基因工程的现状与发展.doc

基因工程的发展与应用随着时代的发展，基因工程这个词在人们的日常生活中已经不再陌生，各类转基因产品陆陆续续出现在市场上。基因工程在20世纪取得了很大的进展，这至少有两个有力的证明。一是转基因动植物，一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因，使得动植物具有了原先没有的全新的性状，这引起了一场农业革命。随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，生物学家设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。 渴望按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。 这种做法就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。根据时势，我们总结下科学家在基因工程方面的最新尝试项目最新尝试目的光合作用利用基因工程技术提高二磷酸核酮糖羧化酶的羧化酶活性，降低加氧酶活性增加植物对二氧化碳的固定效率，提高栽培作物的光合作用效率生物固氮利用基因工程技术把固氮菌的固氮基因导入非豆科作物的细胞中培育出具有固氮能力的非豆科农作物生物反应器利用基因工程技术把相应基因导入栽培植物和饲养动物的细胞中生产蛋白质药物或疫苗很显然，虽然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，并取得了飞跃的成功，如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物，它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。“克隆”一时间成为人们注目的焦点。现在我们来看看基因工程在工业方面的发展与应用 1、环保工业 随着化学工业的迅速发展,产生了为数众多的化合物。其中不少都是能持久存在的有毒物质，这些物质的存在对人们所处的环境造成了极大的威胁。基因工程技术则有望解决这一难题。科学家通过DNA重组技术得到分解性能较高的工程菌种和具有特殊降解功能的菌株，从而大大提高有机物的降解效率，同时也扩大了可降解的污染物种类。例如, 马里兰大学的Copppella博士等将在研究对硫磷降解时得到的水解酶基因转化到Strepomyces lividans中,最后得到的转化菌株能稳定地水解硫磷,此菌株发酵液可用在农药厂的废水处理中。 2、食品工业和酶制剂工业 基因工程在工业方面的应用具有代表性的是在食品发酵工业中的应用。例如，在酱油制造过程中，可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可以酿造出颜色浅、口味淡的酱油。在奶制品生产中，通过转基因技术将外源DNA导入乳酸菌中可以提高其在发酵过程中的稳定性，提高营养价值并缩短生产周期。 3、农业方面的应用 （1） 种植业 基因工程在农业上应用的领域也十分广阔。有人估计，到本世纪末，每年上市的植物基因工程产品的价值，相当于医药产品的十倍。 基因工程在农业方面的应用主要表现在两个方面。 第一、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，因番茄、香蕉、菠菜等果蔬在贮存和运输过程中容易腐烂，就此，科学家们通过转基因技术改良果蔬的遗传特性，生产出转基因延熟番茄等一系列营养价值高，耐贮藏的果蔬。 应用基因工程技术还可以使粮食中的蛋白质含量提高美国威斯康星大学的研究人员将菜豆储藏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。 植物光合作用效率的高低决定了其产量的多少，英国剑桥的植物育种所研究了如何转移叶绿体基因，将其中的高光效基因转移到另一品种中去，以增加其光合效率，从而能产生更多的粮食 第二、用基因工程的方法培育出具有各种抗逆性的作物新品种。 植物的抗逆性包括抗虫、抗病毒、抗细菌和真菌、抗除草剂、抗非生物胁迫（如抗寒、抗旱、抗盐、抗碱、抗热、抗涝）等多方面。例如，自1986年美国把烟草花叶病毒的外壳蛋白基因转移到番茄体内，培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株后，抗黄瓜叶病毒的转基因植株。陆续培育成功。在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花，培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。 植物的抗逆性还表现在抗寒上，科学家目前已成功地将北冰洋比目鱼的抗冻基因导入草莓中，并在美国上市销售。科学家还发现了一种与合成脯氨酸有关的基因，将其转入固氮菌后，后者获得了既固氮又抗盐的能力，从而有助于植物的生长。 （2）养殖业 现代养殖业的发展需要大量的动物优良品种，常规育种技术往往需大量的种群和漫长的时间，而转基因技术的应用具有独特的优势，转基因家畜的实验首先是从兔、猪、绵羊开始的，目前转基因牛、猪、兔和羊均已问世。含有人生长激素基因的转基因猪生长周期 明显缩短，饲料利用率及瘦肉比大幅度提高。转基因牛的研究主要集中在提高牛奶中K-酪蛋白组分的含量、无乳糖牛奶的生产和提高牛的产奶量三个方面。转基因家禽中，能够稳定产生家禽白血病病毒包衣糖蛋白的转基因鸡已问世。 4、基因工程在医药卫生领域的应用 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： （1）基因工程药物 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。例如，头孢菌素类抗生素中最重要的是中间7ACA，最近国外报导采用基因工程技术将编码酶（酰基转移酶）的基因直接转入头孢菌素C的产生菌株中，使其发酵时直接一步产生7ACA。又如，维生素C生物合成中的重要中间体2-酮-L-古洛糖酸的一步转化法，最近美国基因工程公司采用重组DNA技术构建新的代谢工程菌，是将分离得到的2.5-酮-L-古洛糖酸还原基因克隆和表达载体转移到草生欧文氏杆菌中去，从而实现了从D-葡萄糖堇经一步发转就转化成2-酮-L-古洛糖酸。 利用转基因动物-乳腺生物反应器来生产基因药物是一种全新的生产模式，与以往的制药技术相比，具有不可比拟的优越性。如荷兰金发马(GenPharm)公司用转基因牛生产乳铁蛋白，英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊乳汁中含有(1-抗胰蛋白酶(1-antitrypsin)可治疗肺气肿（一种因体内缺乏抗胰蛋白酶而导致的遗传病）。 应用转基因植物生产基因工程疫苗同样也有着极好的前景。与传统疫苗相比，这种疫苗生产成本显著降低、比传统免疫途径更有效、比传统的免疫途径更安全、易储存和分发，不需要冷藏设备。此外转基因植物生产的口服疫苗，不仅提供了疫苗而且提供了营养；特别是香蕉一类水果作转基因口服疫苗大为广大儿童所喜欢。 （2）基因工程在医学临床上的应用 基因工程在医学临床上应用主要包括基因诊断和基因治疗。它们为人类及时，有效治疗恶性肿瘤和心血管等重大疾病和防治肝炎，艾滋病大规模流行带来希望。 基因诊断是上世纪70年代末迅速发展一项诊断技术，能做到病原体尚没有出现症状前就能作出准确的诊断。例如，肝炎病毒引起的传染病易于传播，给诊断和治疗都带来了很多困难，利用DNA 探针可以迅速地检出肝炎患者的病毒，为肝炎的诊断提供了一种快速简便的方法。目前用基因诊断方法已经能够检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等许多种病毒。 基因诊断技术在诊断遗传性疾病方面发展得尤为迅速。目前人们已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。在基因诊断技术在肿瘤诊断中的应用也取得了重要成果，例如，用白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针，可以用来检测白血病。 基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的基因工程的兴起，使得基因治疗成为可能。一些目前尚无有效治疗手段的疾病，如遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、老年痴呆及爱滋病等，可望通过基因治疗来达到防治的目的。下面是基因治疗的几个例子。 如复合免疫缺陷综合征的基因治疗、黑色素瘤的基因治疗以及其它遗传病的基因治疗。基因治疗目前在临床实践中虽尚