基因工程成果應用與發(fā)展前景

1、 基因工程在現(xiàn)代社會中的應用與前景基因工程是新世紀的最具發(fā)展前景的工程，隨著生物科學技術的發(fā)展，基因工程的某些成果已經(jīng)成功應用于我們的生活中，然而我們對基因的了解并沒有想象中的那么徹底，基因工程的發(fā)展仍需要幾代人的探索?；蚬こ痰母拍钍?，在基因水平上，采用與工程設計十分類似的方法，按照人類的需要進行設計，然后按設計方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代?；蚬こ桃话惆ㄋ膫€步驟：一是取得符合人們要求的DNA片段，即目的基因。被稱為分子剪刀的限制性轉(zhuǎn)切酶可以在DNA分子上找到特定的切點，然后將認準的雙鏈交錯切斷。自70年代以來，人們已找到400多種形形色色的分子剪刀”。

2、二是將目的基因與質(zhì)?；虿《綝NA連接成重組DNA。在用同一種分子剪刀剪切的兩種DNA碎片中加上分子針線一一DNA連接酶,就可以把兩種DNA片段重新連接起來。三是把重組DNA引入某種細胞。把拼接好的DNA分子運送到受體細胞中去，必須尋找一種分子小、能自由進出細胞，而且在裝載了外來的DNA片段后仍能照樣復制的運載體。理想的運載體是質(zhì)粒，因為質(zhì)粒能自由進出細菌細胞。四是把目的基因能表達的受體細胞挑選出來。目的基因的導入過程是肉眼看不到的。因此，要知道導入是否成功，事先應找到特定的標志。例如我們用一種經(jīng)過改造的抗四環(huán)素質(zhì)粒PSC100作載體，將一種基因移入自身無抗性的大腸桿菌時，如果基因移入后大腸桿菌

3、不能被四環(huán)素殺死，就說明轉(zhuǎn)入獲得成功了?？茖W家曾預言，21世紀是基因工程的世紀。基因工程對人類來說，作用是不可估量的，意義是深遠的。基因治療隨著人類對基因研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)許多疾病是由于基因結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生改變所引起的?？茖W家將不僅能發(fā)現(xiàn)有缺陷的基因，而且還能掌握如何進行對基因診斷、修復、治療和預防，這是生物技術發(fā)展的前沿。這項成果將給人類的健康和生活帶來不可估量的利益。所謂基因治療是指用基因工程的技術方法，將正常的基因轉(zhuǎn)如病患者的細胞中，以代病變基因，從而表達所缺乏的產(chǎn)物，或者通過關閉或降低異常表達的基因等途徑，達到治療某些遺傳病的目的。目前，已發(fā)現(xiàn)的遺傳病有6500多種，其中由單基因缺陷引

4、起的就有約3000多種。因此，遺傳病是基因治療的主要對象?；蛑委煹淖钚逻M展是即將用基因槍技術于基因治療。其方法是將特定的DNA用改進的基因槍技術導入小鼠的肌肉、肝臟、脾、腸道和皮膚獲得成功的表達。這一成功預示著人們未來可能利用基因槍傳送藥物到人體內(nèi)的特定部位，以取代傳統(tǒng)的接種疫苗，并用基因槍技術來治療遺傳病。目前，科學家們正在研究的是胎兒基因療法。如果現(xiàn)在的實驗療效得到進一步確證的話，就有可能將胎兒基因療法擴大到其它遺傳病，以防止出生患遺傳病癥的新生兒，從而從根本上提高后代的健康水平。加快農(nóng)作物新品種的培育科學家們在利用基因工程技術改良農(nóng)作物方面已取得重大進展，一場新的綠色革命近在眼前。這場

5、新的綠色革命的一個顯著特點就是生物技術、農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)藥行業(yè)將融合到一起?；蚣夹g的突破使科學家們得以用傳統(tǒng)育種專家難以想象的方式改良農(nóng)作物。例如，基因技術可以使農(nóng)作物自己釋放出殺蟲劑，可以使農(nóng)作物種植在旱地或鹽堿地上，或者生產(chǎn)出營養(yǎng)更豐富的食品?？茖W家們還在開發(fā)可以生產(chǎn)出能夠防病的疫苗和食品的農(nóng)作物。基因技術也使開發(fā)農(nóng)作物新品種的時間大為縮短。利用傳統(tǒng)的育種方法，需要七、八年時間才能培育出一個新的植物品種，基因工程技術使研究人員可以將任何一種基因注入到一種植物中，從而培育出一種全新的農(nóng)作物品種，時間則縮短一半。基因工程自20世紀70年代興起之后，經(jīng)過二十多年的發(fā)展歷程，取得了驚人的成績，特別

6、是近十年來，基因工程的發(fā)展更是突飛猛進?；蜣D(zhuǎn)移、基因擴增等技術的應用不僅使生命科學的研究發(fā)生了前所未有的變化，而且在實際應用領域醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護等方面也展示出美好的應用前景?；蚬こ膛c醫(yī)藥衛(wèi)生目前，基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用非常廣泛，主要包括以下方面：1.基因工程藥品的生產(chǎn)：許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本?；蚬こ桃葝u素胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從

7、豬、牛等動物的胰腺中提取，lOOKg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!基因工程干擾素干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”!過去從人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍貴”程度自不用多說?；蚬こ倘烁蓴_素a-2b（安達芬）是我國第一個全國產(chǎn)化基因工程人干擾素a-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療,是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生

8、物治療的主要藥物。其它基因工程藥物人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用?；蚬こ趟幤肥侵扑幑I(yè)上的重大突破。目前用基因診斷方法已經(jīng)能夠檢測出腸道病毒、單純皰疹病毒等許多種病毒?；蚬こ膛c農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)基因工程在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)上的應用主要是培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)或具有特殊用途的動植物新品種?；蚬こ淘谵r(nóng)業(yè)方面的應用主要表現(xiàn)在兩個方面。首先，是通過基因工程技術獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物。例如，用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。其次，是用基因工程的方法培育出具有各種抗逆性的作物新品種。自然界中細菌的種類是非常多

9、的，在細菌身上幾乎可以找到植物所需要的各種抗性，如抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等。如果將這些抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性?；蚬こ淘谛竽琉B(yǎng)殖業(yè)上的應用也具有廣闊的前景，科學家將某些特定基因與病毒DNA構(gòu)成重組DNA，然后通過感染或顯微注射技術將重組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。由這種受精卵發(fā)育成的動物可以獲得人們所需要的各種優(yōu)良品質(zhì)，如具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等。在工業(yè)上，由于用微生物進行發(fā)酵生產(chǎn)要比在大田中進行農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有許多優(yōu)越性，因而它已成為農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的一個遠景方向。而要實現(xiàn)這一目標，基因工程將是最有效的手段。例如，有人設想并正在

10、試驗將抗生素生產(chǎn)菌放線菌或霉菌的有關遺傳基因轉(zhuǎn)移至發(fā)酵時間更短、更易于培養(yǎng)的細菌細胞中；將動物或人產(chǎn)胰島素的遺傳基因轉(zhuǎn)移至酵母或細菌的細胞中；將家蠶產(chǎn)絲蛋白的基因引入細菌細胞中；把人或動物產(chǎn)抗體、干擾素、激素或白細胞介素（interleukin）等的基因轉(zhuǎn)移至細菌細胞中；把不同病毒的表面抗原基因轉(zhuǎn)移到細菌細胞中以生產(chǎn)各種疫苗；用基因工程手段提高各種氨基酸發(fā)酵菌的產(chǎn)量；構(gòu)建分解纖維素或木質(zhì)素以生產(chǎn)重要代謝產(chǎn)物的工程菌；基因工程還可以為人類開辟新的食物來源?；蚬こ膛c環(huán)境保護基因工程的方法可以用于環(huán)境監(jiān)測基因工程還可以用于被污染環(huán)境的凈化。造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程的方法回收和利用工業(yè)

11、廢物。凡此種種，都是一些可望取得成功和發(fā)展前景十分光明的研究課題。例如，目前用100000克胰臟只能提取34g胰島素，而用“工程菌”進行發(fā)酵生產(chǎn)，則只要用幾升發(fā)酵液就可取得同樣數(shù)量的產(chǎn)品。1978年,美國有兩個實驗室合作，使E.coli產(chǎn)生大白鼠胰島素的研究已獲成功。接著，又報道了通過基因工程使Ecoli合成人胰島素實驗成功的消息。他們在實驗室中曾將人胰島素A、B兩鏈的人工合成基因分別組合到E.coli的不同質(zhì)粒上，然后再轉(zhuǎn)移至菌體內(nèi)。這種重組質(zhì)?？稍贓.coli細胞內(nèi)進行正常的復制和表達，從而使帶有A、B鏈基因的“工程菌”菌株分別產(chǎn)生人胰島素的A、B鏈，然后再用人為的方法，在體外通過二硫鍵使

12、這兩條鏈連接成有活性的人胰島素。另外，在1977年，國外已利用基因工程技術，使E.coli生產(chǎn)出一種名為生長激素釋放因子“SRIH”的動物激素（一種十四肽，能抑制其他激素的釋放和治療糖尿病等），它原來要從羊的腦下垂體中提取，宰50萬頭羊也只能提取5mg的產(chǎn)品，而現(xiàn)在只要用10L發(fā)酵液就可獲得同樣的產(chǎn)量。近年來，應用遺傳工程獲得這類產(chǎn)品的例子正與日俱增，尤其是多肽類物質(zhì)，如腦啡肽（大腦中的鎮(zhèn)痛物質(zhì)）、卵清蛋白（即“OV”，389肽）、干擾素（用于治療病毒性感染）、胸腺素a-1（有免疫援助因子的作用，可治療癌癥）、乙型肝炎疫苗和口蹄疫病毒疫苗等。我國學者也急起直追，在腦啡肽、a-干擾素、Y-干擾素

13、、人生長激素、乙型肝炎疫苗、含乙肝表面抗原基因的牛痘病毒株以及青霉素酰化酶等的基因工程研究中，取得了一系列令人鼓舞的成果。（2）基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用基因工程在農(nóng)業(yè)上應用的領域也十分廣闊。有人估計，到本世紀末，每年上市的植物基因工程產(chǎn)品的價值，相當于醫(yī)藥產(chǎn)品的十倍。幾個主要的應用領域包括：將固氮菌的固氮基因轉(zhuǎn)移到生長在重要作物的根際微生物或致瘤微生物中去，或是干脆將它引入到這類作物的細胞中，以獲得能獨立固氮的新型作物品種。根據(jù)估算，利用前一方法，其研究經(jīng)費僅及通過常規(guī)方法發(fā)展氮肥工業(yè)以達到同樣效果的二百分之一至二千分之一；而后一途徑則更省事，其成本還不到上述的二千分之一；將木質(zhì)素分解酶的基因或

14、纖維素分解酶的基因重組到酵母菌內(nèi)，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上貯量極大并可永續(xù)利用的廉價原料來直接生產(chǎn)酒精，并可望為人類開辟一個取之不盡的新能源和化工原料來源；改良和培育農(nóng)作物和家畜、家禽新品種，包括提高光合作用效率以及各種抗性基因工程（植物的抗鹽、抗旱、抗病基因以及魚的抗凍蛋白基因）等?；蚬こ痰那熬皬?0年代起逐步建立起來的基因工程技術，使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分離變得十分容易。這些基因或特殊DNA片段的一級結(jié)構(gòu)（即它們的核苷酸序列）的測定也是十分容易的，由基因的核苷酸序列去推測蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的序列也變得輕易而舉。利用計算機技術可以很容易的對推測出來的蛋白質(zhì)進行高級結(jié)構(gòu)的分析，可以對來自不同生物種類的基因序列進行同源性分析。所有這些方法或技術的廣泛使用，不僅大大地推動了分子生物學的迅猛發(fā)展，而且也大大推動了生命科學各個分支領域的迅速發(fā)展。因此，基因工程技術的第一個重要應用領域就是大大的推動了科學理論研究的發(fā)展?；蚬こ碳夹g幾乎涉