基因工程论文

1、基因工程在食品中的应用李东 北京电子科技职业学院 12生物1摘 要： 近几十年随科技发展，基因工程在食品中的应用越来越广泛并取得了一些研究成果。本文综述了基因工程在在食品原料改良、食品加工、食品检测、转基因食品等方面的应用，展望了今后基因工程在食品中的应用的发展。 关键词： 基因工程 食品工业 应用 基因工程作为生命科学领域的前沿科学，在近几十年得到了迅速的发展和广泛的应用。随着人们生活水平的提高，对食品的标准也有了进一步的要求，基因工程应用于食品之中不仅能使食品质量得以提高，还能为世界面临的粮食危机、能源环保等问题提供新的解决思路和方法。二十一世纪，基因工程在食品工业中将得到更为广泛的应用。

2、下面对基因工程在食品原料改良、食品加工、食品检测、转基因食品等方面的应用进行简单综述。基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段1、食品原料改良 1.1碳水化合物的改良 利用基因工程来调节淀粉合成过程中特定酶的含量或几种酶之间的比例，从而达到增加淀粉含量或获得独特性质、品质优良的新型淀粉。高等植物体内涉

3、及淀粉生物合成的关键性酶类主要有:ADP葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGlcpyrophosphorylase, AGPP),淀粉合成酶(Starchsynthase,SS)和淀粉分支酶(Starchbranchingenzyme, SBE)，其中淀粉合成酶又包括颗粒凝结型淀粉合成酶(Granule-boundstarch synthase, GBSS)和可溶性淀粉酶(Solublestarch synthase, SSS)。淀粉含量的增加或减少，对作物而言，都有其利用价值。增加淀粉含量，就可能增加干物质，使其具有更高的商业价值。减少淀粉含

4、量，减少淀粉合成的碳流，可生成其它贮存物质，如贮存蛋白的积累增加。 淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。直链淀粉和支链淀粉的比例决定了淀粉粒的结构，进而影响着淀粉的质量、功能和应用领域。改变淀粉结构有着很多潜在的应用价值。高支链，低支链或低直链，高直链的淀粉都有着广泛的工农业用途。基因工程改变淀粉质量集中于对GBSS, SSS和SBE三种酶的操作上。Visse:等人利用反义RNA技术，向马铃薯中导入反向连接的GBSS基因，导致GBSS基因含量和活性下降，进而导致马铃薯块茎中直链淀粉含量减少70%-100%。相反，在无直链淀粉的马铃薯块茎中导入GBSS基因，成功地弥补了直链淀粉的缺

5、乏。同样地利用反义RNA技术，在木薯、水稻等植物中，也获得了低(或无直链淀粉的转化体。可以说，对GBSS的操作是控制直链淀粉的可靠途径 1.2油脂的改良 对油脂品质的改善主要集中在两个方面：控制脂肪酸的链长和饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。美国DuPon t公司通过反义抑制或和共同抑制油酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性，很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-A脱氢酶的反义基因，油菜种子中硬脂酸的含量从2增加到40硬脂酸-COA可使转基因作物中的饱和脂肪酸软脂酸、硬脂酸）的含量下降，不饱和脂肪

6、酸油酸、亚油酸）的含量增加，其中油酸的含量可增加7倍。在含不饱和脂肪酸的P G 含量低的蓝藻突变株中克隆野生型染色体基因片段, 从恢复到野生型的重组株中回收了能把脂肪酸A 12 位改变成双键的脂肪酸不饱和化酶PG 油酸不饱和化酶, deAs 基因. 该酶基因由1 0 5 3 碱基(编码351 个氨基酸) 构成. 与先克隆出的不饱和化酶硬脂酸一C o A 碱基序列有30 % 以下同源性、氮基酸序列的同源性只有10 %以下. 这与海外企业进行的研究结果很相似. 要克隆出其他的脂肪酸不饱和化酶成功的可能性很低. 村田等正在以蓝藻的Ades一的cDNA 为探针选择高等植物的脂肪酸不饱和化酶. 已经克隆

7、出2 个备用的c D N A脂肪酸不饱和化酶在高等植物中有3 种、蓝藻中有4 种. 在工业上价值最高的酶是催化A 6 位双键形成、从而合成, 亚麻酸的酶. 村田等用蓝藻克隆出这种不饱和化酶. 蓝藻容易转化, 而且能同源重组. 它有利用克隆出的备用C D N A 序列, 利用基因操作破坏宿主所适应的酶, 再分析重组蓝藻中的P G, 就能简单地鉴定出脂肪酸不饱和化酶的优点.另外, 村田打算利用蓝藻通过温度变化克隆出调节表达最敏感的A l , 位不饱和化的酶(在高等植物中没有)以便解明依赖于温度的基因表达开关器的结构. 1.3蛋白质的改良 食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养

8、不良。采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。例如，豆类植物中蛋氨酸的含量很低，但赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆。 2食品加工 随着食品工业的发展，对酶、蛋白质、氨基酸、香精、甜味剂等原辅料的需求量大增，而这些原辅料传统上靠动植物供应，由于受气候、季节、生长期等因素的影响，供应量往往不能满足需要。现在基因工程技术已能将许多酶、蛋白质、氨基酸和香精以及其他多种物质的基因克隆入合适的微生物宿主细胞中利用细菌的快速繁殖来大量生产。例如将牛胃蛋白酶的基

9、因克隆入微生物体内，由细菌生产这种动物来源的酶类，将解决奶酪工业受制于凝乳酶来源不足的问题；从西非发现的由植物果实中提取的甜味蛋白质(thauna tin)的DNA编码序列已经被克隆入细菌，以生产这种高效低热量新型甜味剂等。下面重点介绍基因工程在啤酒工业、乳品工业、甜蛋白方面的应用。 2.1啤酒工业2.1.1大麦的选育： (1)利用RFIP限制性片断长度多样性）技术对大麦进行抗病选育、a淀粉酶多基因族分析大麦醇溶蛋白的研究及品种鉴定 (2)利用转基因技术将外源基因直接导入大麦，用于品种改良、抗虫和抗病选育，人们期待着基因重组技术能产生耐枯斑病等病害的大麦品种。2.1.2啤酒稻的选育： 大米是啤

10、酒酿造中使用最广的辅料，但普通大米的用量提高到30时，麦汁中a氨基氮含量会不足而影响酵母的正常生长和发酵。利用基因转移技术、细胞融合技术等选育高蛋白、低脂肪、低NSP非淀粉多糖）的水稻品种，专门用于啤酒酿造，进一步提高辅料比例，降低生产成本。 2.1.3啤酒酵母的改造： 可降低啤酒双乙酰含量而改善啤酒风味；选育出分解B前聚糖和糊精的啤酒酵母，能够明显地提高麦汁的分解率并改善啤酒质量；构建具有优良嗜杀其他菌类活性的嗜杀啤酒酵母已成为实现纯种发酵的重要措施。利用粮食替代品酿造啤酒的首选原料是纤维素因为纤维素是自然界存量最多的有机物，某些真菌如平菇、香菇、灵芝、红曲霉等对纤维素有很强的分解能力，如果

11、利用现代基因工程技术将这些真菌中控制纤维素酶，合成的基因转移到啤酒酵母中去，那么啤酒酵母就能利用纤维素酿造啤酒，改变传统的啤酒生产中消耗大量的大麦和大米等粮食的局面。 2.1.4新型基因工程菌治理废水： 我国目前普通采用活性污泥射流曝气法处理啤酒厂废水，为废水的达标排放做出了积极贡献。但是，该法仅仅处理掉了废水中的一部分有机物，对苯类、酚类、Cl-、Na+ Cu纠等有害无机物基本上没什么作用。固定化微生物技术是一种高效、快速、能连续处理的废水处理系统，利用它可以强化降解废水中的有毒物质、免除污泥处理的二次污染。近几年来，人们借助细胞工程基因工程等现代生物技术，创造出有特殊功能的新型微生物品种，

12、如“石油菌”、耐汞细菌、“DDT菌”等，将来人们也一定会创造出专门适合处理啤酒废水的“啤酒菌”。 2.2乳品工业 2.2.1提高牛乳产量： 将采用基因工程技术生产的牛生长激素（BSD）注射到母牛上，可提高母牛产奶量。目前利用DNA的克隆繁殖技术，把人垂体激素（sT重组体互补到BS的砷，利用外源BS睐注射乳牛，可提高l5左右的产奶量，圈砚已进入商业化领域。现在英、美等国都已采用BST来提高乳牛的产奶量，具有极大的经济效益，且对人体无害。 2.2.2改善牛乳的成分： 利用B-半乳糖苷酶水解乳中的乳糖，对众多乳糖不耐症者是一个难得的好产品。可将编码通过基因工程技术将ß-半乳糖苷酶基因转入G

13、RAs级的微生物细胞作为宿主，在宿主调节基因的调控下，在发酵罐规模上生产表达有优良特性的ß-乳糖苷酶基因。此外，针对ß乳白蛋白的mRNA用核酸编码的转基因，使与乳糖合成有关的a-乳白蛋白（是乳糖产生的催化物质）的基因被淘汰，以此达到降低乳中乳糖含量的目的。 2.3甜蛋白 甜蛋白来源于西非热带植物的果实，正常结果所需生态环境非常苛刻，很难在其它地区引种成功，从天然植物来源中提取甜蛋白难以形成规模。因此，自80年代末以来，国际上开始了采用基因工程技术人工合成甜蛋白的研究工作。现已合成多种甜蛋白，其中thaumat in甜蛋白已在美国食品与药物管理局登记，被允许在美国国内作为甜味

14、剂使用。我国自1994年开展人工合成甜味剂的研究工作，由中国农业科学院生物技术所的研究人员主持的“利用基因工程技术高效表达高甜度蛋白”项目已取得可喜进展，日前通过专家鉴定。该项成果首次在国际上采用细菌优化密码子，人工合成了蛋白甜度为相同重量蔗糖甜度1100倍的单链monellin蛋白基因；通过定点突变，又首次获得了蛋白产物甜度为相同重量蔗糖甜度4500倍的monellin甜蛋白基因，并通过优化发酵条件使其在大肠杆菌中得到表达。其表达效率在40左右，发酵时间仅为24- 36h（国外发酵时间120- 180h。 3、食品检测基因工程用于食品检测主要有两方面：1食品微生物的检测，采用核酸探针（基因探

15、针）和多聚酶链反应技术检测食品中的致病菌。2用于食品中转基因成分的检测。 DNA探针食品检测中的应用；用DNA探针检测食品中微生物的关键是DNA探针的构建。为保证检测结果的高度特异性，必须根据具体的检测目标，构建不同的DNN探针。构建用于检测食品中微生物的DNA探针的原则是，以待检微生物中特异性保守基因序列为目标I:NY以该序列的互补卧作为杂交探针，对一般微生物而言，可以用决定该微生物特有的生理、生化特征的基因序列构建特异性的DNA探针。单核细胞增生利斯特氏菌是一种病原菌，ke rdah等用非放射性DNA探针和酶联免疫测定相结合，来检测食品中的单核细胞增生利斯特氏菌，结果表明该方法不受伊氏利斯

16、特氏菌等其它利斯特氏菌的影响，具有高度的专一性，可以将单核细胞增生利斯特氏菌和其它利斯特氏菌区分开，并可节省分析时间. Connor等用PCR结合DNA探针来检测和鉴定食品中的利斯特氏菌和单核细胞增生利斯特氏菌，根据16SrRNA和 23SrRNA基因间的间隔区序列设计PCR引物，将PCR引物和利斯特氏菌以及单核细胞增生利斯特氏菌的特定寡核苷酸探针进行杂交，通过比色法测定杂交体，结果表明最低检测限度为1-10cfu/25ml品，可以用于食品的检测。 4、转基因食品商业化的转基因食品按照其来源可分为植物、动物和微生物转基因食品。植物转基因食品从来源上看，涉及的食品或食品原料主要包括大豆、玉米、番

17、茄、甜椒、西葫芦等；动物转基因食品主要足利用胚胎移植技术培养生长速率快、抗病能力强、肉质好的动物或动物制品，但由于技术方面的原因，转基因动物的产业化进程远远落后于转基因植物的产业化进程，至今还没有商品化的转基因动物养殖品种；转基因微生物食品主要是利用微生物的相互作用， 培养一系列对人类有利的新物种。转基因食品大致可分为两大类：一类是改造原有基因，使一些性状不表现出来，如保鲜西红柿，就是通过阻止其中腐烂基因表达来延长它的保存期：另一类是导入其他基因，从而使其产生新的性状，如在乳酸菌中导入低聚糖基因，就能起到预防人体心血管疾病的特殊作用。 转基因食品给人类带来许多好处：一是可按各个国家的需求来培植

18、农作物，生产所需的食品。如通过导入硬脂酸-脱氢酶的反义基因，可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2增加到40而将硬脂酸-AOC脱饱和酶导入作物后，可使转基因作物中的饱和脂肪酸（软脂酸、硬脂酸）含量下降，不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸）含量增加，其中油酸的含量可增加7倍。二是可节约能源，保护环境，防治病虫害。传统农业的耕种主要施用化肥、农药来防治病虫害，不仅耗用过多的水资源，也造成了环境污染。而转基因技术的出现，可将抗病虫害、抗除草剂等基因转入农作物，使其具有相应的杀死病虫或抑制病虫害的能力，可减少或不用喷洒农药，保护环境，降低成本。如我国首创的将人工合成的抗菌肽体基因以农杆菌为载体导入水稻细胞里，可

19、得到6种抗白叶枯病细菌病害的株系。三是可获得高产稳产、质优价廉的新品种。1983以来，美国有48种不同植物的300 0多例转基因植物问世，包括番茄、大豆、小麦、水稻、玉米、马铃薯、西葫芦等，其中涉及品质改良的占21. 4近3种转基因植物已经被准许进行商业性种植。四足可增强果蔬食品的保鲜性能。如番茄、香蕉、苹果、菠菜等果蔬由于成熟快，在储存和运输过程中易腐烂、变质，造成巨大损失。乙烯足果实的催熟剂，主要是AOC合成酶和AOC氧化酶起作用，通过基因克隆这两种酶，利用反义基因技术抑制这两种基因的表达，可达到延缓果实成熟，延长保质期的目的。五是可改善发酵食品的品质和风味。如在酱油酿造过程中，木糖可与酱

20、油中的氨基酸反应产生褐色物质，影响酱油的风味。木糖的生成与制造酱油用的米曲霉中木聚糖酶的含量与活力有关。通过克隆米曲霉中的木聚糖酶基因，用反义RNA技术抑制该酶的表达所构建的工程菌株酿造酱油，可大大降低这种不良反应，从而酿造出颜色浅、口味淡的优质酱油。六是可提高食品的抗冻能力，如把北冰洋比目鱼的抗冻基因导入草莓中，可提高转基因草莓的抗冻能力，把胡萝卜的AFF转入到烟草中，可明显提高转基因烟草的抗冻能力。七是可提高食物维生素和微量元素的含量。如把编码八氢番茄红素合成酶( phytoene synthase)的psy基因导入作物可提高维生素A含量：把编码大豆铁蛋白（soybean ferriti)的基因导入水稻，可使转基因水稻种子胚乳中铁的含量提高3倍。 5、展望 基因工程在食品工业中的应用使