生物基因工程在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

劉淑穎

（天津諾禾致源生物信息科技有限公司，天津 301700）

DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著生物基因工程研究開始朝著分子結(jié)構(gòu)方向進(jìn)展。近年來隨著生物技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，生物基因工程領(lǐng)域獲得了不錯的發(fā)展成績，不僅給人們生活帶來了深遠(yuǎn)的影響，還為醫(yī)藥領(lǐng)域開拓了新的發(fā)展方向。生物基因工程能夠利用預(yù)先設(shè)定好的重組DNA序列，通過一系列的特殊反應(yīng)，實現(xiàn)改變細(xì)胞功能、獲取預(yù)想產(chǎn)物的目的。在醫(yī)藥領(lǐng)域，將生物基因工程與各種疫苗、藥物研究以及臨床診斷治療相結(jié)合，已經(jīng)取得了不錯的發(fā)展成績。

1 生物基因工程概述

生物基因工程又被稱為基因拼接技術(shù)或者DNA重組技術(shù)，其主要特點(diǎn)是通過人工轉(zhuǎn)移的方式，將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另外一個受體細(xì)胞中，并使該轉(zhuǎn)移基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，從而獲得全新的具有生物活性的產(chǎn)物[1]。操作生物基因主要依賴于限制性核酸內(nèi)切酶、運(yùn)載體、DNA連接酶這3大工具。限制性內(nèi)切酶是一種生物酶，能夠在DNA的特定位置點(diǎn)切斷DNA長鏈，也可以水解目標(biāo)DNA分子骨架上的磷酸二酯鍵，準(zhǔn)確地切下所需DNA片段。運(yùn)載體能夠?qū)NA片段運(yùn)輸?shù)剿拗鲀?nèi)部的目標(biāo)位置，經(jīng)大量復(fù)制后表達(dá)，從而達(dá)到研究目的。DNA連接酶是一種核酸酶，能夠連接DNA的3'-羥基末端與另一DNA片段的5’-磷酸基末端，在兩者之間形成磷酸二酯鍵。生物基因工程技術(shù)不但為遺傳物質(zhì)的研究提供了重要的技術(shù)支撐，還為醫(yī)藥研究的良好發(fā)展提供了新鮮動力與活力。

1.1 生物基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，生物基因工程已經(jīng)成功進(jìn)入細(xì)菌界、植物界、動物界的研究領(lǐng)域，并且取得了不錯的發(fā)展成績。在細(xì)菌界，運(yùn)用生物基因工程研究得到的工程菌可以提取胰島素，其在糖尿病治療方面取得了不錯的效果。在植物界，通過生物基因工程改變植物結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)植物的抗病蟲害能力[2]。對于農(nóng)作物而言，增強(qiáng)其抗病蟲害能力，有助于提升產(chǎn)量的同時減少農(nóng)藥的使用，從而降低農(nóng)作物上農(nóng)藥的殘留量，降低對人體健康造成的危害。在動物界，將能夠?qū)崿F(xiàn)特定表達(dá)的特定基因，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)入動物體內(nèi)，可以使其成功表達(dá)出新的特征，可用于識別動物發(fā)育過程中的基因(包括內(nèi)源基因)及其活動，也可測出與動物發(fā)育相關(guān)的未知基因的表達(dá)特性。此外，克隆動物也是動物界基因工程中重要的成功典例。隨著時代的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段生物基因工程已經(jīng)成為生命科學(xué)研究中不可或缺的重要組成成分。

1.2 生物基因工程的獨(dú)特優(yōu)勢

生物基因工程的獨(dú)特優(yōu)勢主要表現(xiàn)在跨物種性和無限擴(kuò)增兩個方面。跨物種性不僅打破了不同物種之間存在的界限，還成功地實現(xiàn)了原核與真核生物之間、植物與動物之間遺傳信息的相互轉(zhuǎn)移或重組。在農(nóng)牧發(fā)展領(lǐng)域中，通過生物基因工程能夠降低農(nóng)藥殘留給人類造成的危害，提高牲畜的培養(yǎng)品質(zhì)，提高農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)的穩(wěn)定、健康發(fā)展。無限擴(kuò)增是指導(dǎo)入宿主細(xì)胞中的外源DNA能夠在宿主特定的細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無限擴(kuò)增。例如，在醫(yī)藥研發(fā)過程中，將工業(yè)化藥物生產(chǎn)與生物基因工程相結(jié)合，能夠高效率地提取干擾素、疫苗等藥物產(chǎn)品[3]。

2 生物基因工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

微生物具有結(jié)構(gòu)簡單、迅速繁殖的特性，在其繁殖發(fā)展中應(yīng)用生物基因工程技術(shù)能取得顯著的效果。20世紀(jì)八九十年代，生物基因工程就已經(jīng)應(yīng)用到微生物藥用蛋白質(zhì)的研發(fā)生產(chǎn)過程中。例如，對治療依賴性糖尿病有顯著作用的胰島素，對治療急性胰腺炎、肢端肥大疾病有效的人腦激素以及有助于分娩的松弛素等。動物基因工程不僅培育出能夠生產(chǎn)具有人源性蛋白質(zhì)藥物的動物，還可以從某些動物的胰腺中獲得有助于治療疾病的目標(biāo)產(chǎn)物，從而推進(jìn)了醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，提高了醫(yī)療治愈水平。

2.1 微生物基因工程中的胰島素

胰島素屬于多肽類和蛋白質(zhì)類激素，其最大的療效是能夠合成肌糖原與肝糖原，加快體內(nèi)糖類物質(zhì)的氧化與分解，并阻礙非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類，使人體內(nèi)的血糖含量下降，從而維持血糖平衡，對治療依賴性糖尿病具有非常好的功效[4]。先天性糖尿病及后天因不良飲食習(xí)慣導(dǎo)致的糖尿病，會造成患者體內(nèi)缺少調(diào)控血糖的激素，使得血糖含量不均衡，進(jìn)而出現(xiàn)精神萎靡等癥狀。運(yùn)用微生物基因工程制造出來的胰島素，能夠有效緩解并治療這種病癥。

2.2 植物基因工程中的藥用重組蛋白

植物細(xì)胞具有全能性，在特定環(huán)境下，植物組織或者細(xì)胞能夠生長出完整的植株。所以，可以將藥物基因組合到植物細(xì)胞內(nèi)，通過分別培養(yǎng)，得到具有藥物基因的植株。植物獨(dú)特的穩(wěn)定遺傳特性為醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展提供了充足而良好的條件。目前，借助植物基因工程制造的藥物有：純化的血清蛋白、白介素、干擾素與腦啡呔等。

2.3 動物基因工程中制造的抗凝血酶

缺乏抗凝血酶會引起靜脈血栓，屬于常染色體顯性遺傳病。借助動物基因工程生產(chǎn)抗凝血酶的主要原理是：用山羊作為生產(chǎn)藥物的生物反應(yīng)器，通過動物基因工程技術(shù)將人體抗凝血基因轉(zhuǎn)移拼接到贍養(yǎng)乳腺組織內(nèi)部的特異性表達(dá)載體內(nèi)部，然后將獲得的重組DNA分子通過顯微注射技術(shù)注射到山羊的受精卵中，出生的小山羊就會具備這種特定的基因，并在山羊乳汁內(nèi)含有人抗凝血蛋白，可用于制作抗凝血酶藥物。

3 生物基因工程在藥物領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

由于微生物體積較小、結(jié)構(gòu)較簡單、繁殖速度快，微生物轉(zhuǎn)基因工程具有生產(chǎn)迅速、產(chǎn)量高、效率快、投入成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)?？茖W(xué)、合理地應(yīng)用微生物基因工程，有助于促進(jìn)藥物工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定、健康、持續(xù)發(fā)展，對于提高藥物工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。植物細(xì)胞具有全能型特點(diǎn)，通過植物基因工程生產(chǎn)疫苗時，對生產(chǎn)環(huán)境并沒有特殊的要求，整個生產(chǎn)過程簡單方便[5]；其所表達(dá)的產(chǎn)物大都沒有較大的毒性，是一種較為安全的藥物生產(chǎn)機(jī)制。動物基因工程的遺傳特性相對穩(wěn)定，可以借助這項技術(shù)大量獲取目標(biāo)藥物。

3.2 缺點(diǎn)

生物基因工程在造福人類的同時，也逐漸暴露出以下3個缺點(diǎn)。第一，成本較高；第二，在藥物制作與生產(chǎn)過程中，存在一些不安全的因素；第三，對環(huán)境、設(shè)備、技術(shù)等要求較高，一旦不滿足生產(chǎn)條件，后果不堪設(shè)想。

4 結(jié)語

生物基因工程在藥物方面的應(yīng)用十分廣泛，為醫(yī)學(xué)界提供了很多治療疾病的有效藥物。在生物基因工程發(fā)展過程中，雖然會遇到一定的曲折與困難，但只要經(jīng)過不斷的實踐與驗證，就一定能披荊斬棘，為人類及世界作出更大貢獻(xiàn)。