè)體的遺傳缺陷。而生殖細(xì)胞的基因治療是將人類設(shè)計(jì)的“目的基因”導(dǎo)入患有遺傳病病人的生殖細(xì)胞內(nèi),此法操作技術(shù)異常復(fù)雜,又涉及倫理,緩行之理充足,故尚無人涉足。2.4基因工程診病運(yùn)用基因手段診病,從基因中尋找病根,旨在根治遺傳性疾病和為癌癥、艾滋病、白癡病之類的“不治之癥”尋找新的診斷渠道。目前,聚合酶鏈反應(yīng)的基因診斷技術(shù)是在基因水平上對(duì)人體疾病進(jìn)行診斷的最新技術(shù)。此外,用在法醫(yī)上,特別是鑒定犯罪,只要在犯罪現(xiàn)場(chǎng)采到一滴血、一根毛發(fā)或者微量的唾液、精斑或者單個(gè)精子,都可為擒獲犯罪提供線索。3.基因工程應(yīng)用于環(huán)保方面工業(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)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。它能釘死蚊蟲與害蟲,而對(duì)人畜無害,不污染環(huán)境?,F(xiàn)已開發(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)氯苯類和氯酚類、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機(jī)有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90年代后期問世的DNA改組技術(shù)可以創(chuàng)新基因,并賦予表達(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PCR技術(shù)全部克隆出來,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。二.基因工程發(fā)展前景及展望由于基因工程運(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,更應(yīng)當(dāng)加速發(fā)展,切不可坐失良機(jī)。但是,任何科學(xué)技術(shù)都是一把“雙刃劍”,在給人類帶來利益的同時(shí),也會(huì)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,盡管目前的轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物還未發(fā)現(xiàn)對(duì)人類有什么危害,但不要實(shí)踐慢慢地檢驗(yàn)。轉(zhuǎn)基因生物和常規(guī)繁殖生長(zhǎng)的品種一樣,是在原有品種的基礎(chǔ)上對(duì)其部分性狀進(jìn)行修飾或增加新性狀,或消除原來的不利性狀,但常規(guī)育種是通過自然選擇,而且是近緣雜交,適者生存下來,不適者被淘汰掉。而轉(zhuǎn)基因生物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了近緣的范圍,人們對(duì)可能出現(xiàn)的新組合、新性狀會(huì)不會(huì)影響人類國(guó)內(nèi)外基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀及展望國(guó)內(nèi)外基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀及展望。我國(guó)基因工程藥物發(fā)展方面的問題有以下幾點(diǎn):1、同種產(chǎn)品生產(chǎn)廠家過多,造成市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng),嚴(yán)重影響有以下幾點(diǎn):1、同種產(chǎn)品生產(chǎn)廠家過多,造成市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng),嚴(yán)重影響產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展;2、融資渠道單一、產(chǎn)業(yè)發(fā)展資金不足;3、醫(yī)藥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無序,行業(yè)不正之風(fēng)盛行;4、企業(yè)管理相對(duì)滯后,技術(shù)兼經(jīng)營(yíng)型人才匱乏。醫(yī)藥生物技術(shù)在生物技術(shù)中一直是最活躍占比重最大的領(lǐng)域。基因工程技術(shù)不僅是藥物的生產(chǎn)手段,也是醫(yī)藥學(xué)的有力研究手段。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí),基因工程可能成為發(fā)現(xiàn)新藥的主要科學(xué)推動(dòng)力。但就目前來看,基因工程畢竟是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其中的“上游工程”固然十分重要,如實(shí)驗(yàn)室中合適載體宿主系統(tǒng)的建立、目的基因的DNA序列測(cè)定、DNA片段的化學(xué)合成、工程菌的構(gòu)建及高效表達(dá)等,但從使實(shí)驗(yàn)室成果產(chǎn)業(yè)化、商品化的角度看,“下游工程”就顯得更為重要,如工程菌大規(guī)模發(fā)酵最佳參數(shù)的確立、新型生物反應(yīng)器的研制、高效分離介質(zhì)及裝置的開發(fā)、分離純化的優(yōu)化控制、高純度產(chǎn)品的制備技術(shù)、生物傳感器等一系列儀器儀表的設(shè)計(jì)制造、電子計(jì)算機(jī)的優(yōu)化控制等。因此,我們必須花大力氣加強(qiáng)“下游工程”的研究和開發(fā),加快“上游工程”的產(chǎn)品化、工業(yè)化和商品化的進(jìn)程?;蚬こ趟幬锞哂刑禺愋詮?qiáng)、毒性小、作用機(jī)理清楚、活性高等特點(diǎn),但仍存在半衰期短、易影響體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定狀態(tài)、穩(wěn)定性差、不宜口服等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn),需研究更合適的表達(dá)載體,對(duì)有效成分進(jìn)行修飾和改構(gòu),提高藥物分子的穩(wěn)定性,研究靶向、緩釋等藥物劑型,限制作用部位與作用濃度以減輕副作用,改進(jìn)生產(chǎn)及純化方法,研究藥物配伍療法等。更重要的是發(fā)揮基因工程的研究作用,促進(jìn)合理藥物設(shè)三.結(jié)論展望21世紀(jì),將是基因工程迅速發(fā)展和日臻完善的世紀(jì),也是基因工程產(chǎn)生巨大效益的世紀(jì)。基因工程技術(shù)使藥品開發(fā)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的藥品開發(fā)方式是在大量的化學(xué)合成物質(zhì)和微生物代謝產(chǎn)物中

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