淺析生物技術(shù)在基因工程和細(xì)胞工程領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用

王文俊

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院 山東，煙臺(tái)264670）

1 前言

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的問題不斷地得到重視，例如糧食短缺、環(huán)境污染、食品健康問題以及疾病防治等等。面對(duì)如此多而又復(fù)雜的問題，人們正在不斷地尋求解決方法，生物技術(shù)就是其中最有效的辦法之一。

2 生物技術(shù)的相關(guān)概念

生物技術(shù)(biotechnology)是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)科學(xué)的科學(xué)原理，改良生物的特性，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料,為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的技術(shù)方式[1]。其中以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展迅猛，并逐漸影響著人們的生活方式。本文主要對(duì)基因工程和細(xì)胞工程兩大方面進(jìn)行論述。

3 基因工程

3.1 基因工程的概念

基因工程就是在基因水平上，在體外通過人工剪接和拼接的方法，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，目的就是為了獲得人類所需要的基因產(chǎn)物，主要過程包括基因的分離、體外基因重組以及在受體細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制與表達(dá)。

3.2 基因工程的發(fā)展

現(xiàn)如今，基因工程已成為一個(gè)國(guó)家科技水平的代表，由于其在人類疾病中具有杰出的診斷、治療作用以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)中的杰出貢獻(xiàn)，現(xiàn)已成為各個(gè)國(guó)家互相爭(zhēng)奪的制高點(diǎn)?！稌r(shí)代周刊》曾指出，到2020年生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代將成為人類繼信息時(shí)代結(jié)束后邁入的下一革命性產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代[2]。

但是，任何事物都有兩面性。就比如人們對(duì)于轉(zhuǎn)基因食物安全問題的擔(dān)心，到目前為止并沒有一個(gè)確鑿的證據(jù)來證明轉(zhuǎn)基因食品無毒無害?，F(xiàn)在國(guó)際社會(huì)對(duì)這些都還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定論，還沒有一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范基因技術(shù)的發(fā)展。所以，在安全性方面，基因工程還有很長(zhǎng)的路要走。

3.3 基因工程的應(yīng)用

3.3.1 基因工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 自從1982年第一個(gè)重組人工胰島素正式投入市場(chǎng)以來，基因工程藥物就在快速發(fā)展，應(yīng)用前景十分廣闊。最為大家所熟知的“干擾素”就是一類利用植物基因工程研制的多功能細(xì)胞因子，在臨床上以用于治療白血病、乙肝、丙肝等多種疾病[3]。人們還利用基因工程技術(shù)克服了大規(guī)模生產(chǎn)食源性ACEI（一種抗高血壓肽）的局限性[4]。

3.3.2 基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，目的就是為了提升農(nóng)產(chǎn)品在單位土地內(nèi)的產(chǎn)量，增強(qiáng)農(nóng)作物的抗病性、抗逆性以及抗病蟲害性，現(xiàn)已取得了舉世矚目的成就。世界上第一個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉是由美國(guó)孟山都公司研究開發(fā)的[5]。在1991年我國(guó)科學(xué)家也成功地將蘇云金芽孢桿菌（Bt）殺蟲晶體蛋白基因?qū)朊藁?，獲得了高抗棉鈴蟲的抗蟲棉，成為世界上第二個(gè)成功研究出抗蟲棉的國(guó)家。新疆石河子大學(xué)生物工程部運(yùn)用花粉管通道法將蘆葦和細(xì)菌的耐鹽堿基因?qū)←?，育成抗鹽堿轉(zhuǎn)基因小麥新品種，耐鹽堿能力明顯增強(qiáng)。

4 細(xì)胞工程

4.1 細(xì)胞工程的概念

細(xì)胞工程是指按照人們的需要和設(shè)計(jì)，將一種細(xì)胞中攜帶全套遺傳信息的基因或染色體導(dǎo)入另一種細(xì)胞，從而改變細(xì)胞的遺傳性。主要包括細(xì)胞融合、細(xì)胞重組、染色體工程、細(xì)胞器移植、原生質(zhì)體誘變及細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)。

4.2 細(xì)胞工程的發(fā)展

4.2.1 植物細(xì)胞工程的發(fā)展1902年，德國(guó)科學(xué)家哈勃蘭特首次提出了細(xì)胞全能性的概念。1937年美國(guó)科學(xué)家懷特用煙草莖段形成層成功在試管中培育出完整植株。1965年，沃索等成功用單細(xì)胞在培養(yǎng)基上培育出再生植株。20世紀(jì)70年代，植物細(xì)胞工程正式誕生。

4.2.2 動(dòng)物細(xì)胞工程的發(fā)展1907年美國(guó)科學(xué)家哈里森用一滴淋巴液成功培養(yǎng)蛙胚神經(jīng)組織數(shù)周，并觀察到細(xì)胞的生長(zhǎng)，從此開始了動(dòng)物細(xì)胞工程的發(fā)展。1952年，布里格斯把非洲豹蛙囊胚的細(xì)胞核移到去核的卵母細(xì)胞中，得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代。后來，英國(guó)科學(xué)家米爾斯坦和德國(guó)科學(xué)家科勒用產(chǎn)生抗體的單個(gè)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞雜家，發(fā)明了單克隆抗體技術(shù)。1997年，克隆羊“多莉”正式誕生，之后克隆鼠、克隆豬也相繼誕生。

根據(jù)近幾年細(xì)胞工程領(lǐng)域的發(fā)展，可以預(yù)見其在未來必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是，現(xiàn)在仍有許多的問題，如安全問題、倫理問題等，其中倫理問題是限制細(xì)胞工程發(fā)展的主要因素[6]。目前，國(guó)際上爭(zhēng)議最大的就是是否要禁止生殖性克隆，有人認(rèn)為這違反人類繁衍的自然法則；還有人認(rèn)為如果不加禁止生殖性克隆，人類必將毀滅。我國(guó)政府對(duì)此采取“反對(duì)生殖性克隆，支持治療性克隆”的政策。

4.3 細(xì)胞工程的應(yīng)用

4.3.1 糧食與蔬菜生產(chǎn) 細(xì)胞工程領(lǐng)域在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)育種中應(yīng)用最廣，在使用花藥離體培養(yǎng)和單倍體育種方面，我國(guó)已走在了世界的前列。由朱自清等研制的N6培養(yǎng)基廣泛應(yīng)用于禾本科植物的花藥和花粉的培養(yǎng)，已成為國(guó)內(nèi)外花培的通用培養(yǎng)基[7]。南京大學(xué)周長(zhǎng)芳運(yùn)用細(xì)胞工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了莼菜高效穩(wěn)定的組培體系，加快了莼菜優(yōu)質(zhì)種苗的生產(chǎn)。光自養(yǎng)繁殖技術(shù)是指在無糖培養(yǎng)基和人工控制的環(huán)境中，外植體利用光合作用進(jìn)行自養(yǎng)繁殖，因?yàn)槠渚哂形廴拘。苫盥矢叩忍攸c(diǎn)，非常適合工廠化生產(chǎn)。

4.3.2 臨床醫(yī)學(xué)與藥物 自從1975年劍橋大學(xué)的科學(xué)家利用動(dòng)物融合技術(shù)首次獲得單克隆抗體以來，針對(duì)各種抗原的抗體已被用在了生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，其中最主要的就是腫瘤的檢測(cè)治療以及導(dǎo)向藥物的研究。如大量臨床資料證實(shí)曲妥珠單克隆抗體用于乳腺癌的有效率為21%，而且它與化療的聯(lián)合應(yīng)用,能顯著延長(zhǎng)乳腺癌患者的生存時(shí)間。而北京大學(xué)曹文亮等人針對(duì)此次新冠疫情就研發(fā)出一種抗新型冠狀病毒的單克隆抗體，應(yīng)用前景十分廣闊[8]。

4.3.3 細(xì)胞治療 我們所說的的細(xì)胞治療是指利用體外培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等直接用于細(xì)胞或組織的修復(fù)以及再生，其分泌的多種生長(zhǎng)因子也可以直接參與組織的修復(fù)過程。顧曉松等人已發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)來源干細(xì)胞、皮膚表皮來源干細(xì)胞及脂肪來源干細(xì)胞的外泌體均可顯著緩解帕金森小鼠的相關(guān)癥狀，這對(duì)治療人類帕金森癥有著指導(dǎo)意義。目前，科學(xué)家已經(jīng)在設(shè)想運(yùn)用MSC療法來治療新型冠狀病毒引發(fā)的流感疫情。

5 對(duì)生物技術(shù)發(fā)展的展望

本文只對(duì)基因工程以及細(xì)胞工程進(jìn)行了論述，其實(shí)其他兩個(gè)方面的應(yīng)用也十分廣闊。進(jìn)入新世紀(jì)以來，生物技術(shù)的不同方面都在快速發(fā)展，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在未來更將出現(xiàn)各種各樣的新技術(shù)、新應(yīng)用。我們必須在安全、合理的基礎(chǔ)上來研發(fā)應(yīng)用生物技術(shù)，牢牢把握機(jī)遇，促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的共同發(fā)展。