基因工程的利与弊

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第一篇:基因工程的利与弊

基因工程的利与弊

基因工程的原理: 基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。

操作方法是:将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源物质在其中“安家落户”,进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。

例如:将大鼠的生长激素基因导入小鼠受精卵.首先在大鼠的体细胞中提取染色体,分离目标基因.用限制性核酸内切酶处理载体,再将载体与基因片段连接(这里用到DNA连接酶)。通过显微注射的方法将这些重组基因注入小鼠的受精卵内,最后让这些受精卵生长发育。结果小鼠生出几只带有大鼠生长激素基因的小鼠,这些小鼠的生长速度非常快,其个体是同窝其他小鼠的1.8倍,成为“巨型小鼠”。

基因工程中的载体常选取大肠杆菌的环状DNA,用到的工具酶有限制性内切酶、DNA连接酶,其次还得用到DNA聚合酶。限制性核酸内切酶,用来切割目的基因和载体,主要是2型酶;DNA连接酶,用来连接目的基因和载体,有两类,连接平末端的和粘性末端的,若末端不相同连不起来的话,还得用DNA聚合酶来加片段,如加CCC-和GGG-,再用连接平末端的连接酶来连接。

将目的基因导入受体细胞的方法有:

植物常用的是农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌,它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物和裸子植物的受伤部位。农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后,可将T-DNA插入到植物基因组中,并且可以通过减数分裂稳定的遗传给后代。基因枪法基本原理是通过动力系统将带有基因的金属颗粒(金粒或钨粒),将DNA吸附在表面,以一定的速度射进植物细胞,从而实现稳定转化的目的。花粉管通道法则是在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液,利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道,将外源DNA导入受精卵细胞,并进一步地被整合到受体细胞的基因组中,随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。

动物则是利用显微注射,或者灭活的病毒转导。显微注射相信大家已经在上面的例子中已经有所了解。灭活的病毒一般可以用于动物细胞的融合,在细胞分裂的一定阶段利用灭活的病毒将不同源的动物细胞进行融合,从而实现基因重组的目的。

基因工程的应用领域:

基因工程主要有三大领域的应用,分别是遗传育种、疾病治疗、环境保护。

一、基因工程与遗传育种。

1、转基因植物。

传统的育种方法有杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种。与传统的育种方法相比,基因工程育种的优势在于目的性强,育种周期短,克服远缘杂交不亲和障碍。我们所熟知的转基因植物有抗虫转基因植物,如转基因抗棉铃虫品种。抗病转基因植物,如抗病毒转基因甜椒。其他抗逆转基因植物,如转鱼抗寒基因的番茄。利用转基因改良植物的品性,如矮杆抗倒伏小麦。利用转基因提高农作物产量,如转基因大豆。

2、转基因动物。

提高动物的生长速度,如将人的生长激素基因注射到小白鼠的受精卵中,得到超级小鼠。用于改良蓄产品品质,如乳汁中含有人生长激素的转基因牛。用于提高抗病能力,如将正常人的免疫基因转到到免疫缺陷病人的体内表达,以治疗免疫缺陷病。用于生产药用蛋白,如利用转基因大肠杆菌生产胰岛素。用转基因动物做器官移植供体,如诱导人的细胞向人的耳朵方向发育,在将这些细胞放在小白鼠身上培养成人的外耳廓。

二、基因工程与疾病治疗。

1.基因工程药物。许多药物的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制,产量十分有限,价格更是昂贵。利用基因工程技术就能很好的解决这一问题。微生物生长繁殖迅速,容易控制,适用于大规模的工业生产,将生物合成相应药物的基因导入微生物细胞内表达,让它们产生相应的药物,不但能解决产量问题,还能大大降低成本,让广大群众能看得起病。例如:传统的生产胰岛素、干扰素的方法是直接从生物组织、细胞或血液中提取。产量小,方法复杂,难以大规模生产。现在用基因工程制造“工程菌”,可以高质量、低沉本、大量的生产胰岛素干扰素。基因工程药物在疾病防御方面也起到了极大的作用,如利用基因工程生产乙肝病毒疫苗。

基因工程药物除了可以从转基因细菌途径获得,还可以从转基因动物身上获得.如利用转基因奶牛生产生长激素.这些生长激素蕴藏在奶牛的乳汁里,我们只需挤出乳汁即可.2.基因诊断和基因治疗.基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术,即在DNA水平分析检测某一基因,从而对特定的疾病进行诊断.基因探针的制备要用放射性同位素(如³²P)、荧光分子等标记DNA分子。然后利用DNA分子杂交原理,同源的DNA则会相结合。例如:病毒性肝炎分为很多种,甲肝、乙肝、丙肝等。我们提取不同病毒的基因,制作成基因探针,然后从病人身上提取病毒的基因,与各类探针混合。相应的病毒基因就会和相应的探针相结合,这样我们就能快速的检验是哪种类型的肝炎。

基因治疗,一般是向目标细胞引入正常功能基因,以纠正或补偿基因的缺陷。包括体外基因治疗和体内基因治疗。例:治疗腺苷酸脱氢酶基因缺陷造成的重度免疫缺陷。

三、基因工程与环境保护。

如:利用基因工程培育“超级细菌”分解石油。用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中的DDT的细菌,以及能够净化镉污染的植物。生产基因工程聚羟基烷脂,用于制造生物可降解塑料。

基因工程可能对人类社会造成的诸多影响: 基因工程是把双刃剑,在给人类带来众多福利的同时也带来了许多显性的以及潜在的危害。

基因工程对人类有利方面在上文中已经详细的阐述过,这里我们着重了解基因工程的负面影响。

国内外学者对转基因技术的负面影响作了大量研究,出现了许多相关报道,如英国的权威科学杂志《自然》刊登了美国康奈尔大学副教授约翰•罗西的一篇论文,可推测BT转基因玉米花粉中含有毒素,引起世界震惊。另据报道,英国伦理和毒性中心的实验报告说,与一般大豆相比,耐除草剂的转基因大豆中,防癌的成分异黄酮减少了。与普通大豆相比,两种转基因大豆中的异黄酮成分减少了12%~14%。

1.可能危害有益昆虫类群

大量转基因农作物转入了Bt毒蛋白基因作为其抗虫的外源基因,虽然其表达产物Bt毒蛋白对人类无害,但若是以农作物为食的害虫消失殆尽,以这些害虫为食的益虫也将遭受灭顶之灾了。长期大面积种植这种作物可能会对有益昆虫类群造成难以挽回的危害,一旦这种现象发生,不仅会对农业造成危害,也将是对生态环境的沉重打击。

2.可能导致土壤肥力下降和化肥的滥用

大量种植以抗杂草基因作为外源基因的转基因作物,要是田间无杂草的生长枯萎腐烂,长此以往会使土壤中自然的腐殖质逐渐消耗殆尽,使土壤本身的肥力下降,为了保证产量,农民不得不大量使用化肥,从而导致土壤结构的改变,土质的恶化以及环境(主要是水)的污染。

3.转基因食品的其他安全性问题

食用转基因食物,有可能被转基因DNA侵入人体细胞,产生病原病毒。同时,转基因DNA有可能插入人体细胞的基因组,由于插入位点的随机性,可能造成有害和致死效应,包括癌症。

基因多样性是最难控制的,转基因技术是否对人类所处的生态环境,食物链等形成间接的影响也确实应该引起人们的注意。从营养成分的基因改良角度考虑,转基因食品的氨基酸、碳水化合物、脂肪以及其它微量成分的种类及构成高分子物质的排列顺序有所变化,天然毒素的含量也可能发生变化,因此必须对转基因食品与常规食品的关键成分进行实质等同性鉴定,来判定其是否可以安全食用。

21世纪是生物技术蓬勃发展的时代,基因工程的兴起是生物技术革命的必然结果,尽管基因工程给人带来的利弊尚不明确,但其给人带来的好处是显而易见的。希望随着基因工程的不断发展,使转基因的安全性能得到保证,人们能更好、更安全的利用基因工程带。

第二篇:基因工程对治疗遗传病的利与弊

计科07-2 李进龙 08073381 基因工程对治疗遗传病的意义

基因工程(genetic engineering)就是是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术,是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源物质在其中“安家落户”,进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新技术。这一技术现被用于众多领域,其中以医疗为主,主要用于遗传病,肿瘤和传染病等方面,并已获得重大成就,至今为止基因治疗方案以逾百种,现就其对治疗遗传病方面的突出成就进行分析。

所谓遗传病,是指遗传物质发生改变或者由致病基因所控制的疾病,通常具有垂直传递和终身性的特征.因此,遗传病具有由亲代向后代传递的特点.这种传递不仅是指疾病的传递,最根本的是指致病基因的传递.所以,遗传病的发病表现出一定的家族性.父母的生殖细胞(精子和卵细胞)里携带的致病基因,通过生殖传给子女并引起发病,而且这些子女结婚后还可能把致病基因传给下一代。而基因治疗有以下几种策略:1.基因置换(gene replacement):基因置换就是用正常的基因原位替换病变细胞内的致病基因,使细胞内的DNA完全恢复正常状态。2.基因修复(gene correction):基因修复是指将致病

基因的突变碱基序列纠正,而正常部分予以保留。3.基因修饰(gene augmentation)又称基因增补,将目的基因导入病变细胞或其它细胞,目的基因的表达产物能修饰缺陷细胞的功能或使原有的某些功能得以加强。4.基因失活(gene inactivation):利用反义技术能特异地封闭基因表达特性,抑制一些有害基因的表达,已达到治疗疾病的目的。如利用反义RNA、核酶或肽核酸等抑制一些癌基因的表达,抑制肿瘤细胞的增殖,诱导肿瘤细胞的分化。用此技术还可封闭肿瘤细胞的耐药基因的表达,增加化疗效果。5.免疫调节(immune adjustment):将抗体、抗原或细胞因子的基因导入疾人体内,改变病人免疫状态,达到预防和治疗疾病的目的。如将白细胞介素-2导入肿瘤病人体内,提高病人IL-2的水平,激活体内免疫系统的抗肿瘤活性,达到防治肿瘤复发的目的。6.其它:增加肿瘤细胞对放疗或化疗的敏感性:采用给予前体药物的方法减少化疗药物对正常细胞的损用力。如向肿瘤细胞中导入单纯疱疹病毒胸苷激酶基因,然后给予病人无毒性GCV药物,由于只有含HSV-TK基因的细胞才能将CGV转化成有毒的药物。而基因工程技术利用限制性内切酶的“刀子”和DNA连接酶之“胶水”,“引进”优秀基因,切除劣制基因,按人的意愿改造遗传特性,治愈遗传病。

综述所述:基因工程对治疗遗传病的意义在于首先,它有可能成为征服遗传病最有效的武器。目前已发现各种基因病3000种,过去对这些病束手无策,而利用基因疗法有可能根治。例如,有种疾病叫莱斯克·奈汉综合症。这种病人思想迟钝,大脑麻痹,经查明是

由于病人体内缺少一种叫HPRT的基因。1984年美国的研究人员把人工合成的 HPRT基因,引进病人骨髓干细胞内获得了成功;还有一种叫β-地中海贫血症的遗传病,也是基因的问题,造成血红蛋白β肽链合成减少。美国加利福尼亚大学的研究人员,将正常基因引进到两名病人的细胞内也获得成功。从而,为人类征服各种基因病开创了道路。许多科学家还认为,癌症也是致癌基因受到某些环境因素刺激而导致的恶作剧。基因工程为人类彻底征服万恶的癌魔也带来了曙光!基因工程更深远的意义,在于它为未来提高人类的遗传素质,作出难以估量的贡献。人们总有一天,能集人类遗传信息之精华,重组最优秀的人体遗传物质,培养出具有特殊天赋,健康、聪明、活泼的后代,使优生学不断产生质的飞跃。

第三篇:生物类论文:基因工程的利与弊

基因工程的利与弊 刘建

20101103805 内蒙古师范大学生命科学与技术学院 生物科学(汉班)

呼和浩特

010022

摘要

基因工程对于人类的利弊一直是个争议的问题,主要是这项技术创造出原本自然界不存在的重组基因。但它为医药界带来新希望,在农业上提高产量改良作物,也可对环境污染、能源危机提供解决之道,甚至可用在犯罪案件的侦查。但它亦引起很大的忧虑与关切。当此科技由严谨的实验室转移至大规模医药应用或商业生产时,我们如何评估它的安全性?此项技术是否可能因为人为失控,反而危害人类健康并破坏大自然生态平衡?

关键词:基因工程

转基因

道德伦理

正文

生物学家早在一百多年前就知道,生物的表征遗传自其亲代。生物细胞的细胞核,含有染色体,其组成分为DNA。DNA含有四种碱基--腺嘌呤(adenine,),胸腺嘧啶(thymine,),胞嘧啶(cytosine,)和鸟嘌呤(guanine,(它们分别简称A、T、C、G)。这些碱基在DNA中看似杂乱无章,但它们的排列顺序,正代表遗传讯息。每三个碱基代表一种胺基酸的密码。基因就是这些遗传密码的组合,亦即代表蛋白质的胺基酸序列。每个基因含有启动控制区,以调控基因的表达。

基因工程技术(基因工程是一项很精密的尖端生物技术。可以把某一生物的基因转殖送入另一种细胞中,甚至可把细菌、动植物的基因互换。当某一基因进入另一种细胞,就会改变这个细胞的某种功能。)在医药及农业上应用广泛。这项尖端科技加上最近突破性的生殖科技,却引发人们极大的隐忧及争论。

观点:辨证地看待基因工程的利与弊 基因工程对当今社会的发展功不可没。

一、基因工程是在对促进生物学的发展具有重要意义

基因工程是在分子生物学、分子遗传学、微生物学、细胞工程等学科发展和研究成果的基础上诞生的,反过来也可促进现代生物学的发展。生物界是通过长期的进化发展而来的,因而通过基因工程手段,不仅可以阐明生命发生的现象和规律,揭示重要基因功能以及重要性状形成的分子机制,还能模拟自然界生物进化历程,更进一步丰富和完善生物进化的理论,促进生物学研究的全面发展。

二、基因工程在社会各个方面广泛应用

医药业,可生产重要药品,很大限度地降低生产成本;治疗过去人们认为难以治愈的遗传疾病和各类部分疾病,解除人类病痛烦恼,提高人体健康水平和人均寿命。

基因工程同时有望解决粮食危机和温室效应之类的环境污染问题。(1)基因工程用来筛检及治疗遗传疾病。

遗传疾病乃是由于父或母带有致病基因。基因筛检法可以快速诊

断出该类基因;基因治疗法则是用基因工程技术来治疗这类疾病。产前基因筛检可以诊断胎儿是否带有某种遗传疾病,这种筛检法甚至可以诊断试管内受精的胚胎,早至只有两天,尚在八个细胞阶段。试管胚胎就是其中的一个例子。做法是将其中之一个细胞取出,抽取DNA,侦测其基因是否正常,再决定是否把此胚胎植入母亲的子宫发育。胎儿性别同时也可测知。(2)基因治疗法——遗传病人的福音

目前医学界正在临床试验多种遗传病的基因治疗法。最早采用基因治疗的是一种先天免疫缺乏症,又称气泡男孩症(bubble-boy disease),患病婴幼童因为腺脱胺(adenosine deaminase)基因有缺陷,骨髓不能制造正常白血球发挥免疫功能,必须生活在与外界完全隔离的空气罩内。最新的治疗法是由病人骨髓分离出白血球的干细胞,把正常的酵素基因接在经过改造不具毒性的反录病毒(retrovirus),藉此病毒送入白血球干细胞,再将干细胞送回病人体内,则病人可产生健康的白血球获得免疫功能。这项临床试验,在美国的女病童证明很成功。(3)转基因农业时代的到来

由于基因工程突破了不同物种间基因难以交流这一天然障碍,所以应用基因工程,通过跨物种的基因交流实现物种的定向遗传改良或创造新物种,对自然环境及人类生活各个方面产生广泛而深刻的影响。

在育种方面,它可应用于植物抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等抗性遗传改良以及培育高产量和高品质的动植物品种。目前全世界正重视发展永续性农业(sustainable agriculture),希望农业除了具有经济效益,还要生生不息,不破坏生态环境。基因工程正可帮忙解决这类问题。基因工程可以改良农粮作物的营养成分或增强抗病抗虫特性。可以增加畜禽类的生长速率、牛羊的泌乳量、改良肉质及脂肪含量等。

(4)农林渔牧的应用——生态环保

目前全世界正重视发展永续性农业(sustainable agriculture),希望农业除了具有经济效益,还要生生不息,不破坏生态环境。基因工程正可帮忙解决这类问题。基因工程可以改良农粮作物的营养成分或增强抗病抗虫特性。可以增加畜禽类的生长速率、牛羊的泌乳量、改良肉质及脂肪含量等。

(注:基因工程的应用并不只有以上部分,我只对以上部分发表个人观点。)

金无足赤的基因工程

每一项科学技术都有他们的利与弊。在利用各项技术的同时我们应该衡量一下他们的弊,用最正确,对于大自然最和谐的方法去应用每一项科学技术。

目前有大部分人还不愿意吃转基因食品,但转基因食品已无处不在,我们无法预测这项技术所带来的灾难性后果,但我们清楚这种毁坏将是不可逆的。1998年,美国媒体报导了对英国罗伊特研究

所普斯陶教授的专访,他警告人们关注未充分证明其安全性就已经推广的转基因食品,经过试验:用转基因土豆喂老鼠后,老鼠发生器官生长异常,体重和器官重量减轻,并且免疫系统遭到破坏。1998年8月,英国教授普兹泰发现,老鼠食用了转基因土豆之后免疫系统遭到破坏;美国也有一些害虫的天敌因转基因植物致死的报导;2005年5月22日,英国《独立报》又披露了知名生物技术公司“孟山都”的一份报告,以转基因食品喂养的老鼠出现器官变异和血液成份改变的现象。这些消息在带给全世界震惊的同时,也使更多的人怀疑食用转基因原料制成食品的安全性。

安全性问题

(1),未进行较长时间的安全性试验:基因化食品改变了我们所食用食品的自然属性,它所使用的生物物质不是人类食品安全提供的部份,未进行长时间的安全试验,没有人知道这类食品是安全的。

(2),产生毒素:基因化食品能产生不可预见的生物突变,会在食品中产生较高水平和新的毒素。Losey,J.E.等(1999)报导,在一种植物马利筋叶片上撒有转基因Bt玉米花粉后,普累克西普斑蝶食用叶片就少,长得慢,4天的幼虫的死亡率44%。而对照组(饲喂不撒Bt玉米花粉的叶片)无一死亡。转基因作物产生的杀虫毒素可由根部渗入周围,但尚不清楚会产生何种影响。

(3),过敏或变态反应:基因技术会在食品中产生不能预见的和未知的变态反应原。据报告,对巴西坚果产生过敏的主体也会对用

该坚果基因工程化而得到的大豆产生过敏。科学家把巴西胡桃的特性移植到黄豆上去,结果却使一些对胡桃过敏的人在摄取黄豆时有过敏的可能。植物凝血素(Lectin)对有些害虫来说是有毒的,转基因食品不得含有此类有毒物质。

(4),减少食品的营养价值或降解食品中重要的成份:基因化的目的是去除或灭活人们认为不需要的物质,这些物质可能是未知的,但它是基本的。比如它有自然的抑制癌症的能力(Pariza,M.W.,1990)。美国的研究资料表明,在具有抗除草剂基因的大豆中,异黄酮类激素等防癌的成份减少了。基因化食品的虚假新鲜感迷惑消费者。具有芳香、有光泽的红色蕃茄能贮藏几周,但营养价值较低。消费者在购买水果或蔬菜时,仅依靠外观和质地,因此,不能准确判定该产品的真实质量。营养物质在环境中自然循环受到转基因微生物的干扰。

(5),产生抗菌素耐药性细菌:基因技术采用耐抗菌素(如抗卡那霉素、氨苄青霉素、新霉素、链霉素等)基因来标识转基因化的农作物,这就意味着农作物带有耐抗菌素的基因。这些基因通过细菌而影响我们。英国的研究显示,转基因作物中的突变基因可能会进入到生物有机体,突变的基因如跨越种群和转移至细菌,其结果可能会导致新的疾病。虽然这种机会可能性很小,但如出现无法治疗的并广泛传播的对生命造成严重威胁的疾病时,其后果不堪设想。荷兰科学家发表在《新科学家》杂志的试验结果称,设计一人造胃,对人消化转基因食物的过程进行模拟,发现DNA滞留在肠内,同时一些转基

因细菌能够把自己的抗生素抗性基因转移给人造胃的细菌。如果类似结果发生在人和动物体内,就可能培养出功效最强的、抗菌素也无法杀死的超级细菌。英国新食品和工艺顾问委员会就禁止一种用抗氨苄青霉素基因作标识的转基因改良玉米趋势饲喂牛,因其中含有的DNA仍保持原样,并有可能加速对抗菌素的抗药性。

(6),产生的问题不能进行追踪:若不进行标识,我们的公共卫生当局就无力因出现问题发现其来源,潜在性的危害值得怀疑。

(7),副作用能杀害人体:Mayeno,A.N.等(1994)报告,发生一种新的,不明原因的病症,主要表现为嗜酸性肌痛。临床表现有麻痹、神经问题、痛性肿胀、皮肤发痒、心脏出现问题,记忆缺乏、头痛、光敏、消瘦(Brenneman,D.E.等,1993;Love,L.A.等,1993)。后查明系日本一公司生的基因化工程细菌产生的色氨酸所致。食用者在3个月后发病,导致37人死亡,1500人体部份麻痹,5000多人发生偶尔性无力。据测定,含量为0.1%便可杀死人体。

(8)转基因植物对农田生态系统(Agro-ecosystem)的影响: 1.增加杀虫剂的使用 2.抗性的选择和转运到可兼容的其它植物中 3.产生新的农田杂草基因流和杂交 4.转基因植物自身变为杂草插入性状的竞争 5.产生新的病毒

(9)伦理道德问题

人类在基因领域已经取得了巨大的进步,并通过基因工程在改变自然以服务于人的需要方面进展迅速。但是,在很长一段时间内,人类对基因工程的哲学伦理学方面的问题重视不够。这有两方面的问题。一方面,在改造自然和征服自然的哲学观下,基因工程引发了许多生态问题,特别是极大影响了生物多样性,而生物多样性正是自然可持续发展的基础。另一方面,基因工程引发了许多社会伦理问题。从克隆技术到人类基因组的重大发现以来,这一问题日益突出了,而与这一进程相比,人类相应的社会伦理体系却没有建立起来。

基因伦理学就其内容看,可有两方面的内容,一方面是生态伦理学,一方面是社会伦理学。就基因的生态伦理学而言,主要是为了规范和协调基因工程与生态环境之间的矛盾;就基因的社会伦理学而言,主要是为了规范和协调基因工程与社会伦理方面的矛盾问题。

生态伦理学对于植物基因研究工作的规范和合理约束,主要是出于生物多样性的考虑。近些年来,植物基因的研究取得了长足进步,这些进步推动了一系列农业革命,而尤以粮食革命为重。但是,这种以植物基因优化为基础的革命,却导致了物种多样性的破坏。比如,它使人们食用的粮食从5000多种锐减到150多种。与此类似的是,化肥对增产和缩短生长期起了举足轻重的作用,但也造成了土壤板结和地表破坏。同样的情况也发生在动物基因的研究与应用中。比如,试管牛和试管羊为人们控制生物性别提供了基础,这一技术使人类有可能实现对生物种群的控制。对某一种群来说,雄性数量不需要很多,但雌性数量却举足轻重,根据自然法则,雄雌出生概率大致相当,因此,如何在出生中尽量增大雌性数量和减少雄性数量就十分关键。但

这样一来,势必造成种群雄雌比例的失衡,从而造成自然生态失衡。当这种技术应用于人类时,问题更大。前段时间关于克隆技术的讨论表明,基因的克隆技术一旦用于人类,可能带来或引起的麻烦甚至不是我们能够想象到的。

随着基因技术的发展,“天才论”、“血统论”有可能死灰复燃。“天才论”、“血统论”的问题在哲学史上由来已久,柏拉图在《理想国》中,就曾以金银铜等为血统论的合理性做了说明,这也在很长时期内存在于人类社会的历史中,而且至今存在于不同的人种间。但类似凡高、爱因斯坦等许多已被证明的“天才”,在基因上可能恰恰是有缺陷的。事实上,基因技术本身也很难造成各方面能力均衡的所谓什么方面都正常的人。

【结语】

不久的将来,基因工程技术仍只限于转殖少数的基因,如此培育出来的生物仍将是我们熟悉的生物。但是有很多疾病及生物特征是由多数基因决定的,而且基因常常不是独立行使功能,它们会受环境的影响。譬如一组基因会造成某人罹患气喘,但症状受生活的环境影响很大。一个人罹患糖尿病的机率,也与环境因子(饮食条件)息息相关。一个天才钢琴家的音乐天赋包括听力及灵敏的双手巧妙地配合,这跟他的遗传基因、童年音乐的启发、生活环境等都有关连。所以我们在还未了解基因与环境因子的互动关系前,还不能奢望创造出具有超高智商的人,或是利用基因筛检法筛选出具有特殊天赋的孩子。

21世纪是基因工程技术蓬勃发展的时代,基因工程的兴起是生

物革命的必然结果,尽管基因工程的隐忧及争论众说纷纭,但其给人带来的好处是显而易见的。希望随着生物界的不断发展,使基因工程的安全性得到保证,让人们在生活的各个方面都能感受基因工程给人类带来的利益。

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第四篇:基因工程

基因工程技术的程序与应用

【摘要】基因工程技术是一项正在蓬勃发展的技术,它将给人类社会带来一场深刻的变革,我们有必要了解基因工程的概念、原理、技术程序,以及基因工程在农业、工业、医药等方面的应用和进展情况。

【关键词】基因工程技术程序应用进展

基因工程(genetic engineering)又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,在分子水平上对基因进行复杂的操作,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源物质在其中“安家落户”,进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

一 基因工程的技术程序

基因工程的基本原理是在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组,形成镶嵌DNA分子,然后将之导入宿主细胞,使其扩增表达,从而使宿主细胞获得新的遗传特性,形成新的基因产物。它有3个基本的步骤:①从合适材料分离或制备目的基因或DNA片段。②目的基因或DNA片段与载体连接作成重组DNA分子。③重组DNA分子引入宿主细胞,在其中扩增和表达。不同种类生物的生物学特性不同,其基因工程在操作上和具体技术上必然有所差异,但技术核心都是DNA的重组,即利用一系列的DNA限制性内切酶、连接酶等分子手术工具,在某种生物DNA链上切下某个目标基因或特殊的DNA片段,然后根据设计要求,将其接合到受体生物DNA链上。

一个完整的用于生产生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有:①外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。②适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组。③外源基因的导入。④外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选。⑤外源基因表达产物的生理功能的检定。⑥转基因新品系的选育和建立以及转基因新品系的效益分析。⑦生态与进化安全保障机制的建立。⑧消费安全评价。

(一)外源目标基因的分离、克隆及功能结构分析

获合乎人类某种需要的取目的基因是实施基因工程的第一步,也是开展一项基因工程的前提和全部工作的核心。目前人们已经能够通过多种途径和方法来获取目标基因,其中主要有两条途径:一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因;另一条是人工合成基因。

直接分离基因最常用的方法是“鸟枪法”,又叫“散弹射击法”。鸟枪法的具体做法是:用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段,将这些片段分别载入运载体,然后通过运载体分别转入不同的受体细胞,让供体细胞提供的DNA(即外源DNA)的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制(在遗传学中叫做扩增),1

从中找出含有目的基因的细胞,再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。如许多抗虫抗病毒的基因都可以用上述方法获得。用鸟枪法获得目的基因的优点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的盲目性。又由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段,一般使用人工合成的方法。

目前人工合成基因的方法主要有两条。一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模版,反转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA,从而获得所需要的基因。另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列,推测出相应的信使RNA序列,然后按照碱基互补配对的原则,推测出它的基因的核苷酸序列,再通过化学方法,以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的血红蛋白基因胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。

(二)构建能在受体生物细胞中表达的重组目标基因

要使一个外源目标基因能整合到受体细胞的基因组中并能在整合后在受体基因组的调控下有效地转录和翻译,就必须事先对目标基因的功能结构用DNA重组技术进行适当的修饰,也就是将目标基因与一种特别的DNA分子重组,这种特别的DNA分子称为基因载体,目前所用的载体主要有以下几类:质粒、λ噬菌体、柯斯质粒、病毒载体、YAC载体等,各类载体具有独特的生物学特性,可用于不同的目标基因。

(三)外源重组目标基因的导入

将重组的外源目标基因转入到宿主细胞中的过程称为基因导入或基因转移。接受外源基因的细胞称为受体细胞。由于受体生物学特征的不同以及基因工程目的不同,外源基因导入的方法也不同,有的是用载体导入,有的是直接用物理的方法导入。目前使用的有转化、转染、电穿孔导入法、基因枪射入法、显微注射法、脂质体介导法等,向细菌等微生物中导入外源目标基因常用质粒转化和噬菌体转染方法;向植物细胞中导入外源基因常用基因枪注入法和Ti质粒导入法;能由原生质体再生出植株的植物细胞还可以用电穿孔导入法及脂质体融合法;动物的受精卵一般通过人工显微镜注射法导入外源基因;动物的体细胞可用电穿孔法和病毒转染法导入外源基因,但对用于生产目的的基因工程常常避免用病毒转染法。

(四)转基因细胞或个体的鉴别和筛选

在对宿主的细胞进行了外源目标基因导入处理以后,有些细胞可能并没有外源基因的进入,另有一些细胞可能在外源基因进入后因各种原因而不能使外源基因表达,因此必须对被进行了基因转移处理的细胞或个体进行鉴别,以筛选出导入外源目标基因的转基因细胞或个体。鉴别和筛选转基因生物一般在两个层面上进行:一是检测目标基因是否表达,二是检测目标基因是否整合到了宿主的染色体上和能否稳定传代。表达检测的方法主要有转录产物的印迹杂交法、免疫印迹检测法、免疫组织化学检测法等。整合检测可通过DNA分子杂交来确定。

(五)转基因品系的效益分析。

一个生产性能优越的转基因品系,首要的条件是目标基因的表达产物必须有正常的生理功能,另一个必要标志是其目标基因必须有适度的高效表达特性和可持续生产能力。

(六)生态与进化安全保障

由于转基因生物与其他生物一样具有可遗传、易扩散及自主的特性,而且人类对生命、生态系统、生物的演化实际上还知之甚少,对不同物种间基因的人工组合,外源基因对受体生物进化的可能影响,转基因生物对生态系统的长期影响

等都无法进行评估,因此如果人们不事先采取控制措施,转基因生物一旦进入到自然环境中就可能打破生态平衡,破坏生态环境和自然种质资源。对转基因生物的控制措施有物理的方法和生物的方法:物理的方法就是通过各种严格的管理措施和物理屏障尽量使转基因生物不能从实验室逃逸进入到自然环境里去;生物的方法一般就是造成转基因生物与非转基因生物之间的生殖隔离,如利用三倍体不育的特性将用于生产的转基因动物或植物变成三倍体等。

(七)消费安全评价

消费安全评价一般要考虑以下一些主要的方面:①导入外源目标基因本身编码的产物是否安全。②外源目标基因是否稳定。③使用的载体是否安全。④使用的报道基因(就是能产生很容易观察的性状的基因)是否会产生有害物质。⑤外源基因导入后是否会诱导受体生物产生新的有害遗传性状或不利于健康的成分。为了保护人类的健康,许多国家都已通过立法或其他形式对转基因产品进行消费安全评价和严格的管理,对进口转基因食品严格限制。

二 基因工程的应用

基因工程在医药业中的应用。许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限,其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速,容易控制,适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内,让它们产生相应的药物,不但能解决产量问题,还能大大降低生产成本。如基因工程胰岛素、干扰素、人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产,均为解除人类的病苦,提高人类的健康水平发挥了重大的作用。

基因诊断与基因治疗。遗传病是长期困扰人类的一类不治之症,迄今已发现的有3000多种。其根源于遗传基因存在缺陷,主要特征是可随生育而传代。基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,这是治疗遗传病的最有效的手段。基本方法是:基因置换、基因修复、基因增补和基因失活等。如运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷,不但准确而且迅速。通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。

基因工程在农牧业、食品工业上的应用。运用基因工程技术,不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种,还可以培养出具有特殊用途的动、植物。如转基因鱼(生长快、耐不良环境、肉质好),转基因牛(乳汁中含有人生长激素),转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转鱼抗寒基因的番茄,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,不会引起过敏的转基因大豆,抗虫棉等。

基因工程在环境保护工业方面的应用。基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况,却不易因环境污染而大量死亡,甚至还可以吸收和转化污染物。如有一种超级细菌,能快速分解石油,可用于清除被石油污染的海域。这种超级菌是美国科学家用基因工程方法,把降解不同石油化合物的基因移植到一个菌株内而产生的。

总之,基因工程的发展将会给人类社会带来巨大的变化。

三 基因工程的进展状况

基因工程技术是一项正在蓬勃发展的技术,而且也已经取得了许多重要的应用成果,但我们也应该看到,基因工程技术不是一项已经成熟的技术,仍然还很粗糙和原始,在许多方面尚需完善和改进。

1.基因工程在技术上存在一定的不确定性和盲目性。目前的基因工程在技术上有很多的不确定性。这种不确定性表现在两个方面,一是技术方面的不稳定性,二是由于对不同生物的生理特性的了解不很深入,如我们将鱼类抗冻蛋白基因转移到不抗寒的罗非鱼等热带鱼中,虽然抗冻蛋白基因得到表达,但并没有使受体鱼产生预期的抗寒效果。目前我们所进行的基因工程基本上只能对简单的、单基因控制的性状进行设计和改造,操作对象只限于一些比较简单的单因子基因。但生物绝大部分的重要性状是由多个基因共同控制的,对这些多基因控制的性状,现有的基因工程技术几乎仍然是束手无策。我们对活的生物体中基因表达调控的机制知之甚少,有关的知识仅限于对启动子和增强子有所了解,对生物体整体的调节复杂性的认识还刚刚开始。

2.在安全性方面存在着不确定性。对社会大众来说,最主要和最关心的是基因工程的安全性问题,基因工程的安全性问题包括两个方面:一是基因工程产品的消费安全问题,二是转基因生物的生态安全问题。目前用转基因技术生产出来的食品因其成分的某些改变是否会对人类的健康产生不良的影响,这需要实验和时间来验证。有着某种生存优势的转基因生物如果进入到自然生态系统,就有可能排挤自然种群,降低生态系统里物种的多样性,打破生态平衡。

所以我们在大力发展转基因技术的同时,必须高度重视对转基因动物、植物及微生物品种的生物控制和控制技术的研究。在转基因品种的安全性没有进行全面的评估和没有可靠的生物控制措施之前,应严格禁止其进行生产和进入开放的自然生态系统,只有其生态安全性达到了传统育种方法培育的新品种时,或无生殖能力的转基因动物和植物才能允许进入自然界进行生产,也只有这样才是有益于人类和社会进步的。

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第五篇:基因工程

《基因工程论文》

嗜热解烃基因工程菌SL-21的构建

院:生命科学学院 班

级:生物技术12-2 学

号:7011208209 姓

名:陈 昆 任课教师:张锐

嗜热解烃基因工程菌SL-21的构建

摘要﹕从以C15—C36直链烷烃为惟一碳源生长的解烃菌———地芽孢杆菌MD-2细胞中获得了1个新的烃降解基因———烷烃单加氧酶基因sladA。将基因sladA克隆到质粒pSTE33上,构建了重组质粒pSTalk。通过电转化将pSTalk转化入嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3内,构建了基因工程菌SL-21。SL-21兼具嗜热和解烃的功能,在70℃条件下,14d后对原油的降解率达75.08%。研究结果表明,可以通过体外重组的方式向嗜热菌中引入烃降解基因,从而构建嗜热解烃基因工程菌。关键词:微生物采油;烃类降解菌;嗜热解烃基因;质粒;基因工程菌

微生物降解原油是微生物提高原油采收率的主要机理之一。研究结果表明,在解烃菌作用下原油的族组分发生变化,轻质组分增加,粘度下降,改善了原油的流动性;同时,解烃菌还可以将烃类分子转化成有机溶剂、表面活性剂、酸和气体等驱油物质。迄今为止,从自然界筛选的高效解烃菌绝大多数为嗜温微生物,最适合生长温度一般为20-45℃,很难适应油藏的高温环境。笔者从1株解烃菌细胞中分离出1个新的烃降解基因———烷烃单加氧酶基因sladA,并采用基因工程手段将此基因转化到另外1株最适合生长温度为70℃的嗜热菌体内,构建了嗜热解烃基因工程菌SL-21。该基因工程菌既具有高效的解烃功能,又能适应油藏高温环境,在微生物采油中具有良好的应用前景。1.1 实验材料

实验材料包括限制性内切酶EcoRⅠ和XhoⅠ;UNIQ-10柱式DNA胶回收试剂盒、PCR片断回收试剂盒;大肠杆菌感受态细胞E.coliDH5α;pGEM-T easy载体;质粒pSTE33 kanr,Ampr,EcoRⅠ/XhoⅠ;异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)、十二烷基硫酸钠(SDS)、氨苄青霉素(Amp)、卡那霉素(Kan)。LB培养基按文献配制。无机盐培养基组成:Na2HPO40.06g;KH2PO40.02g;NaNO30.2g;CaCl20.001g;FeSO40.001g;MgSO4 0.03g;蒸馏水100mL;pH值为7.2。嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3,分离自胜利油区孤岛油田中一区馆3区块采出液,最适合生长温度为70℃;地芽孢杆菌MD-2,以C15—C36直链烷烃为惟一碳源生长,分离自胜利油区原油污染土壤。1.2 实验方法

DNA的操作 基因组DNA小量提取,利用聚合酶链式反应(PCR)对DNA扩增、PCR产物的回收、酶切与连接,质粒DNA提取和基因序列测定等均按文献[13-14]方法进行。菌株培养 所涉及到的菌株培养均在温度为70℃,转速为180r/min的条件下进行振荡培养。基因工程菌的构建和筛选方法 ZJ-3感受态细胞的制备按文献[13-14]方法进行。用构建的重组质粒pSTalk在最佳条件下电转化ZJ-3感受态细 胞构建基因工程菌。在含有50μg/mL Kan的LB琼脂平板上挑选10个阳性克隆接种到5mL LB培养基中,培养过夜,获得种子液。将该种子液接种到200mL以液蜡为惟一碳源的无机盐培养基中,培养5d后用CCl4抽提剩余的液蜡,用红外测油仪测定烃的剩余量,根据菌株降解液蜡的速率筛选出目的基因工程菌。基因工程菌的诱导表达及SDS-PAGE检测挑取阳性克隆接种于含100μg/mL Amp的10mL的LB液体培养基中,180r/min下振荡培养至光密度值达到0.6(检测光波波长为600nm),加诱导物IPTG至终浓度为1mmol/L,振荡培养8h,收集表达菌体,加SDS上样缓冲液,于100℃水浴10min后上样,用12%的SDS-PAGE电泳检测。基因工程菌降油能力测试 将基因工程菌接入20mL LB培养基中,培养12h,以5 000r/min的速度离心5min收集菌体,用无菌生理盐水洗涤菌体1次,加20mL无菌生理盐水悬浮,作为菌株利用烷

烃生长的种子液。取菌悬液按1%接种量接入200mL无机盐培养基中,加入2%孤岛油田中一区馆3区块原油或2%的液体石蜡作为惟一碳源培养,取样稀释涂布计数。原油降解实验 在无机盐培养基中添加2%的原油,按1%接种量接入基因工程菌,培养14d。用正己烷萃取降解后的原油,用气相色谱仪测定原油饱和烃组分的降解情况。原油降解率为菌株降解前、后原油量的差值与菌株降解前原油量的比值。2 实验结果与分析

2.1 MD-2基因组DNA的检测

对MD-2基因组进行提取和纯化。提取后的染色体DNA经0.8%的琼脂糖凝胶电泳检测,相对分子质量不小于23kb,说明提取的DNA完好。在检测光波波长为260280nm条件下分别测出DNA的光密度,其比值为1.95,换算出DNA的质量浓度为1 400g/mL,表明DNA纯度较好,无蛋白、RNA、酚和多糖物质的干扰。2.2 烷烃单加氧酶基因的克隆与序列分析依据美国国立卫生研究院基因序列数据库(Genbank)中的烷烃单加氧酶基因开放阅读框两端保守序列,设计了一对兼并引物以MD-2基因组DNA为模板进行PCR扩增,将约1.3kb的PCR产物回收后连接到pGEM-T easy载体上,转入E.coliDH5α,挑取阳性克隆质粒进行测序。测序结果经Genbank检索,表明该DNA序列是个新的烷烃单加氧酶基因,命名为sladA。2.3 基因工程菌的构建及筛选

通过PCR扩增sladA后,将PCR产物用EcoRⅠ或XhoⅠ消化,分离纯化出1 329bp的片断,与经EcoRⅠ或XhoⅠ消化的pSTE33质粒连接,构建成含sladA的重组质pSTalk。经电泳鉴定表明(图1),重组质粒构建成功。

2.4 基因sladA在基因工程菌SL-21中的诱导表达

由基因工程菌SL-21全蛋白的SDS-PAGE图谱可见(图2),在烷烃单加氧酶基因sladA对应蛋白大小的地方扫描到高信号强度,表明sladA基因在SL-21中得以表达。2.5 基因工程菌SL-21碳源生长

基因工程菌SL-21在以原油和液体石蜡为惟一碳源的无机盐培养基中培养,在70℃和180r/min条件下,经过3d的延滞期后进入对数期,菌体数增加。17d后,菌体数为接菌初期的5倍,表明SL-21能够利用原油或液体石蜡作为惟一碳源生长。2.6 对原油的降解作用

由原油饱和烃组分的降解情况可看出(图3),基因工程菌对原油有很明显的降解效果,几乎将饱和烃降解完全。经对气相色谱各峰面积对比,计算出各峰面积的含

量和饱和烃组分降解率(表2)。基因工程菌SL-21对原油的降解率为75.08%。

实验结果表明,烃类降解菌地芽孢杆菌MD-2细胞提取的烷烃单加氧酶基因sladA可以在嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3中表达。但不同的基因工程菌株中烷烃单加氧酶基因sladA表达的效率不同,需要通过菌株对原油的降解评价进一步筛选。获得的对原油降解速率最高的基因工程菌SL-21能在70℃高温条件下生长,并且对原油降解效果明显。因此以体外重组方式向嗜热菌中引入烃类降解基因构建嗜热解烃基因工程菌在技术上是可行的。3 结论

以地芽孢杆菌MD-2为目标菌株,克隆和表达了降解长链烷烃的单加氧酶基因sladA,并在嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3中正确表达了基因sladA,构建了基因工程菌SL-21。基因工程菌SL-21在70℃条件下,能以原油或液体石蜡为惟一碳源生长。14d对原油的降解率为75.08%,对原油饱和烃组分均有明显的降解效果。该基因工程菌既可以用于微生物驱油技术,又可以用于高温油田污水的生物处理。利用基因工程的方法可以获得既能耐受极端环境,又具有良好功能的基因工程菌株,是石油微生物菌种选育的重要方向。参考文献: [1] 周金葵,王大威,廖明清,等.一株石油烃降解菌的筛选及性能研究[J].大庆石油地质与开发,2007,26(6):119-123.[2] 汪卫东,汪竹,耿雪丽,等.美国微生物采油技术现场应用效果分析[J].油气地质与采收率,2002,9(6):75-76.[3] 袁长忠,宋永亭,段传慧.微生物采油用营养物质在石英砂上的静态和动态吸附规律[J].油气地质与采收率,2009,16(4):74-76.[4] 修建龙,董汉平,俞理,等.微生物提高采收率数值模拟研究现状[J].油气地质与采收率,2009,16(4):86-89.[5] 路璐,向廷生,黑花丽.本源微生物降解原油的饱和烃色谱分析[J].油气地

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