转基因在生物延长寿命中的应用探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 转基因在生物延长寿命中的应用探 讨 摘 要：生物体都是由细胞构成 的，生物体的寿命是由生物体的细胞分 裂总代数和每一代的细胞寿命决定的， 生物体的分裂总代数是细胞染色体的端 粒长度决定的，由于 DNA 复制存在 5 末端复制缺陷问题，导致细胞的染色体 末端的端粒 DNA 会伴随着染色体的复 制与细胞分裂出现渐进性的丢失，所以， 在每一代细胞分裂过程中，子代细胞的 染色体都比父代染色体端粒短，如果细 胞没有办法填补这些空隙，染色体 DNA 将随着每一次的细胞分裂而不断 缩短，直至这种缺隙侵蚀到染色体的结 构基因而使细胞消亡，最终导致生物的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 寿命终结。端粒是由端粒酶补齐的，在 有端粒酶活性的细胞中，如生殖细胞睾 丸、卵巢、精子、卵子、受精卵中，端 粒酶会按照自身 RNA 序列为模版进行 复制，补齐染色体的端粒，这样生命就 会一代一代的延续。人类的细胞总分裂 代数是 60 代左右，每一代的细胞寿命 是 2.5 年上下，所以，人类的理论寿命 是 150 年左右。转基因可以让生物寿命 延长，将端粒的总长度利用转基因的方 法成倍的复制延长，m 倍，然后用转基 因的方法再转到端粒位置，这样生物的 寿命就会成倍的增加，或者将端粒酶的 RNA 序列成倍的增加，m 倍，然后再 利用转基因的方法转到端粒酶中，再将 端粒酶注入到本就应该有活性的生殖细 胞睾丸、卵巢、精子、卵子、受精卵中， 这样也可以达到增加生物总体寿命的目 的，并且这二种方法增加的生物寿命都 是可以遗传的。 中国论文网 /8/view-12928677.htm 关键词：转基因；延长；寿命； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 端粒；端粒酶 中图分类号：Q95-331 文献标识 码：A 文章编号：1671-2064（2017） 08-0199-03 生物都是由细胞构成的，细胞主 要由细胞核与细胞质构成，表面有细胞 膜。细胞核通常位于细胞的中央，细胞 核中有一种物质，易被洋红、苏木精、 甲基绿、龙胆紫溶液等碱性染料染成深 色，叫做染色质（Chromatin） 。生物体 用于传种接代的物质即遗传物质，就在 染色质上。当细胞进行有丝分裂时，染 色质在分裂间期螺旋缠绕成染色体。染 色质主要由蛋白质和 DNA 组成。DNA 是一种有机物大分子，又叫脱氧核糖核 酸，是生物的遗传物质。在有丝分裂时， 染色体复制，DNA 也随之复制为两份， 平均分配到两个子细胞中，使得后代细 胞染色体数目恒定，从而保证了后代遗 传特性的稳定。还有 RNA，RNA 是 DNA 在复制时形成的单链，它传递信 息，控制合成蛋白质，其中有转移核糖 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 核酸（tRNA） 、信使核糖核酸 （mRNA）和核糖体核糖核酸（rRNA） 。 细胞核的机能是保存遗传物质，控制生 化合成和细胞代谢，决定细胞或机体的 性状表现，把遗传物质从细胞（或个体） 一代一代传下去。但细胞核不是孤立的 起作用，而是和细胞质相互作用、相互 依存而表现出细胞统一的生命过程。细 胞核控制细胞质；细胞质对细胞的分化、 发育和遗传也有重要的作用。 1 端粒和端粒酶决定生物体的寿 命 1.1 染色体脱氧核糖核酸的末端 复制问题 在细胞分裂中染色体 DNA 不能 “自始至终”完整地复制整个线性染色体， 而是每次都在其 5末端留下一个空缺未 能填补（即 RNA 引物降解） ，如果细胞 没有办法填补这些空隙，染色体 DNA 将随着每一次的细胞分裂而不断缩短， 直至这种缺隙侵蚀到染色体的结构基因 而使细胞消亡，最终导致生物的寿命终 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 结。1 1.2 端粒 端粒（英文名：Telomere）是存 在于真核细胞线状染色体末端的一小段 DNA-蛋白质复合体，它与端粒结合蛋 白一起构成了特殊的“ 帽子 ”结构，作用 是保持染色体的完整性和控制细胞分裂 周期。端粒、着丝粒和复制原点是染色 体保持完整和稳定的三大要素。端粒 DNA 是由简单的 DNA 高度重复序列组 成，生物端粒基因是由 n 倍重复碱基序 列组成的，如四膜虫的端粒基因序列是 由 n 倍的 CCCCAA、TTGGGG 重复碱 基序列构成的，人类的端粒基因序列是 由 n 倍的 CCCTAA、TTAGGG 重复碱 基序列构成的。2端粒酶可用于给端粒 DNA 加尾，DNA 分子每次分裂复制， 端粒就缩短一点（如冈崎片段） ，一旦 端粒消耗殆尽，细胞将会立即激活凋亡 机制，即细胞走向凋亡。所以端粒其长 度反映细胞复制史及复制潜能，被称作 细胞寿命的“ 有丝分裂钟”。2 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 端粒Y 构很好地解决了染色体 脱氧核糖核酸的末端复制问题，保护了 染色体信息复制的完整性，使染色体遗 传信息完整地传递给后代。但是，这也 不能使得生物寿命会很长，由于 DNA 复制存在 5末端复制缺陷问题，导致细 胞的染色体末端的端粒 DNA 会伴随着 染色体的复制与细胞分裂出现渐进性的 丢失，所以，在每一代细胞分裂过程中， 子代细胞的染色体都比父代染色体端粒 短，如果细胞没有办法填补这些空隙， 染色体 DNA 将随着每一次的细胞分裂 而不断缩短，直至这种缺隙侵蚀到染色 体的结构基因而使细胞消亡，最终导致 生物的寿命终结。3 1.3 人类细胞复制代数及理论寿 命 人体是由细胞组成的，人有衰老， 细胞是否也有衰老呢？这就像一座大厦， 它的寿命很大程度上与组成它的砖块有 关。细胞是有寿命的，这是细胞学家海 弗列克（Hayflick）在四十年前发现的， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 他一代又一代地培养人体的成纤维细胞。 但是在营养充分供给的情况下，细胞分 裂到 60 代左右就停止活动了，真正地 进入衰老期，这一发现似乎告诉人们在 细胞内有一口衰老钟，限定了细胞分裂 的次数，也就限定了生物的寿命。因为 高寿生物是由一个受精卵细胞分裂而形 成的，它一分为二、二分为四、以此类 推的增殖，组成胎儿，再分裂而成青年。 如果细胞不能再分裂了，那么个体就出 现衰老现象。 人类细胞个体寿命在 2.5 年上下， 能分裂的代数是 60 次左右，人类的理 论寿命是 150 岁左右。4 1.4 端粒酶 美国的三名科学家 Elizabeth H.Blackburn 、Carol W.Greider 和 Jack W.Szostak 在端粒和端粒酶的研究上作 了重要的工作，他们发现了端粒和端粒 酶是怎样保护染色体的，他们共同解决 了生物学的一个重大问题，即“在细胞 分裂时染色体如何完整地自我复制及染 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 色体如何受到保护以免于退化”。 “这三 位科学家向我们展示，解决办法存在于 染色体末端端粒，以及形成端粒的 酶端粒酶。 ” 端粒酶将自身 RNA 模板合成的 DNA 重复序列加在后 随链亲链的 3端，然后再以延长了的 亲链为模板，由 DNA 聚合酶合成子链， 但是由于复制机制的不完整性。端粒还 是以一定的速度丢失。四膜虫的端粒酶 RNA 模式板长 160200 个核苷酸，编 码 1.5 拷贝的端粒重复序列。其 4351 位序列为 CAACCCCAA 刚好编码一个 GGGGTT。鼠同人的端粒酶 RNA 基因 有 65%的相同，模板为 8-9 个核苷酸序 列，人的端粒酶 RNA（hTR）由 450 个 核苷酸组。模板区为 5- CUAACCCUAAC -3。研究还认为，端 粒酶 RNA 中的模板每次与 1.5（TTTTGGGG）重复序列互补，然 后通过模板的滑动，再进行下一次合成。 5 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 2 转基因增加生物寿命 2.1 端粒长度决定细胞寿命 美国德克萨斯大学西南医学中心 细胞生物学及神经系统科学教授杰里.谢 伊和伍德林.赖特做了一项试验：在采集 的包皮细胞中导入某种基因，该基因可 以使细胞产生一种酶-端粒酶 （telomerase） 。一般来说，包皮细胞在 变老之前可分裂 60 次左右。但在上述 试验中，细胞已分裂 300 多次却毫无终 止的征兆，也没有显示任何异常的迹象， 在端粒酶的作用下，细胞不会死亡，永 远没完没了地分裂繁殖。7 上面试验表明，细胞内端粒酶保 持活性，能不断的修复端粒的长度，那 么细胞就可永生，生物也可以达到延长 寿命的目的，但是，单细胞或者某个部 位细胞永生不会起到延长生物寿命的目 的，而是会产生癌症，只能让生物死亡 更快。 2.2 转基因使得生物寿命延长 2.2.1 增加端粒基因长度的方法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 延长生物的寿命 利用转基因的方法，将生物染色 体端粒复制 m 倍，然后利用转基因的方 法将 m 倍的端粒转到生物的生殖细胞中， 如精子、卵子、受精卵等，这样子代就 不是单细胞或者某个部位细胞延长寿命， 而是整个子代全身细胞都达到寿命延长， 延长寿命的理论值为 m 倍，四膜虫端粒 基因： m*n（CCCCAA）（TTGGGG ） n*m、m*n（GGGGTT ）（AACCC C）n*m ，人类端粒基因： m*n（CCCTAA ）（TTAGGG） n*m、m*n（GGGATT ）（AATCC C）n*m ，如四膜虫可存活 4 个月，如 果端粒延长 100 倍，则四膜虫的理论寿 命可以达到 400 个月；人类端粒被延长 100 倍，细胞分裂次数为 60*100，即 6000 次，那么人类的理论寿命可以达到 6000*2.5，即 15000 岁。 2.2.2 增加端粒酶 RNA 基因长度 的方法延长生物的寿命 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 利用转基因的方法，将生物端粒 酶 RNA 复制 m 倍，四膜虫端粒酶基因： 3-（ CCCCAA）*n）*m -5，人类 端粒酶基因：3-（AAUCCC）*n） *m -5，然后利用转基因的方法将 m 倍 的端粒酶 RNA 转到生物端粒酶中，并 将转基因端粒酶注入到生物本来就有活 性的生殖细胞中，如精子、卵子、受精 卵等，这样生殖细胞中由于有加长的端 粒酶 RNA 作用，生殖细胞中染色体端 粒就会被延长，子代就不是单细胞或者 某个部位细胞延长寿命，而是整个子代 全身细胞都达到寿命延长，延长理论寿 命为 m 倍，如四膜虫的端粒酶基因被延 长 100 倍，那么以延长的端粒酶 RNA 为模版的四膜虫端粒就相应的延长了 100 倍，四膜虫可存活 4 个月，端粒被 延长 100 倍，四膜虫的理论寿命可以达 到 400 个月；人类端粒酶 RNA 被延长 100 倍，那么以延长的端粒酶 RNA 为 模版的人类端粒就相应的延长了 100 倍， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 人类细胞的分裂代数就是 60*100，即 6000，人类的理论寿命就是 6000*2.5， 即可以达到 15000 岁。 最重要的是这种生物寿命的延长 是可以遗传的。 结论：根据前辈科学家的试验研 究得出结论，生物的寿命是由细胞的分 裂代数和每一代细胞的寿命决定的；每 一代细胞的寿命是由生物物种决定的， 不能改变；细胞分裂代数是由细胞内染 色体端粒的相对长度决定的，端粒相对 较长的，分裂代数就多，端粒相对较短 的，分裂代数就较少，端粒短到 0，就 损坏了染色体的遗传物质，细胞复制就 不再完整，细胞就死亡，不再复制；在 端粒酶的作用下，细胞不会死亡，永远 没完没了地分裂繁殖，只要染色体有端 粒的保护，细胞就会永远分裂下去，不 会死亡；端粒是在有端粒酶活性的细胞 中，由端粒酶按照自己为模板复制延长 的。 利用转基因的方法，通过延长生 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 殖细胞如精子、卵子、受精卵等的端粒 或者端粒酶的长度可以增加子代全身细 胞的分裂代数，从而增加生物的寿命， 延长端粒或者端粒酶多少倍，生物的寿 命就可以延长多少倍，从而可以实现人 为控制生物寿命的目的。 3 讨论 （1）延长寿命后生物的生长期 问题，如人类在不延长寿命时，成长期 为 18-20 年，18 岁成年，那么当寿命延 长到 15000 岁时，是否成长期会达到 1800 岁哪？生长这么多年，人类会不会 长到 100 米高哪？宠物熊猫会长的小山 一样大吗？ （2）可解决物种灭绝问题，假 如大熊猫能活过 20000 岁，