細胞工程綜述

細胞工程綜述摘要：細胞是生命活動的最基本單位，為各種基因的表達和產(chǎn)物的合成提供了基礎和載體。當前細胞工程所涉及的主要技術領域有細胞培養(yǎng)、細胞融合、細胞拆合、染色體操作及基因轉移等方面。通過細胞工程可以生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品或培養(yǎng)有價值的植株，并可以產(chǎn)生新的物種或品系。關鍵字：細胞融合；細胞培養(yǎng)；概述；種類；應用；展望正文：一、細胞的概述細胞工程是生物工程的一個重要方面。總的來說，它是應用細胞生物學和分子生物學和分子生物學的理論和方法，按照人們的設計藍圖，進行在細胞水平上的遺傳操作及進行大規(guī)模的細胞和組織培養(yǎng)。細胞工程所涉及的范圍很廣，按生物類型可分為動物細胞工程、植物細胞工程和微生物細胞工程，按實驗操作對象可分為細胞與組織培養(yǎng)、細胞融合、細胞核移植、染色體操作及基因轉移等方面。通過細胞工程可以生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品或培養(yǎng)有價值的植株，并可以產(chǎn)生新的物種或品系。細胞工程就是在細胞水平研究、開發(fā)。利用各類細胞的工程。亦即人們根據(jù)科學設計改變細胞的遺傳基礎，及通過無菌操作，大量培養(yǎng)細胞、組織乃至完整個體的技術。迄今為止，人們已經(jīng)從基因水平、細胞器水平以及細胞水平開展了多層次的大量一丁作，在細胞培養(yǎng)、細胞融合、細胞代謝物的生產(chǎn)和生物克隆等諸多領域取得一系列令人矚目的成果。細胞工程是一種細胞水平上的遺傳工程，它是將一種生物細胞中攜帶遺傳信息的細胞核或染色體整個地轉移給另一種生物細胞，使新細胞產(chǎn)生具有人們所需要的功能，從而改變受體細胞的遺傳特性，打破只有同種生物才能進行雜交的限制，為改良品種或創(chuàng)造新品種開拓了廣闊前景，細胞工程包含細胞融合、體細胞雜交、動植物細胞規(guī)模培養(yǎng)核和卵移以及植物組織培養(yǎng)技術等方面。當前細胞工程所涉及的主要技術領域有細胞培養(yǎng)、細胞融合、細胞拆合、染色體操作及基因轉移等方面。通過細胞工程可以生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品或培養(yǎng)有價值的植株，并可以產(chǎn)生新的物種或品系。1.細胞融合技術細胞融合技術是指把兩個細胞（可以是同種細胞，也可以是異種細胞）在融合劑的作用下，融合成一個細胞的技術。應用細胞融合技術進行細胞雜交，能夠克服遠緣雜交不育的缺陷，對培育新品種具有廣闊的應用前景。2．細胞拆合技術細胞拆合技術也稱為細胞核（包括細胞器）移植技術，是將細胞核和細胞質(zhì)用某種方法拆開，然后再把分離的細胞核和胞質(zhì)體重新組合成一個新細胞。把從細胞中分離出來的染色體或基因轉入另一個細胞中，賦予重建的細胞以某種新的功能，這屬于染色體導入或基因轉移的技術范疇。3．細胞培養(yǎng)技術細胞培養(yǎng)技術是將生物體內(nèi)的某一組織分散成單個細胞，接種在人工配制的適于細胞生長發(fā)育的培養(yǎng)基上，然后在適當?shù)臒o菌的生長條件下(如一定的光照、溫度或pH值等)進行培養(yǎng)，使細胞能夠生長和不斷增殖的技術。由于從組織中分離單細胞并分化成生物體的技術難度較大，目前多采用組織培養(yǎng)技術。如通過植物胚胎（成熟或未成熟胚）或器官（根尖、莖尖、葉原基、花藥等）的離體培養(yǎng)，再生成新植株（試管苗）。這種方法能快速、大量繁殖一些有價值的苗林、花卉、藥材和瀕危植物等。二、細胞工程的應用（一）動物細胞工程的應用1.在疫苗生產(chǎn)上的應用疫苗是一種其主要成分具有免疫原性的蛋白質(zhì)。它是利用動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術生產(chǎn)的最成熟的一種產(chǎn)品。例如講乙型肝炎表面抗原基因插入哺乳動物細胞內(nèi)進行高效表達，已生產(chǎn)出乙型肝炎疫苗。2．在干擾素生產(chǎn)上的應用干擾素是以一種在同種細胞上具有廣譜抗病毒活性的蛋白質(zhì)，其活性的發(fā)揮受細胞基因組的調(diào)節(jié)和控制，涉及RNA和蛋白質(zhì)的合成。3.繁育優(yōu)良品種目前，人工受精、胚胎移植等技術已廣泛應用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。精液和胚胎的液氮超低溫（-196攝氏度）保存技術的綜合使用，使優(yōu)良公畜、禽的交配數(shù)與交配范圍大為擴展，并且突破了動物交配的季節(jié)限制。另外，可以從優(yōu)良母畜或公畜中分離出卵細胞與精子，在體外受精，然后再將人工控制的新型受精卵種植到種質(zhì)較差的母畜子宮內(nèi)，繁殖優(yōu)良新個體。綜合利用各項技術，如胚胎分割技術、核移植細胞融合技術、顯微操作技術等，在細胞水平改造卵細胞，有可能創(chuàng)造出高產(chǎn)奶牛、瘦肉型豬等新品種。特別是干細胞的建立，更展現(xiàn)了美好的前景。4.臨床醫(yī)學與藥物自1975年英國劍橋大學的科學家利用動物細胞融合技術首次獲得單克隆抗體以來，許多人類無能為力的病毒性疾病遇到了克星。用單克隆抗體可以檢測出多種病毒中非常細微的株間差異，鑒定細菌的種型和亞種。這些都是傳統(tǒng)血清法或動物免疫法所做不到的，而且診斷異常準確，誤診率大大降低。（二）植物細胞工程的應用1.在果樹園林花卉林木生產(chǎn)實踐中應用細胞工程技術主要是微繁殖和去病毒技術。幾乎所有的果樹都患有病毒病，而且多是通過營養(yǎng)體繁殖代代相傳的。用去病毒試管苗技術，可以有效地防止病毒病的侵害，恢復種性并加速繁殖速度。近年來，對經(jīng)濟林木組織培養(yǎng)技術的研究也受到很大的重視。采用這一技術可比常規(guī)方法提前數(shù)年進行大面積種植。特別是有些林木的種子休眠期很長，常規(guī)育種十分費時。植物細胞工程技術使現(xiàn)代花卉生產(chǎn)發(fā)生了革命性的變化。1960年，科學家首次利用微繁殖技術將蘭花的愈傷組織培養(yǎng)成植株后，很快形成了以組織培養(yǎng)技術為基礎的工業(yè)化生產(chǎn)體系——蘭花工業(yè)。現(xiàn)在，世界蘭花市場上有150多種產(chǎn)品，其中大部分都是用快速微繁殖技術得到的試管苗。從此，市場供應擺脫了氣候、地理和自然災害等因素的限制。2.糧食與蔬菜生產(chǎn)利用細胞工程技術進行作物育種，是迄今人類受益最多的一個方面。我國在這一領域已達到世界先進水平，以花藥單倍體育種途徑，培育出的水稻品種或品系有近百個，小麥有30個左右。在常規(guī)的雜交育種中，育成一個新品種一般需要8～10年，而用細胞工程技術對雜種的花藥進行離體培養(yǎng)，可大大縮短育種周期，一般提前2～3年，而且有利優(yōu)良性狀的篩選。前面已介紹過的微繁殖技術，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有廣泛的用途，其技術比較成熟，并已取得較大的經(jīng)濟效益。蔬菜是人類膳食中不可缺少的成分，它為人體提供必需的維生素、礦物質(zhì)等。蔬菜通常以種子、塊根、塊莖、插扦或分根等傳統(tǒng)方式進行繁殖，化費成本低。但是，在引種與繁育、品種的種性提純與復壯、育種過程的某些中間環(huán)節(jié)，植物細胞工程技術仍大有作為。三、細胞工程種類1．染色體工程染色體工程是按人們需要來添加或削減一種生物的染色體，或用別的生物的染色體來替換?？煞譃閯游锶旧w工程和植物染色體工程兩種。動物染色體工程主要采用對細胞進行微操作的方法(如微細胞轉移方法等)來達到轉移基因的目的。植物細胞工程目前主要是利用傳統(tǒng)的雜交回交等方法來達到添加、消除或置換染色體的目的。2．染色體組工程染色體組工程是整個改變?nèi)旧w組數(shù)的技術。自從1937年秋水仙素用于生物學后，多倍體的工作得到了迅速發(fā)展，例如得到四倍體小麥，八倍體小黑麥等。3．細胞質(zhì)工程細胞質(zhì)工程又稱細胞拆合工程，是通過物理或化學方法將細胞質(zhì)與細胞核分開，再進行不同細胞間核質(zhì)的重新組合，重建成新細胞?？捎糜谘芯考毎伺c細胞質(zhì)的關系的基礎研究和育種工作。4．細胞融合工程細胞融合工程是用自然或人工的方法使兩個或幾個不同細胞融合為一個細胞的過程?？捎糜诋a(chǎn)生新的物種或品系(植物上用得多，動物上用得少)及產(chǎn)生單克隆抗體等。其中單克隆抗體技術利用克隆化的雜交瘤細胞分泌高度純一的單克隆抗體，具有很高的實用價值，在診斷和治療病癥方面有著廣泛的應用前途。四、對細胞工程的展望細胞工程是一個非常年輕富有活力的領域。從誕生但現(xiàn)在還不到100年的歷史，組織培養(yǎng)技術與其他生物技術一起已經(jīng)成為世界經(jīng)濟中最具活力的支柱性的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會影響。細胞工程已經(jīng)滲透到人類生活的許多領域，取得了許多具有開發(fā)性的研究成果。相信隨著人們對生命科學的認識的不斷深入，細胞工程技術會得到更快的發(fā)展，在解決困擾人類的人口、資源與環(huán)境等重大問題上會有更大作為。隨細胞工程技術研究的不斷深入，它的前景和產(chǎn)生的影響將會日益地顯示出來。參考文獻：[1]安利國.2009.細胞