基因工程的发展现状和应用前景
科技情报开发与经济
文章编号:1005-6033(2010)35-0146-03
SCI -TECH INFORMATION DEVELOPMENT &ECONOMY 2010年第20卷第35期
收稿日期:2010-11-02
基因工程的发展现状和应用前景
孙
毅
(信阳师范学院生命科学学院,河南信阳,464000)
摘要:介绍了“基因”和“基因工程”,从植物育种、动物育种、医学、保护生物多样性等6个方面阐述了基因工程的应用价值,对基因工程的研究前景进行了展望。关键词:基因;基因工程;应用前景中图分类号:Q343.1
文献标识码:A
命科学工作者利用该技术培育出的土豆西红柿杂种作物便是其中一个例子,该生物工程新种是地下结块茎,上部长番茄;美国生物学界霍尔主持的课题组已运用现代生物技术把菜豆的基因转导到向日葵细胞中后,育成了全新的向日葵豆新作物。这些已成功的基因工程事例还可举出很多,这足以表明,人类运用科学技术在改造农作物,为提高产量和改善品质是可以大有作为的。2. 2
在动物育种方面
由于基因工程的出现,自20世纪80年代以来,在这方面取得的成果很多。如遗传学家利用转基因技术,在功能基因开发取得成果的基础上,将一种外源基因———大鼠生长素基因导入小鼠卵细胞后,成功表达,结果小鼠长成了巨鼠。在这种突破性试验成果的启发下,目前,科学工作者在着手试验将大象基因转导到猪身上,使猪的个体变大。随着生物技术的快速发展,基因转导获表达的水平不断提高,“养猪长成象”将不再是一句戏言。2. 3
在医学方面
仅举小试牛刀一例,现已通过生物工程技术开发成功了人血球蛋白、干扰素、乙肝疫苗等令人鼓舞的新药。目前,随着人们对生物高新技术的掌握,已把目标集中在研究病毒以及抗癌特纷纷预测,在效药方面。学者们根据当代基因工程的发展速度,
21世纪初叶或中叶,人们将有望征服癌症,全世界数千万癌症患者正翘首相望,静候佳音。2. 4
在保护生物多样性方面
现在,地球环境遭到旷日持久的破坏,动物和植物的种类每日都在减少。人们担心,这样下去地球上的生物种类会逐渐减少,这种发展趋势对人类的生存是极为不利的或者说是有威胁的。事实上确实存在这种危机。人们一直在寻找解决这一问题的方法,今天,人们可以明确回答,基因工程可以解决这一难题。它不但能人为地制造出大量新的生物种,甚至还能使灭绝多年的动物或植物被重新复制出来。有科学家是这样预言的:“曾称雄于世的久远的恐龙雄姿,有可能在不远的将来再现于世。”只要我们能采取到恐龙的完整的DNA ,恐龙就有可能被复制出来。2. 5
植物免疫与基因工程
植物在长期的进化工程中之所以能最低限度地避免伤害,
1“基因”和“基因工程”
基因(gene )一词是由丹麦植物学家、遗传学家约翰逊首先提出的,用来指奥地利遗传学家孟德尔在豌豆实验中所发现的遗传因子。美国实验胚胎学家、遗传学家摩尔根和他的学生在果蝇研究中发现各个基因以一定的线状秩序排列在染色体上,从而建立了遗传的染色体学说。基因的主要功能是编码蛋白质,也就是说决定特定蛋白质的一级结构。一个基因是核酸或核蛋白的某一片段。生物的一切性状几乎都是由许多基因以及周围环境相互作用的结果。基因首先在真核生物中发现,而真核生物的染色体都在细胞核中,所以基因是核基因或染色体基因的同义词。线粒体、叶绿体等细胞器中也存在着编码某些蛋白质的遗传因子。为了区别于核基因,这些基因称为“线粒体基因”“叶绿体基因”,或统称为“细胞质基因”。
(gene engineering )亦称“遗传工程”,是指不同生“基因工程”
物体的DNA 在体外经过酶切、连接,构成重组DNA 分子,然后转入受体细胞,使外源基因在受体细胞中表达。常用的转移脱氧核糖核酸载体有质粒、噬菌体和病毒等。
2基因工程的广泛应用价值
将一个鸡蛋放到普通显微镜下观察,不过是由一些蛋白质、
维生素A 、硒元素等简单物质构成。但它竟能变成一只有鼻有眼、五脏俱全、有皮有毛、有密如蛛网的毛细血管和神经网络的活生现代科学实验已经生的小鸡!这是什么因素具有如此大的功能。查明是蛋白具有的遗传密码———基因。
基因工程是当代最复杂、最尖端的科学技术之一,其应用范围十分广阔。2. 1
在植物育种方面
由于世界人口迅速增加,土地不断减少和沙化,人类生存面临威胁,为此人们便把目光投向科学技术。而从20世纪50年代以来兴起的现代生物技术,使人类看到了解决这一紧迫问题的曙光,因为生产实践已经证实,运用基因工程的基因重组高新技术,能使农作物的品种不断更新,提高品质,增加产量。如德国生
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孙毅基因工程的发展现状和应用前景本刊E -mail:bjb@sxinfo.net综述
是因为植物体内有一种“抗性基因”,它能识别一种特殊的传染的基因组定位导入(导致特异基因序列的修正),现已在若干哺病。如烟草具有一种能够识别烟草花叶病病毒蛋白质的抗性基乳动物中的实验得到证实。在这些成功试验的基础上,现已为人因,它一旦识别出病毒蛋白质便立即作出反应,即指挥临近细胞类疾病建立了动物模型。应当特别指出的是,在最近的若干年自杀、使病毒失去食源,死亡区以外的细胞则立即产生诸如聚合里,人类已经掌握了好几个基因增添的技术,那就是通过导入外木素和碳氢愈伤葡聚糖(胼胝质)的化合物,以加厚细胞壁,隔离源正常遗传信息,修饰缺陷细胞内突变基因内容及表达方法。据病毒,防止继续侵染健康组织和细胞。同时在病毒侵染部位附近《新英格兰医学杂志》报道,作为具有里程碑意义的实验是20世产生大量的抗生素,专一性地直接抑制病毒的生长。目前的检测纪80年代末的在人体内进行基因工程疗法临床工作实践。研究已经证实,在17种植物中有抗毒素的积累,并且同一科植物所人员将肿瘤杀伤细胞输入人病体内。许多科学家认为,通过在患具有的抗生素有明显的相似性。为此,用能激活“抗性基因”的化者体内植入具有疗效的功能基因去医治一些遗传病,这项技术合物注射或喷洒植物,成了当今使植物获得免疫力的一种新方不仅使根治癌症成为可能,而且对危害极大的镰状红细胞贫血、法。现在,一种与阿司匹林相似的化合物———水杨酸是已被公认膀胱纤维变性等遗传病得到根治也成为可能。
的能激活植物抗性基因的有效物质。实验表明,
当给植物喷洒水杨酸后,其抗性基因被激活,从而对病虫害产生广泛的抗性。
3基因工程的研究展望
研究发现,植物受害虫损伤后能产生报警信号,以此可激活自从1973年Jackson 等人在一次分子生物学学会上首次提
植物体内的“防御基因”,从而提高植物的抗性及免疫能力,这在出基因可以人工重组,并能在细菌中复制。从此以后,基因工程番茄的研究中最为显著。害虫损伤番茄叶子后,叶上细胞会释放成为一项新兴的研究领域得到了迅速的发展,无论是基础研究,出一种类激素因子(PIIF ),该物质通过细胞组织扩散到茎和其他还是应用研究均取得了喜人的成果。这是生命科学发展的一次叶片,启动蛋白酶抑制剂基因,开始高效合成并在茎叶中迅速积飞跃,生命科学已经进入了一个定向、快速改造生物性状的新时累,以对付害虫的再次侵袭。这种蛋白酶抑制剂不仅对害虫产生代,受到了国内外广泛的重视。
的消化酶有抑制作用,而且对病毒产生的蛋白酶也有抑制作用。开展基因工程研究几十年来,建立了多种分别适用于微生在此方面,眼下存在的不足是,发现类似自身具有较强免疫能力物、动植物转基因的载体受体系统,克隆出了一批有用的目的基的植物并不多。然而,利用基因工程技术则可使更多的植物具有因,研制出了数十种昂贵的基因工程药物,培育出了一批具有特这一绝妙的招数。如1987年英国科学工作者将豇豆的胰蛋白酶殊性状的转基因动植物。
抑制剂基因导入烟草,以赋予其较强的免疫能力取得了成功。当今,国际上一项合作性的基因组测序计划正在大规模的1992年美国pyan 实验室分别将番茄蛋白酶抑制剂和马铃薯蛋实施之中,我国已成为这项国际上合作研究开发的少数几个成白酶抑制剂基因导入烟草,也取得了明显的成效,即育成了免疫员国之一。眼下已取得了阶段的突破性研究进展。随着功能性力较强的转基因烟草,害虫只要取食就会有来无回。
基因不断被开发出,分离及转基因技术的不断完善,转基因获目前,转蛋白酶抑制剂基因植物研究空前活跃,为世界各大表达效率不断提高,21世纪基因工程研究必然有一个更大的发生物技术公司瞩目。
美国Biot-echnica公司计划将豇豆胰蛋白酶展。
抑制基因导入玉米,以对付异常猖獗的欧洲玉米螟,并将其应用人类将因为有了基因工程会使寿命大大延长;生物的多样于大豆、苜蓿和小麦。可以预测,日新月异的基因工程技术可以性将得到维护并发展……。科学家们纷纷发表文章称“基因工使得更多的免疫植物进入田间,而旷日持久的人虫之战进入冷程,前景诱人”,但同时也告诉我们,在实施该工程时,必须把好战时期的日子也为期不远了。审批关,从严掌握,避免失误。
2. 6
基因工程疗法研究进展
参考文献
在过去的20多年里出现了“基因工程疗法”,即通过直接处[1]李建凡. 外源基因的表达[M ]. 北京:化学工业出版社,1998. 理缺陷本身的位点———
突变基因。到20世纪70年代早期,由于[2]吴乃虎. 基因工程原理[M ]. 北京:科学出版社,1998. 对肿瘤病毒转化细胞机制的了解,使基因治疗得到早期的理论[3]刘军. 加工生命———神奇的基因工程[M ]. 哈尔滨:黑龙江科支持。DNA 和RNA 肿瘤病毒的分类使其对基因治疗至关重要的学技术出版社,2000.
那些功能得以精确的阐明,这就是将具有功能的新的遗传信息[4]谈家桢. 基因转移[M ]. 上海:上海教育出版社,2003. 稳定地导入,以纠正由于细胞缺陷而引起的疾病。缺陷基因被替[5]曾北危. 转基因生物安全[M ]. 北京:化学工业出版社,2004.
换,进入的是正常功能基因,这便是基因疗法治病的根本机理所(实习编辑:薛艳)
在。
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新近,基因工程治疗又出现了一种比较理想的方式,这就是第一作者简介:孙
毅,男,1936年10月生,1960年毕业于
突变基因修正,即对突变基因序列特异的修正,而不引起靶基因河南师范大学生物系,教授,信阳师范学院生命科学学院,河南组任何额外的改变。虽然基因修正至今还有不少困难,但外序列
省信阳市信阳师范学院老干处,464000.
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科技情报开发与经济
文章编号:1005-6033(2010)35-0148-03
SCI -TECH INFORMATION DEVELOPMENT &ECONOMY 2010年第20卷第35期
收稿日期:2010-11-08
生物丁醇研究现状及进展
黄
潇1,蔡颖慧2
(1. 山西省分析测试中心,山西太原,030006;2. 山西省生物研究所,山西太原,030006)摘要:生物丁醇是具有特有优势的新生代生物能源,有着巨大的发展潜力。论述了生物丁醇在国内外的研究进展,介绍了丁醇作为新型生物燃料的优势,并对生物丁醇的发展前景进行了展望。
关键词:生物丁醇;生物能源;丙酮-丁醇菌;发酵;燃料中图分类号:T Q 92
文献标识码:A
丁醇是重要化工原料,过去主要作溶剂,同时在医药工业、塑料工业、有机工业、印染等方面也具有广泛用途。现代丁醇工业主要以石油基为原料进行化学合成,并随着石油化工、聚氯乙烯材料工业的发展而迅速发展。
美国科学家研究发现,丁醇还是一种极具潜力的新型生物燃料。丁醇作为一种新生物燃料,能减低温室气体的环境排放,丁醇燃值更高,与汽油的配具有显著的环境效益。与乙醇相比,
伍性好,能够与汽油达到更高的混合比。另外,随着丁醇具有的腐蚀性小、便于管道输送等优势,已作为一种新生蒸汽压力低、
代生物能源正在进入人们的视野。
Clostridium acetobutylicum 、Clostridium beijerinckii 、Clostridium
saccharoperbutylacetonicum 和Clostridium saccharobutylicum 等,其中Claostridium acetobutylicum 以淀粉发酵为主,细胞中已具有淀粉酶,不需要预先糖化就可以直接发酵;而Clostridium beijerinckii 、Clostridium sacharoperbutylacetonicum 和Clostridium saccharobutylicum 用于糖蜜、纤维素水解液或亚硫酸纸浆废液等糖质原料发酵,为严格的厌氧菌,特别是在芽抱出芽阶段[1]。
一般来说,最适合丙酮、丁醇梭菌生长的温度为35℃~37而最适合丙酮、丁醇梭菌发酵的温度是37℃~39℃;最适合丙℃,
酮、丁醇菌生长繁殖的pH 值为5. 5~7. 0,而最适合发酵丁醇菌的pH 值为4. 3。因此梭菌传代培养多次以后,菌种的发酵能力往往减弱,所以常用加热菌种芽孢悬液(100℃,1min~2min )的办法,保持和提高菌种的发酵力。
随着分子生物学的快速发展,人们通过研究丁醇代谢的主要途径、关键酶以及调控该关键酶的基因,从而从分子水平对丁醇菌种进行改造。Joungmin Lee 等人重组了Clostridium acetobutylicumATCC824的基因代谢网络,提高了丁醇产量;NeilE . Welker 等人利用基因沉默将buk 基因失活和双抗筛选的方法对Claostridium acetobutylicum 菌种进行改造,使得突变菌丁醇的耐受性也得以增强;而在2007年ETPapoutsakis 等向Clostridium acetobutylicumDNA 中插入不同的基因片段,使得丁醇耐性得到不同程度的提高[2]。
1生物丁醇研究进展
二战以后,杜邦公司首先发明了由丁醇生产乙酸乙酯的方
法,并大量用于汽车工业用油漆的生产中,从此丙酮-丁醇发酵美国39%的丙酮、丁醇由发酵法获进入了黄金时期。到1949年,
得;而日本,10000t 的丁醇有91. 8%由发酵法获得。我国从20世纪50年代开始用粮食发酵法生产丁醇,70年代后有了较大、较快的发展。但后来因石化工业迅猛发展,生物丁醇生产原料糖蜜成本上升,导致国内外生物丁醇纷纷停产。目前只有中国和南非还有少量生产厂家。1. 1
菌种筛选及分子改造
在工业生产中,用于丙酮-丁醇发酵的菌种主要有:
The Current Development and Application Prospects of Genetic Engineering
SUN Yi
ABSTRACT :This paper introduces the gene and genetic engineering , and expounds the application value of genetic engineering from aspects of plant breeding , animal husbandry , medical science , and biological diversity , etc ., and looks forward to the prospects of the research of genetic engineering . KEY WORDS :gene ; genetic engineering ; application prospects
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