基因工程的应用前景

基因工程的应用前景

摘要：

介绍了植物基因工程和动物基因工程的研究内容。基因的表达、植物基因工程在抗病虫害方面和动物基因在基因疫苗的应用、基因治疗的方法、基因的调控、基因调控的研究方法。

关键字：

基因工程、基因表达、基因控制、基因疫苗、抗病虫害、基因治疗。 前言：

近20年来，现代生物技术发展迅猛，在医药、农业、工业、环保等诸多领域显示出深远而广阔的应用前景。目前，全球生物技术发展的基本格局是：美国占据了绝对优势，拥有世界上约一半的生物技术公司和一半的生物技术专利；西欧和日本属于第二层次，各国政府都在调动企业、学校等多方生物技术和生物工程资源，积极建立强大的生物技术基础研究基地；第三层次是古巴、以色列、韩国、印度等国，它们也投入到竞争行列。生物技术的成长，为生物制品业发展提供了巨大的技术支持动力。

与发达国家相比，我国生物技术发展起步较晚，基础较差。但随着我国政府的高度重视，特别是把现代生物技术列入国家“863”计划和重点科研攻关项目以来，我国生物技术行业取得了令人瞩目的成绩，总体水平和规模在发展中国家居于领先地位。目前，我国从事生物技术研究开发的高校和科研院所约300家，公司约有300多家，科研人员超过2万人，资金总投入约为23.2亿元

正文：

在10世纪时中国发明了种痘术，用人痘接种法预防天花，这是人工自动免疫预防传染病的创始。种痘不仅减轻了病情，还减少了死亡。17世纪时，俄国人来中国学习种痘，随后传到土耳其、英国、日本、朝鲜、东南亚各国，后又传入美洲、非洲。1796年英国人E. 詹纳发明接种牛痘苗方法预防天花，他用弱毒病毒（牛痘）给人接种，预防强毒病毒（天花）感染，使人不得天花。此法安全有效，很快推广到世界各地。牛痘苗可算作第一种安全有效的生物制品。微生物学和化学的发展促进了生物制品的研究与制作。19世纪中期，“免疫”概念已基本形成。1885年法国人L. 巴斯德发明狂犬病疫苗，用人工方法减弱病毒的致病毒力，做成疫苗，被狂犬咬伤的人及时注射疫苗后，可避免发生狂犬病。巴斯德用同样方法制成鸡霍乱活疫苗、炭疽活疫苗，将过去以毒攻毒的办法改为以弱制强。D.E. 沙门、H.O. 史密斯等人研究加热灭活疫苗，先后研制成功伤寒、霍乱等灭活疫苗。19世纪末日本人北里柴三郎和德国人贝林，E.(A.）用化学法处理白喉和破伤风毒素，使其在处理后失去了致病力，接种动物后的血清中和相应的毒素，这种血清称为抗毒素，这种脱毒的毒素称为类毒素。R. 科赫制成结核菌素，用来检查人体是否有结核菌感染。抗原—抗体反应概念的出现，有助于临床诊断。这些为微生物和免疫学发展奠定了基础，继续发展出各种生物制品，在预防疾病方面越发显得重要，是控制和消灭传染病不可缺少的步骤之一。

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。

基因表达的主要过程是基因的转录和信使核糖核酸(mRNA）的翻译。基因调控主要发生在三个水平上，即①DNA 水平上的调控、转录控制和翻译控制；②微生物通过基因调控可以改变代谢方式以适应环境的变化， 这类基因调控一般是短暂的和可逆的；③多细胞生物的基因调控是细胞分化、形态发生和个体发育的基础，这类调控一般是长期的，而且往往是不可逆的。基因调控的研究有广泛的生物学意义，是发生遗传学和分子遗传学的重要研究领域。 通过基因调控，微生物可以避免过多地合成氨基酸、核苷酸之类物质。如果使它们的调节基因发生突变，就可以得到大量合成这些物质的菌种，把这些菌种用在发酵工业上，使产量大幅度增长。在遗传工程的研究中应用基因调控的原理可使外源基因表达(见重组DNA 技术），所以基因调控的理论探讨还具有生产实践意义。

长期以来, 植物病害的防治主要靠抗病育种和合理栽培管理。采用有性杂交的方式来获得抗病品种存在着各种局限性, 因为抗性基因是受多基因控制, 并且往往与一些不良基因连锁在一起, 而基因工程则是在单个目的基因上进行, 具有快速性和定向性。另外抗病品种存在选育时间长、抗性容易退化等问题。

1986 年美国科学家Beachy 将烟草花叶病毒(TMV) 外壳蛋白基因导入烟草获得了首例抗病毒转基因烟草。大田实验结果表明, 在接种了TMV 以后, 转基因植物只有约5 %的植株得病, ,而对照植株的发病率为99 %。在抗病毒基因工程中, 目前主要采用的方法是将病毒的外壳蛋白(CP) 基因导入植物, 使番茄、黄瓜、南瓜、甜椒等植物具有抗病性。1992 年美国国家科学院公布了Hayakawa 研究小组利用禾谷类作物抗病毒外蛋白技术获得成功。

我国也获得了多种转基因抗病毒植物, 如将合成的CMV 和TMV 外壳蛋白基因用Ti 质粒介导引入烟草良种NC89 ,得到了TMV/ CMV 的转基因烟草, 并已获大面积推广。1999 年美国批准转基因抗病毒马铃薯、西葫芦、番木瓜品种进行生产后, 我国也有转基因抗病毒烟草、番茄和甜椒品种被批准商业化应用。荷兰的一家植物生物技术公司应用转基因技术培育出一种抗真菌草莓新品种, 不仅能减少草莓的病害, 并能延长草莓的保鲜期。

基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。基因治疗与常规治疗方法不同：一般意义上疾病的治疗针对的是因基因异常而导致的各种症状，而基因治疗针对的是疾病的根源--异常的基因本身。基因治疗有二种形式：一是体细胞基因治疗，正在广泛使用；二是生殖细胞基因治疗，因能引起遗传改变而受到限制。

从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一，基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。总之基因工程前景一片光明，这还需要人们不懈的努力。

参考文献：

陈章良 《植物基因工程研究》

李延平 《植物基因工程. 生物学教学》

王关林, 方宏筠 《 植物基因工程[M] 》

张春嵋, 吴祖建, 林奇英 《植物抗病基因的研究进展. 生物技术通报》

智东海, 王云峰, 陈洪岩 《我国兽用基因工程疫苗发现状与策略》