基因工程初探

李謹(jǐn)

摘要 基因工程作為20世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域最偉大的成就，促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿足了人們各方面的生活需求。本文主要對(duì)基因工程內(nèi)容進(jìn)行概述，并探索基因工程在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞 基因工程；科學(xué)探索

中圖分類號(hào)G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095—6363（2017）03—0013—01

隨著科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣，用途越來(lái)越大，地位日益提高，且作為一門新興生物學(xué)科，通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)于基因工程的基本概念以及其探索應(yīng)用領(lǐng)域等方面都有了一個(gè)詳細(xì)的了解，對(duì)于提高學(xué)生知識(shí)水平、綜合素質(zhì)有著至關(guān)重要的作用。

1基因工程概述

1.1基因工程概念及其特征

基因工程又可以稱為DNA重組技術(shù)，是根據(jù)人們各方面的需求意愿，提取出來(lái)一種生物的某種基因，并對(duì)其進(jìn)行改造和重新組合，最后將其轉(zhuǎn)移到另外一種生物的細(xì)胞里，從而改變了生物原有的遺傳性狀，創(chuàng)造出了人們所需要的新品種。

基因工程有2個(gè)重要特征，第一是廣泛性，可以實(shí)現(xiàn)人們把任何生物的基因轉(zhuǎn)移到毫無(wú)關(guān)系的任意其他受體細(xì)胞中的愿望，生物的遺傳特性被改變并且創(chuàng)造出了新的生物性狀；第二就是可復(fù)制性，一些DNA可以在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，使大量純化的DNA片段準(zhǔn)備成為可能，有利于加深對(duì)分子生物學(xué)的研究領(lǐng)域。

1.2基因操作基本工具

基本工具主要有3種：第1種為基因的剪刀“限制性核酸內(nèi)切酶”即“分子手術(shù)刀”它主要是從原核生物鐘分離出來(lái)，存在于微生物體內(nèi)，其具有的特定性表現(xiàn)在只能辨別指定的核苷酸序列并且在指定的地方進(jìn)行分割DNA分子活動(dòng)，分割后的末端產(chǎn)生了粘性平端和平末端兩種表現(xiàn)形式；第2種是基因的針線“DNA連接酶”即“分子縫合針”，其種類分為粘性末端、粘性末端和平末端。它可以把粘性末端之間的縫隙縫合起來(lái)從而形成一個(gè)重組的DNA分子；第3種是基因的運(yùn)輸工具“運(yùn)載體”即“分子運(yùn)輸車”，具備自我復(fù)制、多個(gè)限制酶切點(diǎn)、有標(biāo)記基因、對(duì)受體細(xì)胞無(wú)傷害的4個(gè)條件，目的就是將基因送入到受體細(xì)胞內(nèi)，常見(jiàn)的種類有質(zhì)粒、噬菌體等。

1.3基因工程基本操作步驟

基因工程的基本操作步驟主要有以下4步：第一，合理獲得目的基因。一般是通過(guò)采用CDNA文庫(kù)法、人工合成法、基因文庫(kù)法等途徑辦法來(lái)完成編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因的獲取，并通過(guò)PCR技術(shù)達(dá)到擴(kuò)增目的基因的效果，其中PCR技術(shù)就是指遵循DNA復(fù)制原理，在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。第二，基因工程的核心內(nèi)容即建立基因表達(dá)載體。其目的主要是為了使受體細(xì)胞中的目的基因的存在保持穩(wěn)定并良好地遺傳給后代，同時(shí)保證目的基因的功能得到最有效最大的發(fā)揮。目的基因、標(biāo)記基因、啟動(dòng)子以及終止子四者共同構(gòu)成了基因表達(dá)載體。第三，將目的基因植入進(jìn)受體細(xì)胞內(nèi)。其通常是指將目的基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞中，并保持穩(wěn)定和表達(dá)的一個(gè)操作過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞、微生物方法各異。第四，目的基因的檢測(cè)和鑒定。該步驟的主要目的就是檢查轉(zhuǎn)基因生物的染色體是否合理地插入了目的基因，同時(shí)目的基因是否已經(jīng)翻譯成了蛋白質(zhì)，完成了轉(zhuǎn)錄。其檢測(cè)辦法一般有分子雜交技術(shù)等。鑒定就是指對(duì)生物進(jìn)行個(gè)體水平的鑒定，例如鑒定轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物是否表現(xiàn)抗蟲(chóng)性狀。

2基因工程的探索應(yīng)用

2.1基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

目前，基因工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用較為廣泛，其主要就是為了提高農(nóng)作物抗病蟲(chóng)害的能力，改善農(nóng)作物的品質(zhì)，增加產(chǎn)量，在這些領(lǐng)域，基因工程已經(jīng)取得了引入注目的成績(jī)。首先是植物抗病基因工程，其隨著迅速發(fā)展的植物病毒分子生物學(xué)也得到了全面開(kāi)展應(yīng)用，例如：或者中科院通過(guò)把抗病毒基因植入到水稻的細(xì)胞里的方法，從而使得培育出來(lái)的水稻也就有一定的抗病蟲(chóng)害的能力。其次基因工程技術(shù)通過(guò)采用特異性啟動(dòng)子與RNA酶基因構(gòu)建嵌合基因的途徑，使植物雄系不育性成為了可能，其成功應(yīng)用于小麥、油菜和果樹(shù)等。同時(shí)為農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了高質(zhì)高產(chǎn)的新品種。最后隨著人們生活水平的提高以及對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的口味、口感的要求也越來(lái)越高，改善植物品質(zhì)的基因工程也慢慢被應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品中，其主要是通過(guò)基因轉(zhuǎn)移來(lái)達(dá)到改變植物中氨基酸或者脂肪含量等品質(zhì)特性的目的。例如：將水仙花的2個(gè)基因和一種細(xì)菌的一個(gè)基因共同植入到水稻中，從而形成水稻的一種新品種，這種新水稻富含鐵鋅元素，并將其轉(zhuǎn)化成維生素A的胡蘿卜素，防止貧血和缺少維生素A，最后大米呈現(xiàn)金黃色，成為了“金米”或者是根據(jù)國(guó)外的相關(guān)研究，為了使普通的小麥富含更多的高分子量的面筋蛋白質(zhì)，從而將其基因轉(zhuǎn)移到普通小麥里，從而改善小麥基因，使小麥更具彈性。

2.2基因工程在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

現(xiàn)今，基因工程在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用最為活躍，其在新藥物研制、疾病診斷以及治療方面都有著不可忽視的作用。以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在全球發(fā)展迅速、前景良好開(kāi)闊，目前利用基因工程生產(chǎn)的藥物主要包括疫苗、抗體、激素、寡核苷酸藥物等，已經(jīng)被用來(lái)治療和預(yù)防各種疾病。例如基因工程乙型肝炎疫苗。基因工程藥物能改善傳統(tǒng)化學(xué)藥物供應(yīng)不足、副作用較大、缺乏安全性等問(wèn)題。其次基因工程在疾病診斷應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓寬?；蛟\斷技術(shù)是20世紀(jì)70年代簡(jiǎn)悅威在貧血臨床治療中取得的研究成果，基因診斷常用的方法有DNA分子雜交、檢測(cè)基因的缺失等。例如一些遺傳病癥通常就與基因的突變有關(guān)，在臨床上，就可以通過(guò)基因診斷技術(shù)對(duì)遺傳病癥或者癌癥等進(jìn)行檢測(cè)。并且隨著多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)發(fā)明，基因診斷方法也越來(lái)越簡(jiǎn)單方便，不采用DNA分子雜交方法，直接從擴(kuò)增的DNA分子做酶切分析，甚至有些不需要做酶切分析而直接根據(jù)擴(kuò)增的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到疾病診斷的目的。

2.3基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)國(guó)內(nèi)環(huán)境狀況嚴(yán)峻，石油污染、水污染、農(nóng)藥污染、氣候變暖等問(wèn)題已經(jīng)成為了社會(huì)日益關(guān)注的焦點(diǎn)。例如美國(guó)通過(guò)采取DNA重組技術(shù)將降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因有效鏈接起來(lái)，并轉(zhuǎn)移到某一種菌體中從而產(chǎn)生同時(shí)降解這4種有機(jī)物的超級(jí)細(xì)菌從而達(dá)到清楚油污染的作用?；蚬こ碳夹g(shù)同樣可以用于降解農(nóng)藥，轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)有利于減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的不利影響，并根據(jù)中科院研究所研制出為了降解農(nóng)藥并帶有自殺控制功能的一種細(xì)菌即“環(huán)境安全型基因工程菌”，其在完成降解農(nóng)藥的目的任務(wù)后能夠“自殺”，從而消除基因工程菌本身對(duì)環(huán)境的影響?？傊?，基因工程由于其自身高技術(shù)、基本不污染環(huán)境或少污染環(huán)境的特點(diǎn)，對(duì)于建設(shè)生態(tài)環(huán)境以及消除環(huán)境污染有著積極重大意義。

3結(jié)論

總之，隨著基因工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，其用途在很多領(lǐng)域都得以發(fā)揮，可以利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)，用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)社會(huì)所需的新型藥物等，但是也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到任何一項(xiàng)新興科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，都有它好壞的兩面，同樣對(duì)于基因工程，如果我們不能科學(xué)合理地利用它，則也帶來(lái)不利的影響。例如：轉(zhuǎn)基因食品中的外源蛋白質(zhì)進(jìn)入人體后，就可能產(chǎn)生新的過(guò)敏物質(zhì)，對(duì)人體產(chǎn)生毒性，引起人體過(guò)敏反應(yīng)，從而存在危害人體健康的可能。美國(guó)某種子公司也曾經(jīng)將巴西堅(jiān)果中的某基因轉(zhuǎn)移到大豆中，結(jié)果造成對(duì)巴西堅(jiān)果過(guò)敏的人群也存在對(duì)該大豆過(guò)敏的現(xiàn)象，最終該大豆種子也就沒(méi)有被政府批準(zhǔn)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。因此，在實(shí)際基因技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)該取長(zhǎng)補(bǔ)短、違害就利并加強(qiáng)對(duì)基因工程應(yīng)用的規(guī)范化管理，使基因工程技術(shù)能夠朝著可持續(xù)健康發(fā)展的方向。所以，我們應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，不斷加強(qiáng)對(duì)基因工程知識(shí)的學(xué)習(xí)。