现代生命科学导论期末

基因工程技术

作者：沈文涛

学号：11061322 专业：自动化（老师，您好。我是自动化学院的沈文涛。我现在大一，去年刚经历好高考的洗礼。在填志愿的时候，在物理方面和生物方面中纠结许久，最终我放弃了在生物方面的进一步学习，选择了自动化专业。可是，从初中开始，我就感觉与生物接下不解之缘，尤其是里面的基因工程，感觉是多么神奇的事情。还有高考时做的很多的遗传的题目，让我很有兴趣。所以期末的论文我就决定以基因工程技术作为主题。）摘要：生物体性状的相对稳定——遗传和变异。基因工程作为一门理论性与实践性较强的学科,其方法与技术已经渗透到现代生命科学的各个分支领域,成为生命科学的一门核心技术。基因工程包含许多独特的实验方法和技术,不仅内容丰富,涉及面广,实用性也强。基因工程是通过DNA 重组技术, 获得具有特殊生物遗传性状和功能的遗传工具生物体, 基因工程技术广泛应用于农业、医学、食品工业等。本文就基因工程的应用现状综合阐述。

关键词：性状、遗传、环境、变异、基因、DNA。

1.1基因工程的简介

1.1.1基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。

1.1.2基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术。是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它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。

1.2基因工程技术

从实质上讲，基因工程的定义强调了外源DNA分子的新组合被引入到一种新的寄主生物中进行繁殖。这种DNA分子的新组合是按工程学的方法进行设计和操作的，这就赋予基因工程跨越天然物种屏障的能力，克服了固有的生物种间限制，扩大和带来了定向创造生物的可能性，这是基因工程的最大特点。

基因工程包括把来自不同生物的基因同有自主复制能力的载体DNA 在体外人工连接，构成新的重组的DNA，然后送到受体生物中去表达，从而产生遗传物质和状态的转移和重新组合。

基因工程要素：包括外源DNA，载体分子，工具酶和受体细胞等。一个完整的、用于生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有（1）外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。

这一部分的工作是整个基因工程的基础，因此又称为基因工程的上游部分；（2）适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组；（3）外源基因的导入；（4）外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选；（5）外源基因表达产物的生理功能的核实；（6）转基因新品系的选育和建立，以及转基因新品系的效益分析；（7）生态与进化安全保障机制的建立；（8）消费安全评价。目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工程的第四步工作。

以上步骤完成后，在全部的受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。检测的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。

2.1 在农业上的应用

2.1.1 抗除草剂的植物基因工程

资料表明, 每年杂草造成的经济损失占农作物总产值的10%-20%左右尽管除草剂的使用, 对大规模机械化耕作, 减少劳力开支和提

高量有极为重要的作用, 但一般除草剂的选择性较差, 即除了杀草

以外, 还会将作物杀死。现在利用生物技术, 将能抵抗除草剂的基因

转移到植物中, 获得抗除草剂的植物, 如美国的孟山都公司将除草

剂草甘磷的靶酶的cDNA 克隆转入油菜[1] , 目前, 已获得的抗除草剂作物有大豆、棉花、玉米、水稻和甜菜等20 多种。

2.1.2 抗虫的植物基因工程

生物防治害虫的工作已经开展多年, 主要是利用苏云金杆菌中

的毒蛋白( 结晶蛋白) 对害虫有毒害作用, 使用这些杆菌来控制害虫。现在, 人们可以通过克隆这些毒蛋白的基因(Bt 基因) 并把这些基因转移到植物细胞中, 从而获得能抗虫的转基因植物。目前, Bt 基因已被转入烟草、番茄、马铃薯、水稻、玉米及棉花等多种植物中。1996 年转Bt 基因棉花在美国种植66 万hm2 经中国农科院棉花所引进在华北试种两年, 在多点表现突出, 在完全不喷杀虫剂的情况下, 单产仍然高于喷撒2- 3 次杀虫剂的中国推广棉花[2] , 显示出了控制棉铃虫的极好前景。

2.1.3 动物转基因育种

动物基因工程研究主要集中在改良家畜、家禽的经济性状和通过转基因动物进行药物或蛋白质的生产等方面, 目前已取得了显著的

成就, 先后培育出转基因猪、羊、牛和鱼等, 另一种转基因猪是带有人体基因的猪, 这种转基因猪客望能解决人体移植动物器官的遗体

排斥问题。随着动物基因工程技术的逐渐成熟和转人体血红蛋白的基因猪、转人体血清蛋白的基因山羊等的问世, 不仅能生产出大量人类所需的血红蛋白、白蛋白等药物而且为动物育种开辟了一条全新的途径。

2.2 在医学上的应用

2.2.1 基因工程药物

利用基因工程技术开发新型治疗药物是当前最活跃和发展最快的领域。[3]自1982 年世界第一个基因工程药物- - - 重组胰岛素投放市场以来, 基因工程药物就成为制药行业的一支奇兵, 每年平均有3- 4 个新药或疫苗问世, 开发成功的约50 个药品, 诸如人胰岛素、忍尿激酶、人生长激素、干扰素、激活剂、乙肝疫苗等广泛应用于治疗癌症、肝炎、发育不良、糖尿病和一些遗传病上, 在很多领域特别是疑难病症上, 起到了传统化学药物难以达到的作用

2.2.2 基因治疗

基因治疗是指由于某种基因缺陷引起的遗传病通过转基因技术

而得到纠正。临床实践已经表明: 基因治病已经变革了整个医学的预防和治疗领域。比如白痴病, 用健康的基因更换或者矫正患者的有缺损的基因, 就有可能根治这种疾病。现在已知的人类遗传病约有4000种, 包括单基因缺陷和多基因的综合症。运用基因工程技术或基因打靶的手段, 将病毒的基因杀灭, 插入矫正基因, 得以治疗、校正和预防遗传疾病的目的。目前, 基因治疗已扩大到肿瘤、心血管系统疾病、神经系统疾病等的治疗[4]。人类也已成功实现了肾、心、肝、胰、肺等器官的移植, 也有双器官和多器官的联合移植。

迄今为止，基因工程还没有用于人体，但已在从细菌到家畜的几乎所有非人生命物体上做了实验，并取得了成功。在美国，大约有一半的大豆和四分之一的玉米都是转基因的。[5]目前，是否该在农业中采用转基因动植物已成为人们争论的焦点：支持者认为，转基因的农产品更容易生长，也含有更多的营养（甚至药物），有助于减缓世界范围内的饥荒和疾病；而反对者则认为，在农产品中引入新的基因会产生副作用，尤其是会破坏环境。

因此转基因食品有利有弊，我们要听取专家的意见，根据自己的实际情况判断是否购买。

参考文献：

[1] 陈渝军, 林晶. 基因工程技术在医药卫生领域的应用及发展.

药品评价,2005, 2( 2) : 144- 145.

[2] 童克中.基因及其表达.北京: 科学出版社, 2001.

[3] 周黎, 柯传奎.基因工程药物研究现状与对策[ J] .生命科学仪器2004.1: 22.

[4]Malmberg LH, Hu WS, Sherman DH·Journal of Bacteriology,1993, 175(11): 6916~6924·

[5] 郭宏秋,杨胜利·微生物学通报, 1996, 23(4): 227~230·