基因工程 2.doc

基因工程基因工程（genetic engineering）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。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。历史大事记1866年，奥地利遗传学家孟德尔神父根据豌豆杂交实验发现生物的遗传基因规律，提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。1868年，瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分。酸性部分就是后来的所谓的DNA；1882年，德国胚胎学家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内的包含有大量的分裂的线状物体，也就是后来的染色体；1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念 2载体。1944年 3位美国科学家分离出细菌的DNA（脱氧核糖核酸），并发现DNA是携带生命遗传物质的分子。1953年，美国生化学家沃森和英国物理学家克里克宣布他们发现了DNA的双螺旋结构，奠下了基因工程的基础；1969年 科学家成功分离出第一个基因。1980年 科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠。1983年 科学家首次培育出世界第一个转基因植物转基因烟草。1988年 K.Mullis发明了PCR技术。1990年10月 被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。1994年中科院曾邦哲提出转基因禽类金蛋计划和“输卵管生物反应器（oviduct bioreactor）”以及“系统遗传学（system genetics）”等概念、原理、名词和方法等。1996年，第一只克隆羊诞生；1998年 一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉遗传公司，与国际人类基因组计划展开竞争。1998年12月 一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成，这是科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。1999年9月 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%。中国是继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的惟一发展中国家。1999年12月1日国际人类基因组计划联合研究小组宣布，完整破译出人体第22对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定。2000年4月6日美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整遗传密码，但遭到不少科学家的质疑。2000年4月底 中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架图。2000年5月8日 德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第21对染色体的测序工作。2000年6月26日 科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。2000年12月14日 美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。科学家首次公布人类基因组草图“基因信息”。人类基因组计划人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2015年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。基因工程药物基因工程药物是指利用基因工程技术研制和生产的药物，主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核苷酸药物等，它们对预防、诊断和治疗人类的肿瘤、心血管疾病、糖尿病、类风湿性疾病、各种遗传病和传染病等有重要的作用。自20世纪80年代初第一种基因工程产品人胰岛素投放市场以来，以基因工程药物为主导的基因工程产业就已经成为全球发展最快的产业之一。1.1基因工程激素类药物1994年首次从牛的脑垂体中分离出生长激素，1956年又从人脑垂体中分离出生长激素，1969年人生长激素的氨基酸序列被确定，终于在1985年美国食品与药物管理局批准了第一代重组人生长激素上市1982年在美国诞生了世界上第一种基因工程药物重组人胰岛素1.2基因工程药物治疗肿瘤高丽等研究基因重组荞麦胰蛋白酶抑制剂(rBTI)诱导HL-60细胞凋亡的作用，结果表明来自蓼科植物的重组养麦胰蛋白酶抑制剂能够有效的抑制HL-60肿瘤细胞的生长，抑制 作用呈剂量依赖性，但对正常外周血单核细胞的生长没有影响；韩明勇等采用制备慢病毒载体为基础的野生型及突变型单纯疱疹病毒胸苷激酶(HSVTKHSVsr39TK)基因工程T细胞(TK+T及sr39TK+T细胞)并研究应用HSVsr39TKACV系统进行防治GVHD，以达到减轻前体药物毒性，拓宽前体药物选择范围的目的。1.3基因工程药物治疗病毒感染杨延梅等证明安福隆治疗慢性乙型病毒性肝炎疗效确切；胡立华等7观察了重组基因工程药物干扰素(IFlNa-Ib)与胸腺肽al联合治疗慢性乙型肝炎的疗效，显示联合用药的强大抗病毒活性，是目前治疗慢性乙型肝炎较为理想的方案；左冰8采用a型基因工程干扰素(rHuIF-Na1)与无环鸟苷(AcV)联合治疗24单纯疱疹病毒性角膜炎患者，获得满意效果。1.4通过转基因动植物生产的基因药物20世纪90年代初，G.Wright等人已成功的培育出一种转基因绵羊，其乳腺能分泌抗胰蛋白酶（ATT）；1995年1月，以色列的科学家们，经过长达7年得辛勤研究，培育出转基因山羊“吉迪”，它携带有人血清蛋白基因；1998年2月，我国上海医学遗传与复旦大学遗传所获得首批与人凝血第九因子基因整合的转基因山羊，能在乳汁中分泌出有活性的能治疗血友病的人凝血第九因子；1999年8月，中国科学院动物所科研人员，在对农药产生抗性的昆虫中成功克隆出解毒酶基因。 动物基因工程动物基因工程全面系统地论述了动物基因工程的基本原理和应用。主要内容包括基因的分子生物学基础、技术基础、酶学基础和操作程序；介绍了动物细胞工程、转基因动物、基因治疗和基因免疫的基本原理及其在生命科学研究、医药、动物遗传育种、疾病诊断和治疗等方面的应用。基因工程属当代科技的前沿技术，理论性和技术性强。动物基因工程则立足于在基因水平进行设计重组，在细胞、组织和动物个体水平表达。动物基因工程仅在动物基因结构和表达调控的原理与应用方面给以简明扼要的论述，既可作为高等院校生物技术、畜牧兽医、动物检疫、食品工程及医学等学科的教科书，又可供从事生物技术研究方面的科研人员参考。9 克隆羊多莉1996年7月5日，英国科学家伊恩维尔穆特博士用一个成年羊的体细胞成功的克隆出了一只小羊。这只小羊与它的“父亲”一模一样。动物的繁衍一般都要经过有性繁殖过程，要使它们能够无性繁殖，必须经过复杂的操作程序。食物基因工程基因工程食品：生产方法与检测技术从科学的角度，介绍了基因工程食品的生产方法、局限性和前景，说明了欧洲对基因工程食品管理的立法情况，阐述了基因工程食品的检测技术，包括基因改造生物的检测、基于DNA分子的遗传改造检测方法、基因工程鱼及其检测方法、基因工程作物的检测方法、在多组分和加工类食品中检测基因工程应用情况的方法、乳酸乳球菌的遗传变异及其检测以及食品发酵生产过程中使用的基因工程生物的检测方法。其主旨为专业研究人员和管理者提供基本的研究思路、科学的检测技术和可供借鉴的管理方法，以期达到确保公众的知情权和最大限度保证基因工程食品安全。（1） 蛋白质 蛋白质是人类不可缺少的营养素之一，虽然有许多食物中富含蛋白质，但真正高品质的蛋白质很少。如植物蛋白和动物蛋白各有利弊，由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。 例如，豆类植物中蛋氨酸的含量很低，但赖氨酸的含量很高；而谷类作物中的蛋白质含量正相反，通过基因工程技术，可将谷类植物基因导入豆类植物，开发蛋氨酸含量高的转基因大豆4。 我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10%以上，硫氨基酸尤为显著5。 美国FloridaGainesville大学的科学家将外来的高分子量面筋蛋白基因导入一普通小麦中，获得了含量更多的高分子量面筋蛋白质的小麦，这样的小麦面筋蛋白具有良好的延伸性和弹性6。 （2）油脂 食物中各种脂肪酸对人体起不同作用，可以通过对链长短的控制以及饱和度的调节来改变脂肪的含量，同时可以减少脂肪氧化和酸败，去除不好的气味，让人们可以接受一些原来有着不好气味的食品。食用油有3个重要的质量指标：营养价值、氧化稳定性和功能性6。 对油脂品质的改善主要集中在2个方面：控制脂肪酸的链长和控制脂肪酸的饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。 美国DuPont公司通过反义抑制或/和共同抑制油酸酯脱氢酶，开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性，很适合用作煎炸油和烹调油7。导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因，油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%；硬脂酸-COA可使转基因作物中的饱和脂肪酸（软脂酸、硬脂酸）的含量下降，不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸）的含量增加，其中油酸的含量可增加7倍8。 （2） （3）碳水化合物 对碳水化合物的改进，只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及淀粉合成的酶类主要有：ADPP葡萄糖焦磷酸酶（ADP-GPP）、淀粉合成酶（SS）和分枝酶（BE）9。通过反义基因抑制淀粉分