淺議基因工程及其發(fā)展與應(yīng)用

傅思博

摘 要：基因工程是生物科學(xué)技術(shù)的一大進(jìn)步，近年來發(fā)展迅速，在醫(yī)療健康、食品、環(huán)境保護(hù)等方面取得了一個又一個的成就，為人類健康福祉提供了巨大的幫助，具有十分廣闊的前景。作為一名高中生，在收集整理了相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對基因工程的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了簡單的探析。

關(guān)鍵詞：基因；基因工程；轉(zhuǎn)基因技術(shù)；發(fā)展與應(yīng)用

一.基因工程的基本涵義

基因工程又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，它是在分子水平上對基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達(dá)。也就是說，它是將一種生物體的基因與載體在體外進(jìn)行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體內(nèi)，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳并表達(dá)出新產(chǎn)物或新性狀?；蚬こ淌窃诜肿由飳W(xué)和分子遺傳學(xué)綜合發(fā)展的基礎(chǔ)上誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。

二.基因工程的發(fā)展與應(yīng)用

目前，基因工程和轉(zhuǎn)基因技術(shù)逐漸被人類所關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源、新材料等領(lǐng)域。

2.1基因治療

所謂基因治療是指用基因工程的技術(shù)方法，將正常的基因轉(zhuǎn)入病患者的細(xì)胞中，以取代病變基因，從而表達(dá)所缺乏的產(chǎn)物，或者通過關(guān)閉或降低異常表達(dá)的基因等途徑，達(dá)到治療某些遺傳病的目的。目前已發(fā)現(xiàn)的遺傳病有6500多種，其中由單基因缺陷引起的就有約3000多種。因此，遺傳病是基因治療的主要對象。 第一例基因治療是美國在1990年進(jìn)行的。當(dāng)時，兩個4歲和9歲的小女孩由于體內(nèi)腺苷脫氨酶缺乏而患了嚴(yán)重的聯(lián)合免疫缺陷癥?？茖W(xué)家對她們進(jìn)行了基因治療并取得了成功。這一開創(chuàng)性的工作標(biāo)志著基因治療已經(jīng)從實驗研究過渡到臨床實驗。1991年，我國首例B型血友病的基因治療臨床實驗也獲得了成功。

基因治療的最新進(jìn)展是即將用基因槍技術(shù)用于治療。其方法是將特定的DNA用改進(jìn)的基因槍技術(shù)導(dǎo)入小鼠的肌肉、肝臟、脾、腸道和皮膚獲得成功的表達(dá)。這一成功預(yù)示著人們未來可能利用基因槍傳送藥物到人體內(nèi)的特定部位，以取代傳統(tǒng)的接種疫苗，并用基因槍技術(shù)來治療遺傳病?？茖W(xué)家們正在研究的是胎兒基因療法。如果實驗療效得到進(jìn)一步確證的話，就有可能將胎兒基因療法擴(kuò)大到其它遺傳病，以防止出生患遺傳病癥的新生兒，從而從根本上提高后代的健康水平。

但基因治療技術(shù)尚未成熟，其關(guān)鍵問題在于：①如何選擇有效的治療基因；②如何構(gòu)建安全載體，病毒載體效率較高，但卻有潛在的危險性；③如何定向?qū)氚屑?xì)胞，并獲得高表達(dá)。

2.2 基因工程藥物

基因工程藥物，是重組DNA的表達(dá)產(chǎn)物。廣義的說，凡是在藥物生產(chǎn)過程中涉及用基因工程的，都可以成為基因工程藥物。在這方面的研究具有十分誘人的前景。

基因工程藥物研究的開發(fā)重點是從蛋白質(zhì)類藥物，如基因工程胰島素、人生長激素、基因工程干擾素、促紅細(xì)胞生成素等的分子蛋白質(zhì)，轉(zhuǎn)移到尋找較小分子蛋白質(zhì)藥物。這是因為蛋白質(zhì)的分子一般都比較大，不容易穿過細(xì)胞膜，因而影響其藥理作用的發(fā)揮，而小分子藥物在這方面就具有明顯的優(yōu)越性。

基因工程在制藥業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景，中國的基因制藥行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，但與世界發(fā)達(dá)國家存在差距，主要表現(xiàn)在具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品較少，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)效益低。目前，我國基因制藥產(chǎn)業(yè)面臨著歷史性的機(jī)遇，主要表現(xiàn)在政府支持、資源豐富、基因信息公開、國際交流增加等方面。提高自主開發(fā)能力、保護(hù)基因資源是當(dāng)前亟待解決的問題，同時，應(yīng)加強(qiáng)對基因制藥領(lǐng)域技術(shù)壁壘的研究與準(zhǔn)備。[1]

3.3育種和轉(zhuǎn)基因

基因技術(shù)的突破使科學(xué)家們得以用傳統(tǒng)育種專家難以想象的方式改良農(nóng)作物。例如，基因技術(shù)可以使農(nóng)作物自己釋放出殺蟲劑，可以使農(nóng)作物種植在旱地或鹽堿地上，或者生產(chǎn)出營養(yǎng)更豐富的食品。科學(xué)家們還在開發(fā)可以生產(chǎn)出能夠防病的疫苗和食品的農(nóng)作物。

基因技術(shù)也使開發(fā)農(nóng)作物新品種的時間大為縮短。利用傳統(tǒng)的育種方法，需要七、八年時間才能培育出一個新的植物品種，基因工程技術(shù)使研究人員可以將任何一種基因注入到一種植物中，從而培育出一種全新的農(nóng)作物品種，時間則縮短一半。

人們還可以利用基因技術(shù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因食品。人們吃的所有食物都來自于其他生物體，幾乎所有食物中都含有不計其數(shù)的帶有異源基因的DNA，這些DNA分子在消化道類會被降解為單個的脫氧核糖核苷酸，才能被人體吸收用于自身遺傳物質(zhì)的構(gòu)建。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的張啟發(fā)院士認(rèn)為：“轉(zhuǎn)基因技術(shù)為作物改良提供了新手段，同時也帶來了潛在的風(fēng)險?；蚣夹g(shù)本身能夠進(jìn)行精確的分析和評估，從而有效地規(guī)避風(fēng)險。對轉(zhuǎn)基因技術(shù)的風(fēng)險評估應(yīng)以傳統(tǒng)技術(shù)為參照?？茖W(xué)規(guī)范的管理可為轉(zhuǎn)基因技術(shù)的利用提供安全保障。生命科學(xué)基礎(chǔ)知識的科普和公眾教育十分重要?！盵2]

4.4 環(huán)境保護(hù)

ISAAA在年度報告中分析了轉(zhuǎn)基因作物對環(huán)境的影響。報告指出，2011年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植節(jié)約了相當(dāng)于47300公斤的殺蟲劑，高產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因作物節(jié)省了相當(dāng)于1.09億公頃的耕地，同時其效果相當(dāng)于減少了約230億公斤的溫室氣體排放量。通常，種植轉(zhuǎn)基因作物不需要大面積野外田間耕作。較少的田間作業(yè)也必然降低燃料消耗和隨之產(chǎn)生的二氧化碳排放。所以，我們可以針對一些破壞生態(tài)平衡的動植物，研制出專門的基因藥物，既能高效的殺死它們，又不會對其他生物造成影響，還能節(jié)省成本。例如一直危害我國淡水區(qū)域的水葫蘆，如果有一種基因產(chǎn)品能夠高效殺滅的話，那每年就可以節(jié)省幾十億了。

總之，基因工程的發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊，對人類未來來說是一項具有重大意義的科學(xué)技術(shù)，目前也取得了很多實質(zhì)性的進(jìn)展，相信在越來越多的科學(xué)家努力和各國重視之下，基因工程會很快迎來突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《基因工程中國基因工程制藥業(yè)發(fā)展》，醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)， 2012.10.22；

[2] 張啟發(fā)大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因作物，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010.01.001