解讀分子生物學(xué)技術(shù)在動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展前景

閆立松

(武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 430023)

0 引言

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與科學(xué)應(yīng)用，對人類生產(chǎn)生活也產(chǎn)生非常重要的影響。對分子生物學(xué)技術(shù)、理論的創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)行充分的深入了解，對動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)的科學(xué)深入研究起到非常關(guān)鍵的作用。近些年，分子生物技術(shù)與信息技術(shù)等科學(xué)技術(shù)均表現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，在動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)以及飼料科學(xué)等領(lǐng)域的也有著非常普遍的應(yīng)用，并表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

1 分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用

1.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)

分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展良好，其中，基因重組技術(shù)更是表現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢，人們能夠基于主觀意識，對目的基因進(jìn)行體外重組和克隆以及人工合成。基于細(xì)胞或是集體水平，為對外源目的基因所具有的調(diào)控和表達(dá)以及生物學(xué)功能進(jìn)行科學(xué)研究，創(chuàng)造性的構(gòu)建出系統(tǒng)的對目的基因?qū)爰?xì)胞或是動(dòng)物受精卵的生物技術(shù)，即轉(zhuǎn)基因技術(shù)。對轉(zhuǎn)基因技術(shù)加以科學(xué)運(yùn)用，培育獲得具有表達(dá)、遺傳和目的基因的動(dòng)物，即轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。近些年，科學(xué)人員重點(diǎn)對如下方面開展深入科學(xué)研究：①改善生產(chǎn)性狀，提高生產(chǎn)性能。金屬硫蛋白生長激素(MT-GH)融合基因，可以使飼料效率得到有效提高，加快生長速度，明顯降低二胴體脂肪。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究也取得相應(yīng)的成功，如轉(zhuǎn)基因豬，其飼料效率以及增重率，分別提高了18%和15%，而胴體脂肪則降低80%。②提高抵抗力。對豬、綿羊等動(dòng)物，導(dǎo)入可以形成特定抗體的目的基因，對雞等動(dòng)物，導(dǎo)入病毒膜蛋白編碼的目的基因，可培養(yǎng)獲得對病毒具有遺傳性免疫力的動(dòng)物品種。③建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。這也屬于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。現(xiàn)階段，國內(nèi)外已經(jīng)研究培育同癌基因相關(guān)的轉(zhuǎn)基因小鼠，為癌癥發(fā)病機(jī)理的科學(xué)研究和防治起到關(guān)鍵的作用，并提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。除此之外，關(guān)于遺傳性疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型，同樣已經(jīng)完成建立[1]。

1.2 動(dòng)物生物反應(yīng)器

對轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物加以合理利用，生產(chǎn)獲得部分具備生物活性的蛋白質(zhì)，即建立動(dòng)物生物反應(yīng)器，成為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物科學(xué)研究所關(guān)注的焦點(diǎn)。關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器，存在著明顯的優(yōu)勢，如節(jié)約投資、成本，產(chǎn)量較大等。針對生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，通過乳腺、血液組織完成基因定位表達(dá)，尤其是通過乳腺組織生產(chǎn)存在生物活性的多肽藥物，以及存在特殊營養(yǎng)價(jià)值的蛋白質(zhì)。當(dāng)前，眾多生物企業(yè)均大力開展科學(xué)研究，利用綿羊和山羊等動(dòng)物乳腺組織，以此生產(chǎn)獲得抗凝血因子以及組織血纖維蛋白酶原激活因子(t-PA)等，在血液中，同樣發(fā)現(xiàn)干擾素以及免疫球蛋白等，且蛋白質(zhì)均存在著良好的生物學(xué)活性。

1.3 基因重組技術(shù)

瘦肉率屬于動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)以及動(dòng)物遺傳學(xué)等學(xué)科十分關(guān)注的焦點(diǎn)，關(guān)于肌肉品質(zhì)，同樣也成為必要的指標(biāo)，若可以發(fā)現(xiàn)同瘦肉率形狀存在聯(lián)系的生物基因，在分子水平上對表達(dá)做出科學(xué)調(diào)控，勢必會對研究的進(jìn)展產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。針對骨骼肌生長，肌生成抑制素發(fā)揮著關(guān)鍵性的影響作用，屬于十分關(guān)鍵的負(fù)調(diào)控因子，并位于骨骼肌中表達(dá)，在失去活性的情況下，則會對動(dòng)物肌肉產(chǎn)生不利影響，表現(xiàn)出過度發(fā)育，肌肉纖維同樣發(fā)生相應(yīng)的改變，且呈現(xiàn)雙肌形狀。依托于基因工程技術(shù)，針對肌生成抑制素的抑制劑或是抗體，做出系統(tǒng)篩選，并同肌生成抑制素進(jìn)一步的融合，滅活其功能。同時(shí)，針對肌生成抑制素發(fā)生融合的物質(zhì)，做系統(tǒng)篩選，拮抗其功能。同時(shí)，可選用發(fā)生突變基因，并挑選正常動(dòng)物，完成基因提取，對兩者同源重組，得到新生命體，且缺失肌生成抑制素基因，如此，使瘦肉率可以得到有效提高[2]。

抗菌肽屬于生物體內(nèi)存在的廣譜抗菌活性的多肽，屬于先天免疫的關(guān)鍵構(gòu)成。目前，大部分生物體內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的內(nèi)源性抗菌活性肽已經(jīng)超過300。抗菌肽具有良好的光譜殺菌效果、水溶性良好、熱穩(wěn)定性可靠、相對分子量小等特點(diǎn)，且對真核細(xì)胞不會產(chǎn)生作用，只對原核、病變真核細(xì)胞產(chǎn)生作用。所以，借助基因工程技術(shù)，對生物體內(nèi)自然抗菌肽所具有的功能進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)非常關(guān)鍵，特別是以抗菌肽抑菌為主，進(jìn)行表達(dá)、克隆，生產(chǎn)獲得抗菌肽的方式也成為研究熱點(diǎn)。

植酸酶是適用于單胃動(dòng)物使用的飼料添加劑，飼喂效果得到高度認(rèn)可。隨著飼料工業(yè)進(jìn)步，以及分子生物學(xué)的發(fā)展，對植酸酶的研究備受關(guān)注。當(dāng)前，研究的方向：①天然材料中，植酸酶表達(dá)水平并不高，致使無法大量生產(chǎn)，且生產(chǎn)成本相對較高，借助基因工程技術(shù)，搭配生物反應(yīng)器，可以使表達(dá)量得到相應(yīng)的增加。②天然植酸酶所具有的部分酶學(xué)性質(zhì)，如催化活性與耐溫性或是pH適性等，同飼料加工、養(yǎng)殖行業(yè)所涉及的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，無法相匹配。采取進(jìn)一步的科學(xué)研究，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)，在分子水平上，實(shí)現(xiàn)對植酸酶基因的科學(xué)改造，生產(chǎn)獲得酶活性較高且耐高溫的全新品種，使其在飼料中得到合理使用，產(chǎn)生良好的效果。

1.4 基因芯片

DNA芯片cDNA芯片，亦被制作基因芯片或是微陣列。DNA芯片技術(shù)，微型化、自動(dòng)化與多樣化等特點(diǎn)突出，在營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用具有良好的前景。①發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)有關(guān)新基因。研究新基因?qū)儆贒NA芯片技術(shù)非常關(guān)鍵的應(yīng)用。對于營養(yǎng)和基因表達(dá)關(guān)系方面的科學(xué)研究，傳統(tǒng)方法不但需要大量的時(shí)間和精力，且自動(dòng)化存在明顯的不足，依托于DNA芯片技術(shù)，芯片制備，雜交處理，以及有關(guān)的其他全過程，所需時(shí)間明顯較少。除此之外，該技術(shù)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)對生物信息采取科學(xué)處理，對基因表達(dá)譜做出有效確定，被檢測目標(biāo)NDA具有較高的密度，為新基因的篩選工作提供極大便利，使新基因發(fā)現(xiàn)更加快速有效。②營養(yǎng)有關(guān)基因功能研究。大量常見疾病均同營養(yǎng)素存在緊密聯(lián)系，DNA芯片能夠?qū)崿F(xiàn)對基因和營養(yǎng)素的有效聯(lián)系，使實(shí)驗(yàn)周期得到明顯的縮減，使基因功能的有效確定可以變得更加快速，以此為揭示疾病所具有的分子機(jī)制奠定重要基礎(chǔ)。③營養(yǎng)有關(guān)疾病診斷。DNA芯片能夠?qū)崿F(xiàn)對基因突變的快速精準(zhǔn)監(jiān)測，從正常人基因組提取分離DNA，同DNA芯片完成雜交處理，以此生成標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從受檢者基因組提取分離DNA，同DNA芯片完成雜交處理，以此生成病變圖譜。針對不同的圖譜，采取進(jìn)一步的分析對比，并做出科學(xué)分析，從而可以對病變DNA信息做出充分了解掌握。所以，對DNA芯片技術(shù)加以科學(xué)應(yīng)用，對營養(yǎng)有關(guān)基因所表現(xiàn)出的差異表達(dá)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)早期診斷以及早期治療，這也成為未來階段對營養(yǎng)有關(guān)疾病進(jìn)行科學(xué)防治的關(guān)鍵手段[3]。

2 發(fā)展前景

分子生物學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，基因工程技術(shù)的發(fā)展尤為關(guān)鍵，且已滲透在生命科學(xué)的眾多領(lǐng)域。現(xiàn)階段，借助基因工程技術(shù)，對飼料資源進(jìn)行科學(xué)開發(fā)，主要利用重組酶類、氨基酸與抗生素等物質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)。未來階段，基于基因工程技術(shù)，針對飼料資源的進(jìn)一步科學(xué)開發(fā)，研究關(guān)注的重點(diǎn)在以下5個(gè)方面。

1)針對作物大量表達(dá)修飾單擺的機(jī)制，采取深入科學(xué)研究。針對所含必需氨基酸，采取有效的分離克隆如蛋氨酸或是賴氨酸等基因，對基因工程技術(shù)加以科學(xué)應(yīng)用，如反義基因技術(shù)等，對飼料作物所含糖類、蛋白質(zhì)以及脂類等，進(jìn)一步的科學(xué)改良。

2)針對飼用有關(guān)的酶類基因，采取有效的分離克隆，在大豆或玉米等飼料作用中進(jìn)行有效轉(zhuǎn)入，借助植物基因工程技術(shù)，生產(chǎn)獲得飼用酶類。

3)基于酵母基因工程技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注生物活性鈦類，同樣涵蓋飼用酶類添加劑等，對此方面進(jìn)行深入開發(fā)。

4)基于基因工程技術(shù)，針對發(fā)酵工程菌，對其所具有的代謝加以仔細(xì)分析，并采取科學(xué)調(diào)控，以此使飼用色素以及有機(jī)酸與抗生素和氨基酸整體產(chǎn)量可以得到提高。

5)開發(fā)能夠用于疫苗、具備疫苗效果的工程菌株。

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)研究領(lǐng)域，分子生物學(xué)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，有著非常巨大的潛力。分子生物技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，為動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)研究指明方向且提供重要的科學(xué)技術(shù)與方法，在基因水平上，對部分營養(yǎng)學(xué)問題做出科學(xué)解決，展示出非常廣闊的發(fā)展前景[4]。

3 結(jié)語

基因工程為主要核心的分子生物技術(shù)，在動(dòng)物營養(yǎng)物方面，發(fā)揮著非常重要的影響和作用，為動(dòng)物營養(yǎng)的深入研究提供科學(xué)可行的技術(shù)、方法的同時(shí)，還可在基因水平方面有效解決部分營養(yǎng)學(xué)問題。基因工程抗菌肽能夠有效降低抗生素的使用，甚至可以進(jìn)行有效替代。隨著基因技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，各類生物性能相對突出的動(dòng)物新品種也隨之出現(xiàn)，通過對轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的科學(xué)利用，生產(chǎn)獲得各類生理活性物質(zhì)，勢必會快速實(shí)現(xiàn)。不可置否，以基因工程為關(guān)鍵核心的分子生物學(xué)技術(shù)，為畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了更為良好的發(fā)展前景。