基因工程的定义

1、基因工程的定义、诞生及重大发现基因工程是利用人工的方法将DNA在体外进行切割，再和一定的载体拼接重组，获得重组的DNA分子，然后导入宿主细胞或者个体，使受体生物的遗传特性得到修饰或改变的过程。基因工程的正式诞生是以斯坦福大学的Cohen等人于1973年建立的基因工程的基本模式为标志。Cohen的实验向人们证实，基因工程很容易打破不同的物种之间的界限，可以依据人们的目的和意愿定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型，因此把这一年定为基因工程诞生元年。基因工程得以诞生完全依赖于分子生物学、分子遗传学、微生物学等多学科研究的一系列重大突破，概括起来，从20世纪40年代开始，在现代分子生物学研究

2、领域中，理论上的三大发现和技术上的三大发现对基因工程的诞生起到了决定性作用。基因工程理论上的三大发现：（1）1928年，英国医生格里菲斯发现了生物主要的遗传物质是DNA（2）1953年，沃森和克里克明确了DNA的双螺旋结构和半保留复制的机制（3）1961年，以莱文伯格为代表的一批科学家，经过大量的实验，1966年全部破译了64个密码，编排了一本遗传密码字典。基因工程技术上的三大发现：（1）DNA分子的体外切割和连接。（2）利用载体携带DNA片段（3）大肠埃希菌转化体系的建立基因工程在医学上的研究进展摘要：从20世纪70年代发展起来的基因工程技术在短短的30多年中得到了飞速发展，并已成为生物技术

3、的核心技术。目前基因工程技术及其应用已进入了人类生活的各个领域，而在医学上则最为活跃，发展最为迅速。本文就基因工程在基因工程药物、基因诊断、基因治疗的研究做一综述。关键词：基因工程基因药物基因治疗基因诊断1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。1.1基因工程激素类药物1994年首次从牛的脑垂

4、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1；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2。1.2基因工程药物治疗肿瘤高丽等3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4采用Lipofectamine2000将携带人IL广18基因的质粒pCDNA31-hIL-18转导入Bcap

5、37细胞中，并筛选出阳性克隆；李振宇等5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6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一1型基因工程干扰素(rHuIF-Na1)与无环鸟苷(A

6、cV)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。92基因诊断基因诊断又称DNA诊断，主要是从基因水平确定病

7、变基因及其定位。目前已建立起多 种病变基因的诊断和治疗方法，如PCR扩增靶序列法、限制性片段长度多态性分析法（RFLP）、DNA与DNA芯片杂交病变图谱法等。2.1唐氏综合征产前基因诊断D21S141l和D21S1413STR基因座复合扩增体系可以快速、简便地进行唐氏综合征的基因诊断及产前基因诊断10；联合进行21号染色体上10个STR位点的基因分型,可准确、快速、简便地作出唐氏综合征的基因诊断,促唐氏综合征进产前诊断的开展，降低发病率11；采用酶联免疫方法测定妊娠1420w孕妇血清甲胎蛋白(AFP)和绒毛膜促性腺激素亚基(HCG)浓度,结合孕妇年龄、孕周和体重,用计算机软件进行分析，得到每位

8、孕妇所怀胎儿DS风险系数对筛查出胎儿唐氏综合征高风险孕妇，再利用21号染色体上的6个多态性位点对其作产前基因诊断,具有很好的应用价值12。2.2苯丙酮尿症（PKU）的基因诊断采用STR连锁分析结合基因序列分析的方法可为经典型苯丙酮尿症家系进行快速、准确的产前基因诊断13；联合采用短串联重复片段(shorttandemrepeats,STR)多态连锁分析和聚合酶链反应技术扩增苯丙氨酸羟化酶基因突变热区外显子直接测序,对3个经典型PKU先证者及家系成员进行综合分析，结论证实联合连锁分析和苯丙氨酸羟化酶基因突变检测,可为PKU家系提供可靠的产前诊断服务14。2.3血友病的基因诊断F9基因位于Xq26

9、3271，全长34kb，有8个外显子和7个内含子。导致HB的基因缺陷类型十分繁多，且无明显突变热点。对于未知突变的检测，目前国外多采用CSGE和dHPLC检测，而我们采用直接基因测序与间接遗传连锁分析相结合的方法：多重荧光PCR法联合6个STR位点(DXSll92、DXSl211、DXS8094、DXS8013、DXSl227、DXSl02)作遗传连锁分析。联合应用这些位点诊断率可达到9999，其中DXSl02位点国内外应用较多，其余位点则均为我们在人类基因库中寻找出的与F紧密相关的STR位点15。Kogen等16于1987年，首先了用PCR进行甲型血友病的基因诊断。3基因治疗基因治疗是指将正

10、常的外源基因通过基因转移技术插入患者特定的靶细胞中，取代患者受体细胞中的缺陷基因，最终达到纠正或补偿因基因缺陷或异常而引起的疾病。3.1基因工程治疗胰腺癌Konneretal17在临床前动物模型中已证实VEGF-Trap能有效抑制肿瘤生长和血管形成,导致肿瘤几乎完全无血供的状态；腺病毒ONYX-015是E1B(55kDa)基因缺失的腺病毒,而E1B基因与肿瘤抑制蛋白P53结合,能阻断P53介导的转录活性,目前已经用于治疗胰腺癌18；Carrereetal19进行了体内实验,利用PEI将SST2转染至鼠胰腺癌移植瘤中,发现体内转染SST2后可以导致瘤内微血管密度明显下降,VEGF表达显著下调,并

11、且强烈抑制胰腺癌的生长,故认为VEGF和肿瘤的血管化作用是SST2介导的抗胰腺癌的新靶点；韩旭etal20分别用整合素V、3及V3反义基因治疗大鼠胰腺癌,发现其可明显抑制大鼠胰腺癌组织的血管生长,可促进肿瘤细胞的凋亡,进而影响肿瘤生长,联合应用整合素V3对肿瘤的生长抑制作用更为显著。3.2基因工程治疗糖尿病近年来，人们进一步拓展思路2000年，Lee21构建了一种能够表达单链胰岛素类似物的基因。这种单链胰岛素类似物是将E肽由一段7个氨基酸的短肽替代，直接连接C，D两链，省去了传统的加工程序。这种单链胰岛素类似物的作用要明显强于胰岛素原，与人胰岛素的作用相近，能有效降低糖尿病大鼠的血糖达14天。

12、这种基因构建的成功，为替代基因治疗糖尿病又增添了新内容。葡萄糖激酶（GK）是肝细胞和胰岛细胞中葡萄糖代谢途径中的第一个关键酶。动物实 验证实，突变性葡萄糖激酶基因可增加葡萄糖诱导的胰岛素分泌，利用机体的自身机制来调节血糖，从根本上来治疗糖尿病。4.展望进年来，基因工程技术在医学方面发展迅速，为人类带来了巨大的经济效益和社会效益。日渐受到越来越多人们的关注。在这一过程中，基因工程发挥极大的作用。由于基因工程技术具有大量生产、应用临床、深入研究、扩大应用、改造不足等优点，将会在医学领域发挥更大的作用。让我们期待基因工程技术，乃至生物工程，为我们社会创造更多的财富。参考文献：1彭银祥、李勃、陈红星等

13、主编基因工程华中科技大学出版社2007：266-2752李立家、肖庚富编著基因工程北京科学出版社，2004.3：73高丽，李玉英，张政，等重组养麦胰蛋白酶抑制剂对HL-60细胞的促凋亡作用J中国实验血液学杂志，2007，15(1)：59-624韩明勇，刘奇，唐步坚，等IDl8基因转导乳腺癌细胞肿瘤原性的改变及抗瘤作用的研究J山东大学学报：医学版，2007，45(7)：714-7175李振宇，徐开林，潘秀英，等HSVTKHSVsr391K基因工程T细胞的研制J中国免疫学杂志，2007，23：99910036杨延梅，徐永升，杨洁安福隆治疗慢性乙型病毒性肝炎疗效观察J生物医学工程与I临床，2007，

14、11(2)：1411427胡立华，苏文霞干扰素联合胸腺肽al治疗慢性乙型肝炎32例分析J新疆医学，2006，36：20-218左冰24例单纯疱疹病毒性角膜炎临床分析J医药论坛杂志，2003，24(17)：439杨汝德主编基因工程广州华南理工大学出版社，2003.8：12-13.10史云芳张秀玲李岩张颖岳天孚唐氏综合征产前基因诊断的初步研究天津医药2007年11期11陈振斌雷箴阎梅朱金玲肖白梁燕丁洁苏畅刘敬忠用短串联重复序列诊断唐氏综合征中华医学遗传学杂志2004年2期12赵晓岚叶国玲楚雍烈刘琪蔡晓宁产前筛查和基因多态性位点在唐氏综合征产前诊断中的应用中国优生与遗传杂志ISTIC-2003年1期

15、13张菁菁孙云蒋涛许争峰STR结合基因序列分析用于经典型苯丙酮尿症的产前基因诊断现代妇产科进展ISTICPKU-2011年10期14胡浩王华唐华胡蓉周莹谢琼马力联合采用连锁分析和突变检测进行苯丙酮尿症的产前基因诊断中华围产医学杂志ISTIC-2011年2期15刘湘帆，王学锋，樊绮诗等联合多个微卫星DNA位点进行血友病B基因诊断J中华血液学杂志，2002，23(3)：14715016KogenSC,etal.AnimprovedmethodfordiseasesbyanalysisofamplifiedDNAsequences.ApplicationtohemophiliaA.NEnglJMed

16、1987;371;98517KonnerJ,DupontJ.Useofsolublerecombinantdecoyreceptorvascularendothelialgrowthfactortrap(VEGFTrap)toinhibitvascularendothelialgrowthfactoractivity.ClinColorectalCancer2004;4Suppl2:S81-S8518CarrereN,VernejoulF,SouqueA,AsnaciosA,VaysseN,PradayrolL,SusiniC,BuscailL,CordelierP.Characterizat

17、ionofthebystandereffectofsomatostatinreceptorsst2afterinvivogenetransferintohumanpancreaticcancercells.HumGeneTher2005;16:1175-1193 19虞昆,赵明飞,吴育连.溶瘤病毒治疗胰腺癌的研究进展.国外医学老年医学分册2006;27:185-18820韩旭,李杰,时昌文,李捷,徐宗珍,孙京杰,曹莉莉.整合素V和3反义基因抑制大鼠胰腺癌生长的实验研究.中国现代普外科进展2008;11:474-476,48021LeeHC,KimSJ,KimKS,etal.Remissioni

18、nmodelsoftype1diabetesbygenetherapyusingasingle-chaininsulinanalogue.Nature,2000,408(6811):483-488病毒疫苗基因工程抗病毒疫苗基因工程抗病毒疫苗为人类抵御病毒侵袭提供了用武之地。基因工程乙型肝炎疫苗、狂犬病疫苗、流行性出血热病毒疫苗、轮状病毒疫苗等应用于临床，提高了人类对各种病毒病的抵御能力。比如，乙型肝炎病毒疫苗的问世，使我国新生儿不再遭遇乙型肝炎病毒的侵袭，也降低了人群肝癌的发病率。又如，为治愈癌症正在研制的用单克隆抗体制成的“生物导弹”，就是按照人类的设计，把“生物导弹”发射出去，精确地命中癌

19、细胞，并炸死癌细胞而不伤害健康的细胞。就单克隆细胞而言，单克隆细胞在肿癌的诊断检测、显示定位、监测病变、监测疗效等方面也有重要价值。人类还通过基因工程生产抵御各种病菌、血吸虫、虐原虫等疫苗，提高人体对各种传染病的免疫力。脱氧核糖核酸或者基因疫苗的问世，变革了机体的免疫方式。如今，人们翘首关注困扰人类的艾滋病病毒(人类免疫缺陷病毒)疫苗的早日问世。基因工程抗体技术的发展，为克服单克隆抗体生产细胞株在生产过程中的不稳定性，为生产大量高效抗病毒疫苗提供了先进的生产工艺。3.3基因工程治疗疾病基因工程治疗疾病基因工程治疗疾病基因工程治疗疾病临床实践已经表明，基因治病已经变革了整个医学的预防和治疗领域。

20、比如，不治之症白痴病，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疾病约有4000种，包括单基因缺陷和多基因综合征。运用基因工程技术或者基因打靶的手段，将病毒的基因杀灭，插入校正基因，得以治疗、校正和预防遗传疾病的目的。人类精心设计的基因工程操作，克服了不同个体甚至物种之间由于器官移植所产生的免疫排斥作用，实现人体之间的移植已获成功，成功的实体器官移植有肾、心、肝、胰、肺、肠，也有双器官和多器官的联合移植。而人体与动物之间的器官移植成为现实，临床应用已是指日可待的事了。脱氧核糖核酸化学合成的完善和自动化，脱氧核糖核酸扩增技术的优化，为合成基因“探针”，提

21、高临床诊断的质量，是人类所殷切企盼的。基因治疗有两种途径，一是体细胞的基因治疗，二是生殖细胞的基因治疗。体细胞的基因治疗是将正常的遗传基因导入受精的卵细胞内，让这种遗传物质进入受精卵的基因组内，并随着受精卵分裂，分配到每一个子细胞中去，最终纠正未来个体的遗传缺陷。而生殖细胞的基因治疗是将人类设计的“目的基因”导入患有遗传病病人的生殖细胞内，此法操作技术异常复杂，又涉及伦理，缓行之理充足，故尚无人涉足。3.4基因工程诊病基因工程诊病基因工程诊病基因工程诊病运用基因手段诊病，从基因中寻找病根，旨在根治遗传性疾病和为癌症、艾滋病、白痴病之类的“不治之症”寻找新的诊断渠道。目前，聚合酶链反应的基因诊断

22、技术是在基因水平上对人体疾病进行诊断的最新技术。从原理上说，医生只要拥有适当的工具“探针”，就可正确诊断任何一种基因疾病，而且不论该疾病基因是否产生相应的蛋白质。此法诊断已经不限于癌症的诊断，也用于产前诊断和症状前诊断。此外，用在法医上，特别是鉴定犯罪，只要在犯罪现场采到一滴血、一根毛发或者微量的唾液、精斑或者单个精子，都可为擒获犯罪提供线索。4总结总结总结总结基因工程的发展使得人们更好的利用已有的资源进行品种改良，获得新品种，在病毒的研究及防治起着重要作用。利用基因的的整合与转导研究出新疫苗，且在临床医学方面意义深远.参考文献1龚非力医学免疫学M北京:科学出版社,2003.12孟琳升中医治癌

23、大成M北京:科学技术出版社,1995.43冯作化医学分子生物学M北京:人民卫生出版社,2001.94孙明基因工程M高等教育出版社，2006.56李玉林分子病理学M北京:人民卫生出版社,2002.8由于得益于生物新技术的飞速发展，生命科学领域的研究也正以前所未有的速度发展，给医药科学带来了革命性的变化，尤其是举世瞩目的人类基因组计划及其后续的研究，不仅在阐述生命活动、遗传学方面发挥了巨大作用，同时对人类疾病的诊断、治疗、预防和药物的研发将产生重大影响。基因工程作为生物技术的核内容，已成为现代高新技术的标志之一。目前，基因工程领域的研究与开发工作十分活跃，新成果不断涌现，发展日新月异。基因工程技术

24、已渗入了药学领域研究中，研究、开发防治重大疾病的有效药物，始终是药学领域的重要内容。基因工程在医学上主要应用于生产基因工程药物、疾病诊断、基因治疗。基因药物是指利用基因序列数据，经生物信息学分析、高通量基因表达、高通量功能筛选和体内外药效研究开发得到新药候选物。目前已有数百种基因药物进入临床各期实验。基因药物治疗可以说是现代医疗技术上的一次革命，相对于传统的化学合成药物的治疗，基因药物有着特有的优势：（1）高疗效和长疗效，好的载体能使治疗基因在细胞内长期稳定表达治疗蛋白，从而达到一劳永逸的效果；而传统药物代谢快，需经常服用。（2）副作用少，与传统药物的全身性作用相反，基因治疗药物的靶向性极强，

25、可特异性地作用于某类组织及细胞上。（3）针对性强，基因治疗可以解决那些对传统药物效果不好的疾病，如各类肿瘤、遗传性疾病以免疫相关的疫病等 。基因工程药物有激素与细胞分裂素、生理调节因子、血液制品、疫苗、单克隆抗体几类。如人胰岛素、人生长激素、人促缸细胞生成素、人尿激酶、组织纤溶酶激活剂、乙肝疫苗、干扰素等药物已可以用基因工程的方法生产。在疾病诊断方面，科学家现已完成了许多病原微生物的基因组测序。如流感嗜血杆菌、生殖器支原体、幽门螺杆菌、结核杆菌和梅毒螺旋体等，为进一步了解这些病原菌的致病机理，设计诊断、预防和治疗的新方法提供有价值的信息。通过基因工程细胞生产的单克隆抗体是一种快速而准确的诊断试

26、剂。1990年美国启动人类基因组计划(HGP)，欧盟国家、日本、饿罗斯、加拿大、澳大利亚和我国科学家相继加入该计划。此计划将使A4rl深入认识许多困扰人类的重大疾病的发病机 理并寻找治疗方法。在人类基因组计划的研究过程中，已发现j肥胖基因、支气管哮喘基因。为诊断和治疗这些疾病提供新的途径。2000年6月22日科学家宣布人类基因组草图已绘制成功，人类基因组的测序工作已基本完成，下一步工作是弄清各基因的功能，寻找致病基因，我国科学家也承担人类基因组中1的测序工作。目前，遗传性疾病、恶性肿瘤、传染性疾病如艾滋病等还设有有效的治疗手段，基因工程可能为这些疾病的治疗在理论、技术上带来突破，有可能采用基因

27、治疗的方法，用正常基因补充缺失或异常突变基因。转基因药用植物和转基因药用动物在药学领域中的应用。转基因药用植物或器官和组织研究(尤其是后者)，是我国近几年药物(主要是中药)生物技术比较活跃的领域之一。转基因药用植物研究的方法，主要是分别通过发根农杆菌和根癌农杆菌诱导植物形成毛状根和冠瘿瘤，进而再分化形成植物植株。中国医学科学院药用植物所用此法对丹参进行了研究，将其与栽培的丹参作了形态和化学成分上的比较研究，结果发现，毛状根再生的植株叶片皱缩，节间缩短，植株矮化，须根发达;而冠瘿组织再生的植株株形高大,根系发达,产量高,丹参酮的含量高于对照。这对丹参的良种繁育,提高药材质量具有重要意义。据报道,

28、宁夏枸杞的幼茎,能被根癌农杆菌感染后获得的抗性愈伤组织,能在选择分化培养基上分化出芽点,并长出完整植株。湖南中医学院等单位将西洋参DNA导入大豆,得到了转基因大豆,并对后代形态形状变异、异黄酮类化合物的含量进行了分析,从中筛选出了有效成分含量较高的新物质。目前,转基因药用植物器官和组织的研究文献报道较多,已有青蒿、黄芪、丹参、红豆杉、决明、大黄、栝楼等10多种药用植物转化的器官 发状根诱导成功,并建立起了它们的培养系统。对青蒿、黄芪、丹参的发状根培养研究已经相当深入,进入了大规模培养的水平,不仅进行了有效成分的研究,而且部分还进行了药理作用试验。对青蒿的研究还克隆出了有效成分生物合成途径中的关键酶基因。分子生物学技术与药物筛选。传统的药物筛选是从研究疾病发生的生化机理开始的。从生化代谢途径中找出对病变起关键作用的酶,酶被提取纯化后(往往从动物组织内提取) ,用各种可能的药物去作用于该酶,以筛选合适的药物。分子生物学及基因克隆技术的日趋成熟,给药物筛选增加了