微生物在基因工程中的應(yīng)用

張子旭

微生物與我們的生活息息相關(guān)，在我們的生活中占有的非常重要的地位。微生物在當(dāng)下生物技術(shù)及生物工程中均起到了至關(guān)重要的作用。本文將重點闡述微生物在基因工程中的應(yīng)用及在當(dāng)下基因工程對人類發(fā)展的影響。

1前言

微生物（microorganism）通常是各種的微小生物的統(tǒng)稱，其特征為結(jié)構(gòu)簡單、肉眼難以觀察、繁殖速度極快、分布廣泛、數(shù)量極多等。其包括細(xì)菌、真菌、放線菌、藍細(xì)菌、古生菌、原生生物在內(nèi)的一大類細(xì)胞生物群體以及病毒和亞病毒等非細(xì)胞生物群體。在基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等生物工程中，微生物都充當(dāng)著重要的角色。本文將從微生物在基因工程中的作用、微生物在基因工程中的實際應(yīng)用以及基因工程在生活中應(yīng)用及影響幾個方面進行闡述。

2微生物與基因工程

2.1基因工程簡介

基因工程（genetic engineering）又稱遺傳工程，是通指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應(yīng)用的流程，強調(diào)了按照工程學(xué)的方法進行設(shè)計和操作外源DNA，構(gòu)建新的分子組合，并導(dǎo)入到另一受體生物中?；蚬こ痰某霈F(xiàn)標(biāo)志著人類已經(jīng)能夠按照自己意愿進行各種基因操作，并且能迅速的獲得人類所需的新生物類型，最終實現(xiàn)目標(biāo)蛋白質(zhì)的工程化生產(chǎn)以及物種的遺傳改良。

2.2 微生物與基因工程的關(guān)系

微生物在基因工程中的作用有如下幾個方面：

基因工程的大部分步驟都需要各種不同的工具酶，如在大腸桿菌中，我們通過分離純化的方式獲得了EcoRI，EcoRII[1]等常用的內(nèi)切酶，為基因工程提供了便利。

② 基因工程常用克隆載體為質(zhì)粒載體、酵母表達載體、噬菌體表達載體等。這些均是從病毒、噬菌體、酵母、細(xì)菌獲得。

③ 微生物細(xì)胞是基因工程的載體及表達系統(tǒng)，即使對于動、植物基因工程來說，也先要利用微生物細(xì)胞將目的基因?qū)肫渲羞M行拼接，構(gòu)建表達載體，再轉(zhuǎn)移到動植物細(xì)胞中，完成之后的基因工程步驟。

④ 由于微生物大量存在于土壤、水體和人體表面。其所處環(huán)境決定了它具有哪些特性。也因此獲得了許多抗酸、抗堿、抗高溫、抗低溫、抗高鹽的遺傳性狀，可謂“基因?qū)殠臁薄?/p>

2.3 微生物與表達系統(tǒng)

2.3.1 原核表達系統(tǒng)

在原核表達系統(tǒng)的構(gòu)建中，常用的微生物有大腸桿菌、芽孢桿菌、藍細(xì)菌等，這些微生物均有生長快、代謝易于控制、培養(yǎng)簡單等特點。大腸桿菌表達系統(tǒng)最為常見，其代謝過程和基因表達調(diào)控機制比較清楚，且培養(yǎng)成本低廉，生長繁殖迅速，并且外源基因產(chǎn)物表達量高。如家蠅天蠶素A則在E.coli BL21通過pET32a載體進行表達生成的肽，具有很強的生理活性，并且產(chǎn)量相比于之前的合成方式大大提高。

2.3.2 真核表達系統(tǒng)

由于原核生物存在一定的不足，如大腸桿菌合成的蛋白會生成內(nèi)毒素，導(dǎo)致人體產(chǎn)生熱源反應(yīng)；原核生物的加工修飾體系并不完善。因此，研究人員開始利用真核微生物進行基因的表達。酵母表達系統(tǒng)是主要的真核表達系統(tǒng)，其具有以下幾大優(yōu)點：①大多數(shù)無致病性；②遺傳背景清楚，易進行操作；③外源DNA轉(zhuǎn)化效率較高；④易培養(yǎng)，容易進行發(fā)酵操作。

3基因工程在生活中的應(yīng)用

基因工程的誕生，大大推動了生物學(xué)各個領(lǐng)域的發(fā)展?；蚬こ桃揽坎煌N類的微生物，使得人們之前的夢想和希望變成現(xiàn)實。在微生物學(xué)及分子生物學(xué)的輔助下，基因工程被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，帶動了生物技術(shù)產(chǎn)生高速發(fā)展。

3.1抗菌肽上的應(yīng)用

抗菌肽（Antimicrobial peptides， AMPs）通常被認(rèn)為是先天免疫的重要組成部分，提供了針對廣泛病原體的第一道防線。Li等研究發(fā)現(xiàn)，眼鏡王蛇毒抗菌肽對耐藥綠膿桿菌所引起的角膜炎有治療潛力。同時，抗菌肽還具有抑制腫瘤的作用，但不會對人體正常細(xì)胞造成傷害或誘導(dǎo)凋亡。如KIM等構(gòu)建出的抗菌肽GGN6，其可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，并對產(chǎn)生耐藥性的乳腺癌細(xì)胞系具有明顯的殺傷作用。但因天然抗菌肽的產(chǎn)量過低，限制了在各個領(lǐng)域的研究和使用。通過借助基因工程，可以使抗菌肽的產(chǎn)量和活性大大提高，對未來的推廣及使用打下了堅實的基礎(chǔ)。

3.2 基因工程在微生物研究的應(yīng)用

基因工程技術(shù)的應(yīng)用，有力地推動了微生物學(xué)更深層次的發(fā)展?；蚬こ痰氖褂檬箍茖W(xué)家能夠更加準(zhǔn)確的對微生物的代謝、生理調(diào)節(jié)以及微生物形態(tài)進行觀察，同時借助基因工程，人們可以改造微生物，使得研究更加便利。人們將帶有熒光素酶的基因?qū)氪竽c桿菌中，當(dāng)該基因在大腸桿菌中進行表達時，人們便可以在加入了ATP和熒光素的瓊脂平板上發(fā)現(xiàn)發(fā)光菌落，這為后期的分離提供了更為便捷的條件。

4結(jié)語

微生物是基因工程的“根基”，若沒有微生物基因工程是極難發(fā)展和應(yīng)用的。同時，基因工程也是微生物學(xué)發(fā)展的助推器，通過DNA測序、高產(chǎn)量表達、分子克隆，可以更好的研究微生物，為微生物的功能鑒定及分類提供了強有力的幫助。借助微生物和基因工程間相輔相成的關(guān)系，人類可以在食品業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等與生活有關(guān)的方方面面快速發(fā)展，使人們的生活更加多姿多彩。

（作者單位：南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）