基因工程综述(共7页)

1、基因工程(jyn gngchng)综述 基因工程（geneticengineering）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(chnpn)。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。从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应

2、用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。 基因工程是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。 基因工程自20世纪70年代兴起之后，经过20多年的发展历程，取得了惊人的成绩(chngj)，特别是近十年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基因扩增等技术的应用不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域医药卫

3、生、农牧业、食品工业、环境保护等方面也展示出美好的应用前景。1.基因工程与医药卫生 目前，基因工程在医药卫生领域的应用非常广泛，主要包括以下两个方面。在药品生产中，有些药品是直接从生物体的组织、细胞或血液中提取的。由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。用基因工程方法制造的“工程菌”，可以高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。基因工程药品是制药工业上的重大突破。胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上给病人注射用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远远不能满足社会的需要。1979年，科学

4、家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内表达获得成功。这样，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2t猪胰腺中提取的量。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投入市场，其售价比用传统方法生产的胰岛素的售价降低了30%50%。 目前，用基因工程方法生产的药物已经有六十余种，除胰岛素、干扰素外，还有白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品，以及预防乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱、伤寒、虐疾等疾病的各类疫苗。其中一部分药品已经商品化，还有一部分处于临床试验阶段。我国的第一个生物工业园区上海生物技术工业园区已经正式兴建。1

5、997年，我国自己生产的白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗、人生长激素等几种基因工程药物也已经投产。以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有 重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。目前，应用基因工

6、程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外(zhngwi)六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。2.基因工程(jyn gngchng)与农牧业、食品工业 基因工程在农牧业生产上的应用主要是培育高

7、产、优质或具有特殊用途的动植物新品种(pnzhng)。近几年来，利用基因工程方法培养的转基因动植物在农业和畜牧业生产上取得了一系列的突破，尤其是在农业生产上推出了一批创新品种，显示出了巨大的发展潜力。 基因工程在农业方面的应用主要表现在两个方面。首先，是通过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。例如，用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。1981年，科学家将菜豆储存蛋白的基因转移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植株。如果以此作为技术基础，把大豆蛋白的基因转移到水稻、小麦等粮食作物中，就可以提高这些作物的蛋白质含量，改善它们的品质。其次，是用基因工程的方法培育出具有各种抗逆性

8、的作物新品种。自然界中细菌的种类是非常多的，在细菌身上几乎可以找到植物所需要的各种抗性，如抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等。如果将这些抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。1982年科学家把细菌中的抗卡那霉素基因转移到烟草、向日葵和胡萝卜等作物中，一举获得成功。此后短短的几年中，科学家又培育出了数十种具有抗病毒、抗虫、抗除草剂的作物新品种。如抗虫的烟草、番茄、马铃薯、玉米、大豆、油菜、棉等作物，抗黄瓜花叶病毒、苜蓿花叶病毒的作物，以及抗除草剂的植物等。1993年，中国农业科学院的科学家成功地将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因转入棉植株，培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。从2

9、0世纪80年代每个科学家获得第一株转基因植物到现在的十几年时间内，农业生物技术的发展日新月异，大量的转基因植物进入了大田试验，有不少转基因作物被批准进入商品化生产。农业生物技术的研究主要集中在美国、加拿大和欧洲的一些发达国家以及南美和亚洲的一些国家。从1987年到1999年1月，美国共批准4779项基因工程作物进入大田试验。从基因工程作物大田试验的种类来看，试验次数最多的是抗除草剂的基因作物，其次是抗病虫害的农作物；从作物品种来看，已经进入大规模测试的农作物有玉米、土豆、番茄、大豆、棉花、瓜类，水稻、小麦等已进入中型规模的大田试验。至1999年，转基因玉米、番茄、土豆、棉花、大豆等均已批准进入

10、市场。据统计，全球消费的农产品中，大豆的60%、棉花的40%、玉米的30%都是经过基因工程改造过农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植

11、物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱(nai hn)和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物。随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学

12、家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。 基因(jyn)工程在畜牧养殖业上的应用也具有广阔的前景，科学家将某些特定基因与病毒DNA构成重组DNA，然后通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中由这种受精卵发育成的动物可以获得人们所需要的各种优良品质，如具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等。3.基因工程(jyn gngchng)与环境保护 基因工程的方法可以用于环境监测。工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远

13、超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及

14、植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予(fy)表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。据报道，用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。具体的方法是使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。此方法的特点是快速、灵敏。用传统方法进行检测，一次需要耗费几天或几个星期的时间，精确度也不高。用DNA探针只需要花费一天的时间，并且能够大幅度地提高检测精度，据

15、报道，1t水中有10个病毒也能检测出来。 基因工程还可以用于被污染环境的净化。随着石油工业的迅速发展，石油这种含有多种烃类的物质不断地对陆地、海洋造成污染。自然环境中有一类叫做假单孢杆菌的细菌能够分解石油，但是，每一种假单孢杆菌只能分解石油中的某一种成分。1975年，科学家用基因工程的方法，把能分解三种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。用超级细菌分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率(xio l)。目前，科学家已经用基因工程方法培养出了“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。还有一些科学家正努力通过基因重组构建新

16、的杀虫剂，以取代生产过程中耗能多，又易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程的方法回收和利用工业废物。凡此种种，都是一些可望取得成功和发展前景十分光明的研究课题。我国基因研究进展 人类基因项目是国家“863”高科技计划的重要组成部分。在医学上，人类基因与人类的疾病有相关性，一旦弄清某基因与某疾病的具体关系，人们就可以制造出该疾病的基因药物，对人类健康长寿产生巨大(jd)影响。据介绍，人类基因样本总数约10万条，现已找到并完成测序的约有8000条。 近些年我国对人类基因组研究十分关注，在国家自然科学基金、“863计划以及地方政府(zhngf)等多渠道的经费资助下，已在北京、上海两地建立了具备先进

17、科研条件的国家级基因研究中心。同时，科技人员紧跟世界新技术的发展，在基因工程研究的关键技术和成果产业化方面均有突破性的进展。我国人类基因组研究已走在世界先进行列，某些基因工程药物也开始进入应用阶段。目前，我国在蛋白基因的突变研究、血液病的基因治疗、食管癌研究、分子进化理论、白血病相关基因的结构研究等项目的基础性研究上，有的成果已处于国际领先水平，有的已形成了自己的技术体系。而乙肝疫苗、重组型干扰素、重组人红细胞生成素，以及转基因动物的药物生产器等十多个基因工程药物，均已进入了产业化阶段。科学研究证明，一些困扰人类健康的主要疾病，例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。依据已经破译的

18、基因序列和功能，找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选，甚至基于已有的基因知识来设计新药，就能“有的放矢”地修补或替换这些病变的基因，从而根治顽症。基因药物将成为21世纪医药中的耀眼明星。基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据，也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。比如，有同样生活习惯和生活环境的人，由于具有不同基因序列，对同一种病的易感性就大不一样。明显的例子有，同为吸烟人群，有人就易患肺癌，有人则不然。医生会根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导，使其养成科学合理的生活习惯，最大可能地预防疾病。 由于(yuy)基因工程运用DNA分子重组技术，能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体，具有新奇遗传性状的新型产物，增强了人们改造动植物的主观能动性、预见性。而且在人类疾病的诊断、治疗等方面具有革命性的推动作用，对人口素质、环境保护等作出具大贡献。所以，各国政府及一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用，抢夺这一高科技制高点。其应用前景十分广阔。我国基因工程技术尚落后于发达国家