什麽是基因工程？
什麽是基因工程？簡介
基因工程是生物工程的壹個重要分支，它與細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程壹起構成了生物工程。基因工程是在分子水平上操縱基因的復雜技術。它是通過體外重組將外源基因導入受體細胞，使該基因在受體細胞中復制、轉錄、翻譯和表達的操作。它是壹種全新的技術，通過人工提取供體生物所需的遺傳物質——DNA大分子，在體外用合適的工具酶切割，與作為載體的DNA分子連接，然後與載體壹起導入更容易生長繁殖的受體細胞，讓外來物質在其中“安家落戶”，進行正常復制表達，從而獲得新的物種。
基因工程是20世紀70年代在分子生物學和分子遺傳學綜合發展的基礎上誕生的壹門全新的生物技術科學。壹般來說，基因工程是指基因層面的基因工程。它是人工提取壹種供體生物的遺傳物質——DNA大分子，在體外用適當的工具酶切割，連接上作為載體的DNA分子，然後與載體壹起導入更容易生長繁殖的受體細胞，使外源遺傳物質在其中“安家落戶”，正常復制表達，從而獲得。這壹定義表明，基因工程具有以下重要特征:第壹，外源核酸分子可以在不同的宿主生物中繁殖，可以跨越自然物種的屏障，將來自任何生物的基因放入新的生物中，新的生物可以與原生物無關。這種能力是基因工程的第壹個重要特征。第二個特點是某個小的DNA片段在新的宿主細胞中被擴增，使得少量的DNA樣本可以“復制”大量的DNA，大量絕對純凈的DNA分子群不被任何其他DNA序列汙染。科學家將改變人類生殖細胞DNA的技術稱為“生殖細胞療法”，而所謂的“基因工程”則是針對改變動物和植物的生殖細胞。不管叫什麽名字，改變壹個個體生殖細胞的DNA，很可能會對其後代產生同樣的改變。
到目前為止，基因工程還沒有用於人體，但它已經在從細菌到家畜的幾乎所有非人類生命體上進行了試驗，並取得了成功。事實上，所有用於治療糖尿病的胰島素都來自壹種細菌，它的DNA被人類插入到可以產生胰島素的基因中，使細菌可以自行復制胰島素。基因工程技術使許多植物具有抵抗害蟲和雜草的能力；在美國，大約壹半的大豆和四分之壹的玉米是轉基因的。目前，轉基因動植物是否應該用於農業成為爭論的焦點:支持者認為，轉基因農產品更容易種植，含有更多的營養成分(甚至藥物)，有助於緩解世界範圍內的饑荒和疾病；反對者認為，在農產品中引入新基因會產生副作用，尤其會破壞環境。
誠然，還有很多基因的功能和共同作用的方式是人類所不知道的。但是，考慮到基因工程可以讓西紅柿具有抗癌作用，讓三文魚長得比自然界大幾倍，讓寵物不再引起過敏，很多人希望可以對人類基因進行類似的修改。畢竟，胚胎遺傳病篩查、基因修復、基因工程不僅可以用來治療疾病，還可以使改變眼睛顏色、智力等其他人類特征成為可能。目前，我們還遠遠沒有設計和定制我們的後代，但已經有了借助胚胎遺傳病篩查技術培養人的身體特征的例子。比如有了這項技術，孩子的父母就可以有壹個骨髓和孩子匹配的孩子，然後這個孩子就可以通過骨髓移植來治愈。
隨著DNA內部結構和遺傳機制的秘密壹點壹點地呈現在人們面前，特別是當人們知道遺傳密碼是由RNA轉錄和表達的，生物學家不再滿足於探索和提示生物遺傳的秘密，而是渴望嘗試和想象在分子水平上幹預生物體的遺傳特征。如果將壹個生物體DNA中的遺傳密碼片段連接到另壹個生物體的DNA鏈上，並對DNA進行重組，就可以根據人類的意願設計出新的遺傳物質，創造出新的生物類型，這與過去培養生物後代的傳統做法完全不同。這種做法就像技術科學的工程設計。根據人類的需要，這個生物的這個“基因”和那個生物的那個“基因”進行重構，組裝成新的基因組合，創造出新的生物。這種完全按照人的意願進行的生物科學技術被稱為“基因工程”或“基因工程”
基因工程的基本操作步驟
1.獲得目的基因是基因工程的第壹步。
2.基因表達載體的構建是基因工程的第二步，也是核心。
3.將目的基因導入受體細胞是基因工程的第三步。
4.目的基因導入受體細胞後能否穩定保持和表達其遺傳特性，只有通過檢測和鑒定才能知道。這是基因工程的第四步。
基因工程的前景科學界預測21世紀將是基因工程的世紀。基因工程是在分子水平上對生物遺傳的人工幹預。要理解它，先從生物工程說起:生物工程又稱生物技術，是應用信息、化工等現代生命科學原理和技術，利用活細胞或其產生的酶對廉價原料進行不同程度的加工，並提供大量有用產品的綜合性工程技術。
生物工程的基礎是現代生命科學、技術科學和信息科學。生物工程的主要產品是為社會提供大量高質量的發酵產品，如生化藥物、化學原料、能源、生物防治劑、食品飲料等，同時也為人類提供環境治理、金屬提取、臨床診斷、基因治療、農作物品種改良等社會服務。
生物工程由五部分組成:基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程。其中基因工程就是人們改造生物基因，利用生物生產出人們想要的特殊產品。隨著DNA內部結構和遺傳機制的秘密壹點壹點地呈現在人們面前，生物學家不再滿足於探索和提示生物遺傳的秘密，而是渴望嘗試和想象在分子水平上幹預生物體的遺傳特征。
美國的吉爾伯特是堿基排列分析的創始人。他帶頭支持人類基因組計劃。如果把壹個生物體DNA中的壹個遺傳密碼片段連接到另壹個生物體的DNA鏈上，DNA重組，難道我們就不能按照人類的意願設計新的遺傳物質，創造新的生物類型嗎？這與過去繁殖生物後代的傳統做法完全不同。它與技術科學的工程化設計非常相似，即根據人類的需要，將這種生物的這個“基因”和那種生物的那個“基因”重新構建組裝成新的基因組合，創造出新的生物。這種完全按照人的意願進行的生物科學技術被稱為“基因工程”或“基因工程”
人類基因工程的主要課程是什麽？1866年，奧地利遺傳學家孟德爾神父發現了生物的遺傳規律。1868年，瑞士生物學家弗裏德裏希發現細胞核有兩部分:酸性和蛋白質。酸性部分後來被稱為DNA；1882年，德國胚胎學家沃爾特·弗萊明在研究蠑螈細胞時，發現細胞核中含有大量分裂的線狀物體，即後來的染色體。1944年，美國研究人員證明了DNA是大多數生物的遺傳物質，而不是蛋白質；1953年，美國生物化學家沃森和英國物理學家克裏克宣布發現了DNA的雙螺旋結果，奠定了基因工程的基礎。1980年，第壹只轉基因老鼠誕生；1996，第壹只克隆羊誕生；1999年，美國科學家破解了人類第22個基因組的序列圖。未來的計劃是根據基因圖譜開出相關疾病的藥物。
人類基因組研究是生命科學的基礎研究。有些科學家把基因組圖譜看作化學中的路線圖或元素周期表；有科學家把基因組圖譜比作壹本字典，但無論從哪個角度看，為了促進人類健康、預防疾病、延長壽命，解讀和破譯人類遺傳密碼的應用前景都是極其美好的。65438+萬個人類基因及相應染色體位置的信息被破譯後，人類、動物、植物的遺傳密碼被破譯，為攻克疾病、提高農作物產量開辟了廣闊前景。它將成為醫藥和生物制藥行業知識和技術創新的源泉。美國的貝克維茨正在器皿中觀察菌落。他曾經警告過人類基因組計劃。
科學研究證明，壹些困擾人類健康的重大疾病，如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等，都與基因有關。根據解碼的基因序列和功能，我們可以找出這些基因，根據相應的病理位置篩選藥物，甚至可以根據現有的基因知識設計新藥，從而修復或替換這些病理基因，從而治愈持續存在的疾病。基因醫學將在21世紀成為醫學界耀眼的明星。基因研究不僅可以為篩選和開發新藥提供基礎數據，還為利用基因檢測、預防和治療疾病提供了可能。比如，生活習慣、生活環境相同的人，由於基因序列不同，對同壹種疾病的易感性也不同。壹個明顯的例子是，壹些吸煙者容易患肺癌，而另壹些人則不會。醫生會根據不同人不同的基因序列給予不同的指導，讓他們養成科學合理的生活習慣，盡可能的預防疾病。
隨著人類基因工程的發展，解碼人類全部DNA指日可待。
信息技術的發展改變了人類的生活方式，基因工程的突破將幫助人類延長壽命。目前壹些國家的平均壽命已經超過80歲，中國也超過了70歲。有科學家預測，隨著癌癥、心腦血管等慢性病的有效治療，2020年至2030年可能出現平均壽命超過1000歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達到90到95歲。
人類將挑戰生命科學的極限。1953年2月的壹天，英國科學家弗朗西斯·克裏克宣布，我們發現了生命的秘密。他發現DNA是存在於細胞核中的雙螺旋分子，決定了生物體的遺傳。有趣的是，這位科學家在劍橋的壹個酒吧裏宣布了這壹重要的科學發現。破譯人類、動物和植物的遺傳密碼，為攻克疾病、提高農作物產量開辟了廣闊前景。65438-0987年，美國科學家提出了“人類基因組計劃”，其目標是確定人類所有的遺傳信息，確定人類基因在23對染色體上的具體位置，找出每個基因的核苷酸序列，建立人類基因庫。1999年，人類22號染色體的遺傳密碼被破譯，“人類基因組計劃”邁出了成功的壹步。可以預測，在未來的四分之壹世紀裏，科學家可能會揭示約5000種人類遺傳疾病的致病基因，從而找到癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病的基因療法。
繼2000年6月26日科學家發表人類基因組“工作框架圖”後，中國、美國、日本、德國、法國和英國的科學家與美國Celera公司於2006年2月2日聯合發表了人類基因組圖譜和初步分析結果。此次公布的人類基因組圖譜是在原有“工作框架圖”的基礎上，經過整理、分類和排列，更加準確、清晰和完整。人類基因組包含了人類出生、衰老、疾病和死亡的大部分遺傳信息。破譯它將給疾病的診斷、新藥的開發和新療法的探索帶來壹場革命。人類基因組圖譜和初步分析結果的公布將對生命科學和生物技術的發展起到重要的推動作用。隨著人類基因組研究的進壹步發展，生命科學和生物技術將隨著新世紀進入壹個新的時代。
基因工程在20世紀取得了巨大的進步，這至少有兩個強有力的證明。壹個是轉基因動植物，壹個是克隆技術。轉基因動植物被植入了新的基因，這使它們擁有了以前沒有的全新性狀，從而引起了壹場農業革命。現在轉基因技術已經廣泛應用，比如抗蟲番茄，速生鯽魚。克隆羊的誕生是1997年世界十大科技突破之首。這只名叫多莉的母羊是第壹只通過無性繁殖產生的哺乳動物，它完全繼承了給予它細胞核的母羊的遺傳基因。“克隆”壹時間成為人們關註的焦點。盡管存在倫理和社會問題，但生物技術的巨大進步給了人類更廣闊的未來想象空間。
基因工程大事記
1860年至1870年，奧地利學者孟德爾根據豌豆雜交實驗提出了遺傳因子的概念，總結了孟德爾的遺傳規律。
1909年，丹麥植物學家、遺傳學家約翰遜首次提出“基因”壹詞，表達孟德爾的遺傳因素概念。
1944年，三位美國科學家分離出細菌DNA(脫氧核糖核酸)，發現DNA是壹種攜帶生命遺傳物質的分子。
1953年，美國人沃森和英國人克裏克通過實驗提出了DNA分子的雙螺旋模型。
1969科學家成功分離出首個基因。
1980年，科學家首次培育出世界上第壹只轉基因動物轉基因小鼠。
1983年，科學家首次培育出世界上第壹株轉基因植物轉基因煙草。
1988 K.Mullis發明了PCR技術。
1990 10被稱為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動。
從65438到0998，壹群科學家在美國羅克韋爾成立了賽萊拉基因公司，與國際人類基因組計劃競爭。
1998 12壹種小型線蟲的完整基因組序列測定完成，這是科學家首次繪制出多細胞動物的基因組圖譜。
1999年9月中國獲準加入人類基因組計劃，負責確定人類基因組總序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之後第六個參與國際人類基因組計劃的國家，也是唯壹參與這壹計劃的發展中國家。
1999 65438+2月1日，國際人類基因組計劃聯合研究團隊宣布，人類第22條染色體的遺傳密碼已被完全解碼，這是人類首次成功完成人類染色體完整基因序列的測定。
2000年4月6日，Celera公司宣布破譯了壹名實驗者的完整遺傳密碼，但遭到了眾多科學家的質疑。
2000年4月底，我國科學家根據國際人類基因組計劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架。
2000年5月8日，德國和日本科學家宣布，染色體21的測序工作已基本完成。
2000年6月26日，科學家公布了人類基因組工作草案，這標誌著人類向解讀自己的“生命之書”邁出了重要壹步。
2000年6月5438+2月65438+4月，美國和英國的科學家宣布繪制出了擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類第壹次完全破譯了壹種植物的基因序列。
2001 2月12中、美、日、德、法、英科學家聯合發表人類基因組圖譜及初步分析結果。
科學家首次公布了人類基因組的“基因信息”草案。
[編輯本段]基因研究國家正在爭奪基因時代的全球地圖。
讓我們來看看新世紀到來之際，世界各國對基因科學的研究情況。
英國:早在80年代中期，英國就有了第壹家生物技術企業，在歐洲國家中是最早的。今天，它擁有560家生物技術公司，在歐洲70家上市的生物技術公司中，英國占了壹半。
德國:認識到生物技術將是保持德國未來經濟競爭力的關鍵，德國政府於1993年通過立法，簡化生物技術企業的審批手續，並撥款150萬德國馬克成立了三個生物技術研究中心。此外，政府還計劃在未來五年內花費6543.8+0.2億馬克用於人類基因組計劃的研究。1999年，德國科研人員申請的生物技術專利占歐洲的14%。
法國:在過去的10年裏，法國政府用於生物技術的資金增加了10倍。最典型的項目就是1998在巴黎附近建立的所謂“基因谷”科技園，這裏聚集了法國最有前途的新興生物技術公司。另外20個法國城市也準備模仿“基因谷”建立自己的生物技術園。
西班牙:Mar制藥公司是這個國家生物技術企業的代表，專門從海洋生物中尋找抗癌物質。其中ET-743是最有價值的壹種，是從加勒比海和地中海的海底噴出物中提取的紅色抗癌藥。ET-743計劃於2002年在歐洲註冊生產，將用於治療骨癌、皮膚癌、卵巢癌、乳腺癌等常見癌癥。
印度:印度政府資助全國50多個研究中心收集人類基因組數據。由於獨特的“種姓制度”和壹些偏遠部落的通婚習俗，印度人口的基因庫是世界上最完整的，是科學家尋找遺傳疾病病理和治療方法的非常有價值的數據庫。然而，印度的私營生物技術企業仍處於起步階段。
日本:日本政府計劃明年將生物技術研究經費增加23%。壹家私人企業還建立了龍基因中心，這將是亞洲最大的基因組研究機構。
新加坡:新加坡宣布了壹項6000萬美元的基因技術研究項目，研究疾病如何對亞洲人和白人產生不同的影響。該計劃側重於分析基因差異以及什麽樣的治療方法對亞洲人有效，從而最終獲得識別和治療疾病的新知識；並成立高科技公司來制造由這項研究衍生的藥物和醫療產品。
中國:參與人類基因組計劃，測定了1%的序列，為21世紀的中國生物產業帶來了光明。這個“1%項目”使中國進入了生物產業的國際先進行列，也使中國自然共享了人類基因組計劃的所有成果、資源和技術。
[編輯本段]基因工程與農業、畜牧業和食品工業
利用基因工程技術，不僅可以培育優質、高產、抗病的農作物和畜禽新品種，還可以培育有特殊用途的動植物。
1.轉基因魚
生長快、耐惡劣環境、肉質好的轉基因魚(中國)。
2.轉基因牛
牛奶中含有人類生長激素的轉基因牛(阿根廷)。
3.轉黃瓜抗青枯病基因甜椒
4.帶有魚類抗寒基因的番茄
5.轉黃瓜抗青枯病基因馬鈴薯
6.不會引起過敏的轉基因大豆
7.超級動物
導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級鼠
8.特殊動物
通過引入人類基因而具有特殊用途的豬和老鼠。
9.抗蟲棉
蘇雲金芽孢桿菌能合成毒蛋白殺死棉鈴蟲。將該基因在體外導入棉花細胞，然後進行組織培養，可以獲得抗蟲棉花。
[編輯此段]基因工程與環境保護
基因工程制造的DNA探針可以非常靈敏地檢測環境中的病毒、細菌和其他汙染。
基因工程培育的指示生物可以非常靈敏地反映環境汙染，但不容易因為環境汙染而大量死亡，甚至可以吸收和轉化汙染物。
基因工程與環境汙染控制
基因工程制造的“超級細菌”可以吞噬和分解多種汙染環境的物質。
通常情況下，壹種細菌只能分解石油中的壹種碳氫化合物，但通過基因工程成功培育的“超級細菌”可以分解石油中的多種碳氫化合物。有些還能吞食和轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等有毒物質。)
[編輯此段]基因治療可以等待醫學革命。
“基因”的意思就是現在我們常見的“基因”壹詞，音譯自“基因”基因是決定壹個生物物種所有生命現象的最基本因素。科學家認為，這個詞的翻譯不僅聲音通順，而且意義貼切，是科學術語的外文翻譯典範。基因作為體內的遺傳單位，不僅可以決定我們的長相和身高，它的異常也必然會導致各種疾病。壹些有缺陷的基因可能會遺傳給後代，而另壹些則不會。基因治療最初是針對單基因缺陷的遺傳病而提出的，旨在用壹個正常的基因替代缺陷基因，或者補救缺陷基因的致病因素。
用基因治療疾病，就是把功能基因導入患者體內進行表達，疾病之所以能得到治療，是因為表達產物——蛋白質發揮了作用。基因治療的結果就像是對壹個基因做了手術，治病去根，所以有人形容為“分子手術”。
我們可以把基因治療分為兩種:性細胞基因治療和體細胞基因治療。性細胞基因療法就是在患者的性細胞裏做手術，讓他們的後代再也不會得這種遺傳病。體細胞基因治療是目前基因治療研究的主流。但是，它的缺點也很明顯。並沒有改變單個或多個基因缺陷患者的遺傳背景，以至於有些人的後代不可避免地會患上這種疾病。
無論哪種基因治療在臨床試驗初期，都沒有穩定的療效和完全的安全性，這就是目前基因治療的研究現狀。
可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運行機制，沒有完全了解基因調控機制和疾病的分子機制之前，進行基因治療是相當危險的。增強基因治療的安全性，提高臨床試驗的嚴謹性和合理性尤為重要。盡管基因治療還有許多障礙需要克服，但總的趨勢是令人鼓舞的。據統計，截至1998年底，全球已實施373項臨床法案，共有3134人接受了基因轉移實驗，充分顯示了其巨大的發展潛力和應用前景。正如基因治療的創始人所預言的，基因治療的出現將推動新世紀醫學的革命性變化。
【編輯此段】基因工程將中醫帶入新時代。
參加5月3日“中藥與天然藥物”國際研討會的中國專家65438+65438認為，轉基因藥用植物或器官的研究、有效次生代謝途徑關鍵酶基因的克隆、中藥分子標記、中藥基因芯片的研究已成為中藥研究的熱點，將把中藥帶入壹個全新的時代。
據北京大學天然藥物與仿生藥物國家重點實驗室副主任郭德安介紹，轉基因藥用植物或器官組織的研究是近年來我國中藥生物技術較為活躍的領域之壹。
在轉基因藥用植物的研究中，中國醫學科學院藥用植物研究所分別用發根農桿菌和根癌農桿菌誘導丹參形成毛狀根和冠癭，然後分化成植株。他們對它們與栽培丹參的形態和化學成分進行了比較研究。結果表明，由毛狀根再生的植株葉片皺縮，節間縮短，植株矮化，須根發達。而冠癭組織再生植株株型高大，根系發達，產量高，丹參酮含量高於對照，對丹參育種和提高藥材質量具有重要意義。
郭德安表示，研究中藥化學成分的生物合成途徑，不僅有助於這些化學成分的仿生合成，而且可以人為調控這些化學成分的合成，有利於所需化學成分的定向合成。國內在這方面的研究已經開始。
據了解，生物技術在我國中醫藥研究中的應用研究逐漸興起。有些方面，如藥用植物的組織和細胞培養，已經積累了二三十年的經驗，理論和技術也相當成熟，在全國已經形成了壹定的規模。其中，中草藥細胞工程的研究正處於鼎盛時期。
郭德安說，面對許多野生植物瀕臨滅絕，壹些特殊環境下難以引種的問題，我國科學家開始探索通過大量培養高等植物細胞和器官來生產有用的次生代謝產物。研究內容包括高產組織或細胞系的篩選、培養條件的優化和次生代謝產物生物合成途徑的調控，以達到降低成本和提高次生代謝產物產量的目的。
此外，利用植物懸浮培養細胞或不定根、毛狀根對外源化學成分進行生物轉化的研究也在近期悄然興起，並取得了壹定進展。
而且，科學家們更加關註次生代謝產物生物合成途徑的調控。這些研究取得了令人振奮的成果，表明我國藥用植物的細胞培養進入了壹個新時代。