生物技术的发展和应用.doc

生物技术的发展和应用自2001年初，生物技术产业便显现出一片诱人的前景。人类基因组草图的即将完成，带动各生物技术的不断飚升。人们普遍认为这将导致医学与药物研究的繁荣，并会带来滚滚的财富。随着基因组测序的完成，许多科学家和投资者开始把目光投向生物技术向个学科的渗透，如今生物技术已经在芯片、医学等领域都取得丰硕的成果。下面对生物芯片、基因治疗及微生物的研究的基本问题作简单的介绍。（一）生物芯片20世纪90年代初开始实施的人类基因组计划取得了人们当初意料不到的巨大进展，而由此也诞生了一项类似于计算机芯片技术的新兴生物高技术生物芯片。生物芯片主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统，以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。目前常见的生物芯片分为三大类：即基因芯片、蛋白芯片、芯片实验室或称微流控芯片等。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成的成千上万密集排列的分子微阵列，能够在很短时间内分析大量的生物分子，使人们能够快速准确地获取样品中的生物信息，检测效率是传统检测手段的成百上千倍。使用基因芯片分析人类基因组，可找出癌症、糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病的致病的遗传基因。生物医学研究人员可以在数秒钟内鉴定出导致癌症的突变基因。借助一小滴测试液，医生们能很快检测病菌对人体的感染。利用基因芯片分析遗传基因，可以使糖尿病的确诊率达到50以上。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势，它可以在一张芯片上同时对多个病人进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品，在极短时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。对肿瘤、糖尿病、传染性疾病、遗传病等常见病和多发病的临床检验及健康人群检查，具有十分重要的应用价值。（二）基因治疗众里盼她千百度，如今，基因治疗已近走出实验室，进入实践阶段，如：癌症的基因治疗，肿瘤的基因治疗属于一种生物治疗手段，是一大类治疗策略的总称。根据治疗机理不同，目前至少可以分为以下几方面：（1）免疫基因治疗：指的是通过基因修饰的瘤苗或抗原呈递细胞体内回输，或者免疫基因的直接体内导入，激发或增强人体的抗肿瘤免疫功能，达到治疗肿瘤的目的，它也是一大类治疗的总称。治疗基因包括肿瘤相关抗原基因、细胞因子基因或者MHC基因等。（2）抑癌基因治疗：抑癌基因的失活是肿瘤发生过程中重要的分子事件，研究证明，体内导入野生型抑癌基因，替代缺失或异常的抑癌基因表达，可以达到抑制肿瘤细胞增殖的效果。目前研究较为深入的抑癌基因治疗主要运用P53、P16、RB基因等，其中又以P53基因应用最广泛，许多治疗方案已进入临床试验阶段。（3）反义癌基因治疗：癌基因是一类细胞增殖调控正信号基因，具有促使细胞增殖，阻止细胞分化的特点，癌基因的激活是肿瘤发生过程中另一重要的分子事件。通过人工合成的寡核苷酸与癌基因编码的mRAN互补结合，可以抑制mRNA的转录，达到封闭癌基因的目的。目前的治疗方案主要采用反义MYC、NEU、Kras基因等。（4）自杀基因治疗：自杀基因是一种酶解前体药物激活基因，其产物具有将无毒或低毒的前体药物转变为细胞毒性药物的特性。选择性将自杀基因导入宿主肿瘤细胞内并表达，同时给予前体药物，并被酶解为细胞毒药物，特异性杀伤肿瘤细胞。目前常用的自杀基因治疗系统主要有胸苷激酶基因更替洛韦系统和胞嘧啶脱氨酶基因5氟胞嘧啶系统，其中后者的酶解产物为5FU，它分子量小、易扩散、毒性高，本身就是许多恶性肿瘤的一线化疗药物。（5）抗血管生成基因治疗：通过基因导入并表达的手段，在体内长期维持一定水平的血管生成抑制因子，抑制肿瘤血管的生成，从而达到抑制肿瘤增殖、复发和转移。（6）其它基因治疗：例如耐药基因治疗，即将耐药基因导入骨髓干细胞，表达后尽可能地保护干细胞免受细胞毒药物的骨髓抑制作用。随着生物技术的发展，和基因研究的不断进步，我们可以大胆的想象，癌症必将在不久的将来被科学家攻克，不再危害人类。（三）微生物的研究生物技术在微生物方面的研究，已经深入到一定程度，并在众多领域取得了举世瞩目的成就，为社会盈取了巨大的效益，特别是在农林业尤为引人注目。人们熟悉一句话“朽木不可雕也”。事实上朽木变成废物主要是某些微生物长期作用的结果。木材主要由木质素所组成，它是由2030木质部组成的植物产品，系芳香核的多聚有机物，特别是它的纯品受生物降解非常缓慢。木质素是木材工业或其加工业的大量废弃物之一，每年工业处理木材产生的废物形式的木质素就有近35万吨。其实它是一大类有用的生物资源，通过某些微生物可以得到充分作用。如用它作原料制取醇类产品、洁净生物能源和菌体蛋白质产品，可饲用或民用。但是，微生物也可使木材腐朽、树木枯萎，造成巨大经济损失。已经确定一些担子菌类是引发木材腐朽的祸根，这是真菌侵害、长期作用的结果。这类真菌分为两组：褐色致病菌和白色致病菌。前者主要破坏纤维素和半纤维素成分，几乎对木质素不起作用，这些菌有 Coniphora puteana，绿色木霉，它们含有强力的水解酶，分解木材多糖，脱甲基作用，酶系还破坏芳香环；后者首先对木质素起作用，几乎不使纤维素多糖受损害，这些菌有黄白卧孔菌、变色多孔菌、粗皮侧耳。它们破坏木质素形成白色物质，是个氧化过程，脱去甲基，形成二酚，被二加氧酶分解了。除上两组真菌外，也发现既分解木质素，又分解纤维素的真菌，称之为软腐真菌组，也可叫第三组，如球毛壳，随着研究的深入，除分解木质素的这些白腐担子真菌之外，在真菌中还有子囊菌的代表如青霉和曲霉以及不完全真菌如镰孢、链格孢等均具有同样的降解功能。在放线菌中有链霉菌和热单胞菌，细菌中有无色杆菌、农杆菌、不动杆菌、好氧单胞菌、诺卡氏菌、假单胞菌、黄单胞菌和微球菌等的参与。它们分解木质素能力是微弱的，但其群体的作用也不可小视。从上可以看出，分解木质素的微生物中真菌是个强大的生物因子，它可以使木材腐朽化、树木枯朽等，危害极大。如何防治它们的破坏性呢？就生物防治途径而言，值得深入研究。（一）对付真菌可探究溶真菌细菌以及其它真菌的寄生物或其它拮抗体；（二）对付细菌则可寻找细菌的寄生物，最主要的是噬菌体和蛭孤菌的选育及其利用。（三）木材的防腐朽，微生物方法值得注意。研究人员发现一种微生物对木材及其制品具有防腐作用，只要将菌液涂刷在木材或木制品上就管用，菌液浸入木质纤维中使其固化，对那些破坏木质纤维的有害菌类的入侵带来困难，因此，几经菌液处理过的木材在高温、潮湿和水中浸泡的环境中以及将它埋藏于地下60年以上均不会腐朽，这种微生物改性木材很有开发前景。总之，微生物均有其双重性，可用其益，去其害。如今生物技术完美的完成了两