基因工程技术在制药领域的应用和发展

第一篇：基因工程技术在制药领域的应用和发展

基因工程技术在制药领域的应用和发展

吴苏亚

（南京中医药大学，08药学一班，042008118）

摘要：基因工程技术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。经过30多年来的进步与发展,已成为生物技术的核心内容。本文简述了近年来基因工程技术在制药技术的应用和发展。其中主要从基因工程制药和基因工程药物的治疗进展两方面来呈现基因工程技术在制药领域的杰出贡献以及在整个生物领域的强大生命力和广阔的应用前景。关键词：基因工程技术，基因工程制药，基因工程药物

Genetic engineering applications in the pharmaceutical sector

and development

Wu Suya Abstract: The genetic engineering technique known as gene splicing and recombinant DNA technology, is based on the theoretical basis of molecular genetics, molecular biology and microbiology, as a means of modern methods of genes from different sources according to pre-designed blueprint, in the in vitro Hybrid DNA molecules into living cells and then to change the genetic characteristics of the original bio, access to new varieties, production of new products.After 30 years of progress and development, has become the core of biotechnology.This paper describes the genetic engineering technology in recent years in the pharmaceutical technology and development.Mainly from the pharmaceutical and genetic engineering, genetic engineering of drugs both to render the treatment of advanced genetic engineering technology in the pharmaceutical field, and outstanding contribution to the field in the biological application of strong vitality and broad prospects.Key words: genetic engineering, genetic engineering, pharmaceuticals, genetic engineering drugs 所谓基因工程是指将所得的目的基因节基因、载体相结合，然后将它引进受体细胞，使之进行复制并产生相应基因产物的技术。实质上，基因工程是一种对不同种类生物的DNA进行切割和连接，使之形成杂种DNA的技术。今年来基因工程技术在制药领域发挥着重大作用。

1、基因工程制药

基因工程制药是指按照人们的意图,将外源基因整合入宿主基因组中,表达具有生物学活性的蛋白药物。1.1大分子的分离

基因大分子的分离主要指质粒(plasmid DNA)和基因组DNA的分离。质粒分离的常用方法有碱变性抽提法、煮沸法、去污剂裂解法、质粒DNA释放法、酸酚法等。质粒在基因工程中最常用来做成各种克隆载体(cloning vector)或表达载体(expressionvector)。质粒载体还可用于RNA干扰(RNA inter-ference)的研究。基因组DNA的分离通常采用酚-氯仿法、基因文库(gene library)、Southern杂交以及PCR扩增技术等。最近又有研究者利用名为chum-RNA的小分子RNA建立非PCR扩增的单细胞cDNA文库。1.2聚合酶链式反应

聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)是一种在体外模拟天然DNA复制过程的核酸扩增技术。PCR技术可分为定性PCR和定量PCR。定性PCR技术包括:反转录PCR(reverse transcription PCR, RT-PCR)、多重PCR(multiplex PCR)、反向PCR(inverse PCR)、锚定PCR(an-chored PCR)。定量PCR技术以实时PCR(real time PCR)为代表,其基本原理是在PCR反应体系中引入荧光标记分子,对每一反应时刻的荧光信号积累进行实时监测,计算出PCR产物量,或通过标准曲线法得出初始模板量。1.3基因芯片

基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术上的一种高效快速的核酸序列分析手段。基因芯片是伴随着人类基因组计划的实施而发展起来的前沿生物技术,又称DNA微阵列。它的突出特点是高通量、高集成、微型化和自动化。根据用途不同可分为表达谱芯片(expression profile chip)、测序芯片和诊断芯片。其中表达谱芯片的应用最为广泛,可用于基因功能分析、疾病发生机制的探讨及药物研究和筛选。1.4外源基因的表达

导入宿主细胞的外源基因,通过基因表达得到相应的蛋白质产物。根据宿主细胞的不同可分为原核细胞表达系统和真核细胞表达系统。在外源基因表达时,通常把一个报告蛋白的基因与一个目的蛋白的基因融合在一起,形成融合蛋白,用于目的蛋白的检测与纯化。常用的报告蛋白有β-半乳糖苷酶(β-gal-actosidase)、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione s-transfer-ase,GST)、绿色荧光蛋白(green fluorescence protein,GFP)以及硫氧还蛋白(thioredoxin, Trx)等。

2、基因工程药物

基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质,然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来,经过一系列基因操作,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去,这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞,在受体细胞不断繁殖过程中,大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质,即基因疫苗或药物。

基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上,基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。2.1类风湿性关节炎

肿瘤坏死因子(TNF)a在类风湿性关节炎(RA)病理性炎症反应中起核心作用，不仅参与了滑膜炎症反应，而且还诱发关节结构的破坏，故有效地阻断TNFa对RA的治疗有着重要的临床意义。目前通过给予可溶性受体以及通过TNFa抗体治疗等方法可显著降低TNFa活性，1998年上市的etanercept(Enbrel)是首个重组人TNF可溶性受体(p75)与人IgGI分子Fc部分结合的融合蛋白，而2000年批准的infliximab是首个治疗RA的TNFa抗体，可用于缓解甲氨蝶吟治疗无效的RA病人。2.2心血管疾病

接受经皮经腔冠脉成形术的病人虽然于术前、术中及术后给予阿司匹林或肝素等药物，但急性冠脉综合征发生率仍较高，而血小板糖蛋白(oP)nb/Illa受体拮抗剂能有效治疗该综合征，并改善不稳定型心绞痛和急性心肌梗死(MI)病人的长期预后，除轻微诱发出血外，未见其它严重不良反应。2.3病毒性疾病

干扰素(IFN)临床广一泛用于抗病毒感染治疗，90年代以来FoA先后批准了xFNaZb(IntronA)、IFNaZa(RoferonA)和IFNal(Infergen)用于丙型肝炎治疗。目前通过在IFN结构中加入聚乙二醇(PEG)链后产生PEG化IFN，使疗效提高。其由IFNa和附着的PEG组成，PEG呈长毛状围绕IFN，使其避开人体代谢系统而使药物代谢延迟，不仅能提高半衰期，达到1周给药1次的目的，而且减少血药浓度的峰谷变化频率，从而降低不良反应。如阿昔单抗起先用于预防血栓，作为血管成形术的辅助治疗，目前其适应证扩展至心脏病发作、不稳定型心绞痛及中风的治疗。2.4糖尿病

与健康人餐后即刻出现的血浆胰岛素峰值不同，短效胰岛素注射45~120分钟后会出现血药峰值，存在时滞现象，故糖尿病患者必须餐前30~45分钟及时注射胰岛素，但每天多次注射产生的不适感使病人顺应性降低。因此，制备垂组胰岛素类似物并子找方便的给药系统成为日前研究热点。如 2000年批准的速效胰岛素较普通胰岛素制剂具有吸收快、起效快、作用时间短、可餐前立即注射等特点，尤其适合需进行严密血糖控制的病人。2.5器官免疫排斥反应

目前有daclizumab(Zenapax)和basiliximab(Simulect)等IL一2细胞表面受体的单抗用于预防器官移植免疫排斥反应。1998年首次在美国上市的Zenapax能消除被激活的T细胞，可预防肾移植后免疫排斥反应，且不抑制其他免疫反应。与其它抗免疫排斥药物合用有协同作用而不会增加不良反应。1998年上市的basiliximab(Simuleet)能抑制IL一2诱导的T细胞增殖，可使急性排斥反应发生率减少三分之一。从来源上，Zenapax更近似于天然人抗体，因为ZenaPax是人源化单抗，而Simulect为人鼠嵌合单抗；从疗效上两者相当，Simuleet相对给药方便，因为Simuleet的tl/2较Zenapax长。

3、结语 健康是人类永远关注的话题，新世纪人类赖以防病治病的最好药物无疑是基因药物。人类基因组计划的成功,使得基因工程成为非常热门的话题。基因工程技术被引入药学领域并应用于各种研究,从上面的分析可以发现基因工程技术在药学领域的应用取得了巨大的成绩。相信随着科技的发展,制药技术的不断完善,基因工程在药学领域会发挥越来越大的作用。

然而任何科学技术都是一把“双刃剑”,在给人类带来利益的同时,也会给人类带来一定的灾难。比如基因药物,它不仅能根治遗传性疾病、心脑血管疾病等,甚至人的智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造。所以，我们要在抓住机遇,大力发展基因工程技术的同时,需要严格管理,充分重视转基因生物的安全性，让基因工程技术为人类做出更大的贡献。参考文献：

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第二篇：生物技术在制药领域应用现状及发展

生物技术在制药领域应用现状及发展

摘要：生物技术制药是以基因工程为基础的现代生物工程，即利用基因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程技术、分子生物学技术等来研究和开发生产出传统制药技术难以获得的生物药品。生物制药业是目前生物技术发展最活跃，进展最快的产业之一，21世纪是生物制药行业飞速发展的时代。

关键字：生物技术制药；研究进展；现代生物技术；新技术 1 生物技术制药现状

现代生物技术是以基因为源头，基因工程和基因组工程为主导技术，与其他高技术相互交叉、渗透的高新技术。生物技术制药可以分为二类：一类是生化药物，主要是运用生物化学方法从生物体中分离．纯化得到的一些生物活性物质，如维生素、酶、核酸、激素等；另一类是生物医药，主要是以微生物、生物组织、人或动物的血液等原料采用物理方法和生物化学工艺制得的生物活性制剂、血液制品、抗血清、抗毒素等。1.1 非基因工程生化物

此类药物有脑蛋白水解物注射液、玻璃酸钠、分子肝素钙、分子肝素钠、促肝细胞生长素、蚓激酶、甘糖酯等共97种。1.2 先导化合物

以天然产物为先导化合物，通过组合化学技术合成大量结构相关的物质，建立有序变化的化合物库，供药物筛选和药效关系研究用。1.3 生化制药中先进分离分析技术的运用

多种层析（如亲和层析、高效液相层析）、超速离心等技术的运用，可成功地制得高纯度的生化药物。如尿激酶、胰岛素、重组人胰岛素、激肽释放酶、辅酶A、肝素钠等都是通过这种技术使药效得到较大的提高。1.4 应用生物技术、化学合成、结构后修饰研究开发新药

应用上述技术系统综合研制开发的新药，主要有以下各类药物：1）多糖类，如玻璃酸钠、香菇多糖、低分子肝素等；2）酶及酶抑制剂类，如门冬酚胺酶、葡激酶、人胰蛋白酶抑制剂、胶原酶、降纤酶等；3）多肽类，如人降钙素、鲑鱼降钙素等；4）细胞因子类，如白介素-

6、肿瘤坏死因子、神经生长因子、血小板生成素等；5）结构后修饰类，如修饰门冬酚胺酶、修饰超氧化物歧化酶等。1.5 应用生物技术改造传统制药工艺

微生物发酵是制药工业生产微生物药品的重要手段。微生物转化是利用微生物产生的特异酶完成特定的生化反应，使有机物转变成工业产品。由于生物药品具有疗效好、副作用小、且可大规模生产、利润极高、无环境污染等优点，受到各国政府重视，行业前景十分广阔。

1.6目前生物制药主要集中方向：

1.6.1肿瘤 在全世界肿瘤死亡率居首位，肿瘤是多机制的复杂疾病，目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤)。

1.6.2神经退化性疾病

老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。

1.6.3 自身免疫性疾病

许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如 Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘，已进入Ⅱ期临床。

1.6.4 冠心病

美国有100万人死于冠心病，今后10年，防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。

2生物制药研究新进展

2.1 计算机辅助药物设计技术发展

计算机辅助药物设计利用了计算机快速、全方位的逻辑推理功能、图形显示控制功能，并将量子化学、分子力学、药物化学、生物化学和信息科学结合起来，研究受体生物分子与药物结合部位的结构与性质、药物与受体复合物的构型和立体化学特征、药物与受体结合的模式和选择性、特异性、、药物分子的活性基团和药效构象关系等，从药物机理出发，改进现有生物活性物质的结构，快速发现并优化先导化合物，使其尽早进入临床前研究，减少传统的新药研究的盲目性，缩短。

2.2 组合化学与高通量筛选技术发展

组合化学是近20年发展起来的一种合成大量化合物的新方法，它是建立在高效平行的合成之上，在同一个反应器内使用相同条件同时制备出多种化合物，建立各类化合物库的策略。组合化学通常采用操作、分离简便的固相化学合成。液相化学合成技术也在快速发展和完善中。2.3 药物手性合成技术发展

手性是自然界的本质属性。在生物体手性环境，如酶、受体、离子通道、蛋白质、载体中，分子之间手性匹配是分子识别的基础，受体与配体的专一作用，酶与底物的高度、区域、位点和立体催化专一性，抗原与抗体的免疫识别都与手性有关，同时药物的生物应答常受到手性影响，包括药物在体内的吸收、转运、分配、位点活性的作用以及代谢和消除。2.4 药物生物技术发展

生物技术药物是指利用DNA重组技术或单克隆抗体技术或其它生物技术研制的蛋白质、抗体或核酸类药物，它是目前生物技术研究最为活跃的领域，给生命科学的研究和生物制药工业带来了革命性变化。未来生物技术的展望

研究和发展方向：我国生物制药产业的研发方向要结合传统医药的优势，发展重点应针对神经系统、肿瘤、心血管系统、艾滋病及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白质和核酸。乙肝基因疫苗与单克隆抗体的研究开发、血液替代品的研究与开发、生物技术在医药领域的应用，如基因治疗、生物人基因芯片、干细胞等。目前，我国已经制定了明确的生物制药产业发展规划和产业技术政策，政府从上到下对生物技术研究开发的支持和政策扶持；国内各大企业（包括民营企业）对生物技术的关注和资金投入；我国金融界积极参与生物技术产业的发展，尤其是许多有实力的公司都参与了生物技术的开发；而我国生物技术产业领域目前已经汇集了一批自己培养和从国外归来的具有高学历、高素质的科学家和企业家，这四方面的因素对于我国生物技术产业的快速发展起到了很重要的作用。由于生物医药产业投资回报周期为5 年至8 年，而我国进人生物工程领域的时间尚短，回报的周期尚未到来。预计到二十一世纪的前几年将是我国生物制药产业的收获季节。参考文献: [1] 沈铁军.提高中草药市场竞争几点思考[J].时珍国医国药, 1999, 10(11):9-10.[2] 刘诒.治疗抑郁及相关病症的植物提取物制剂[J].国外医药:植物药分册, 2007, 22(5):223-225.[3] 姜倩倩, 刘京贞, 苏瑞强.单克隆抗体药物进展[J].药物生物技术, 2005, 12(4):270-274.[4] 胡显文, 陈惠鹏, 汤仲明, 等.生物制药的现状和未来[J].中国生物工程杂志, 2005, 25(1):86-89.[5] 徐明波, 何玮, 马清钧.生物技术药品产业化的现状及前景[M].北京:化学工业出版社, 2003:35-43.[6[ 王立新.徐薇.关东庆C3d-P28增强乙肝病毒基因免疫诱导的特异性细胞免疫应答[期刊论文]-细胞与分子免疫学杂志 2003(03)[7] 米力.陈志南动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺选择[期刊论文]-中国生物工程杂志 2003(07)[8] 张学文.章怀云干扰素γ诱导细胞抗病毒的分子机制[期刊论文]-湖南农业大学学报(自然科学版)2001

第三篇：基因工程技术应用综述

综述

----基因工程技术应用

摘要:从 20 世纪 70 年代初发展起来的基因工程技术，经过 30 多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因

工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。

关键词:基因工程技术；现状；发展；应用；存在问题

基因工程应用于植物方面从20世纪80年代每个科学家获得第一株转基因植物到现在的十

几年时间内，农业生物技术的发展日新月异，大量的转基因植物进入了大田试验，有不少转

基因作物被批准进入商品化生产。农业生物技术的研究主要集中在美国、加拿大和欧洲的一

些发达国家以及南美和亚洲的一些国家。从1987年到1999年1月，美国共批准 4779 项基

因工程作物进入大田试验。从基因工程作物大田试验的种类来看，试验次数最多的是抗除草

剂的基因作物，其次是抗病虫害的农作物；从作物品种来看，已经进入大规模测试的农作物

有玉米、土豆、番茄、大豆、棉花、瓜类，水稻、小麦等已进入中型规模的大田 试验。至 1999

年，转基因玉米、番茄、土豆、棉花、大豆等均已批准进入市场。据统计，全球消费的农

产品中，大豆的 60%、棉花的 40%、玉米的 30%都是经 过基因工程改造过农业领域是目前

转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植

物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋 白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过

导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试 验。在利用

基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性

一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗 传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品 种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生

长发育尤为重要。科学家发现极地的 鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免

受低温的冻害并正常地生活 在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获 得转基因植物。随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养

成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而 且

越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作 物品质也取

得了不少进展, 如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白 质合成基因，成功地

导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。

基因工程应用于医药方面目前基因工程应用于医药方面。以基因工程药物为主导的基因工

程应基因工程应用于医药方面用产业已成为全球发展最快的产业之一,发展前景非常广阔。

基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要

作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作

用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能.由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经 4 年临床试验已在全国 面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。

基因工程应用于环保方面.工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用 DNA 重组技术把降解芳烃、多环芳烃、脂肪烃的 4 种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解 4 种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的 2/3 烃类降解完，而天然菌株需 1 年之久。也有人把 Bt 蛋白基因、球形芽孢杆菌表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的 DDT 的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的 TNT 炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90 年代后期问世的 DNA 改 组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可 将降解某一污染物的不同细菌的基因通过 PCR 技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有 非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。

前景展望。由于基因工程运用 DNA 分子重组技术，能够按照人们预设的前景展望的设计创造出许多新的遗传结合体，具有新奇遗传性状的新型产物，增强了人们改造动植物的主观能动性、预见性。而且在人类疾病的诊断、治疗等方面具有革命性的推动作用，对人口素质、环境保护等作出具大贡献。所以,各国政府及一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用，抢夺这一高科技制高点。其应用前景十分广阔。我国基因工程技术尚落后于发达国家，更应当加速发展，切不可坐失良机。但是，任何科学技术都是一把“双刃剑”，在给人类带来利益 的同时,也会给人类带来一定的灾难。比如基因药物，它不仅能根治遗传性疾病、恶性肿瘤、心脑血管疾病等，甚至人的智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造；还有，克隆技术如果不加限制，任其自由发展，最终有可能导致人类的毁灭。还有，尽管目前的转基因动植物还未发现对人类有什么危害，但不等于说转基因动植物就是十分安全的，毕竟这些东西还是新生事物，需要实践慢慢地检验。转基因生物和常规繁殖生长的品种一样，是在原有品种的基础上对其部分性状进行修饰或增加新性状，或消除原来的不利性状，但常规育种是通过自然选择，而且是近缘杂交，适者生存下来，不适者被淘汰掉。而转基因生物远远超出了近缘的范围，人们对可能出现的新组合、新性状会不会影响人类健康和环境，还缺乏知识和经验，按目前的科学水平还不能完全精确地预测。所以，我们要在抓住机遇，大力发展基因工程技术的同时，需要严格管理，充分重视转基因生物的安全性。

我国基因技术发展中存在的问题

1、研究开发的产品跟踪和模仿国外的多，自己创新的少。我国的生物技术主要是跟踪国外而发展起来的，基本上是国外研究开发什么，我们也研究开发什么，因此很少有创新产品。这种状况在新药研制中尤为突出。

2、尚未形成社会化发展格局。在讨论生物技术产业发展时，很多人已注意到了所面临的国际化问题，但却很少注意社会化问题。由于缺乏社会化的意识和氛围，以及其他各种各样的原因，我国新兴的一些生物技术企业，不少是从研究开发到生产销售一条道走到底，做得非常辛苦。事实上，由研究到产品销售，这中间有许多环节都是可以社会化的。

3、一哄而起、重复研究、重复建设的现象大量存在，导致研究力量十分分散。现在国内搞农业生物技术研究的单位很多，有农业科学院系统、中科院系统、高校系统，还地方单位等，但大多数是低水平重复。

4、是缺乏产业化的接轨机制。国外的经验表明，高新技术只有通过资本市场的商业运作才能加速它的产业化进程。而国内很少有公司参与基因技术的研究与成果转化，使基因成果的研究与开发受到很大影响。

5、软件建设与硬件不配套，导致资源的效益得不到充分的发挥。企业的软件主要有两个方面，一是各种管理规范，二是人员的素质，二者缺一不可。生物制药作为高技术产业，不仅对硬件设备的要求高，对软件的要求更高。我国目前的现状是先进的仪器设备大多从国外进口，而人员及由人员制订的规章制度却是土生土长的，二者不配套的直接后果就是产品质量稳定性差，硬件资源浪费严重。

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6.丁勇等编著基因工程与农业1994.07

第四篇：浅析基因工程技术的应用现状及前景发展

题目：

《生物技术概论》论文

浅析基因工程技术的应用现状及前景发展

学号：

班级：

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浅析基因工程技术的应用现状及前景发展

【摘要】从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。本文就基因工程的应用现状及前景分析进行综合阐述。

【关键词】基因工程技术；应用现状；前景 1.引言

基因工程技术是一项极为复杂的高新生物技术, 它利用现代遗传学与分子生物学的理论和方法, 按照人类所需, 用DNA 重组技术对生物基因组的结构和组成进行人为修饰或改造, 从而改变生物的结构和功能, 使之有效表达出人类所需要的蛋白质或人类有益的生物性状。基因工程从诞生至今, 仅有30 年的历史, 然而, 无论是在基础理论研究领域, 还是在生产实际应用方面, 都已取得了惊人的成绩。首先,基因工程给生命科学自身的研究带来了深刻的变化。目前科学家已完成了多种细胞器的基因组全序列测定工作。其次, 基因工程具有广泛的应用价值, 能为工农业生产、医药卫生、环境保护开辟新途径。2.基因工程 2.1概念

基因工程(又称DNA 重组技术、基因重组技术), 是20 世纪70 年代初兴起的技术科学, 是用人工的方法将目的基因与载体进行DNA重组, 将DNA 重组体送入受体细胞, 使它在受体细胞内复制、转录、翻译, 获得目的基因的表达产物。这种跨越天然物种屏障, 把来自任何生物的基因置于毫无亲缘关系的新的寄主生物细胞之中的能力, 是基因工程技术区别于其他技术的根本特征。

2.2基因工程研究的内容

(1)从复杂的生物有机体基因组中, 经过酶切消化或PCR 扩增等步骤, 分离出带有目的基因的DNA 片段。(2)在体外, 将带有目的基因的外源DNA 片段连接到能够自我复制并具有选择记号的载体分子上, 形成重组DNA分子。

(3)重组DNA 分子转移到适当的受体细胞, 并与之一起增殖。

(4)从大量的细胞繁殖群体中, 筛选出获得了重组DNA 分子的受体细胞克隆。

(5)从这些筛选出来受体细胞克隆, 提取出已经得到扩增的目的基因, 供进一步分析研究使用。

(6)将目的基因克隆到表达载体上, 导入寄主细胞, 使之在新的遗传背景下实现功能表达, 产生出人类所需要的物质。

3基因工程的广泛应用

3.1基因工程应用于植物方面

农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。

由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。

随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。

3.2基因工程应用于医药方面

目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。

目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。3.3基因工程应用于环保方面

工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。4.前景展望

由于基因工程运用DNA分子重组技术，能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体，具有新奇遗传性状的新型产物，增强了人们改造动植物的主观能动性、预见性。而且在人类疾病的诊断、治疗等方面具有革命性的推动作用，对人口素质、环境保护等作出具大贡献。所以，各国政府及一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用，抢夺这一高科技制高点。其应用前景十分广阔。我国基因工程技术尚落后于发达国家，更应当加速发展，切不可坐失良机。

但是，任何科学技术都是一把“双刃剑”，在给人类带来利益的同时，也会给人类带来一定的灾难。比如基因药物，它不仅能根治遗传性疾病、恶性肿瘤、心脑血管疾病等，甚至人的智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造；还有，克隆技术如果不加限制，任其自由发展，最终有可能导致人类的毁灭。还有，尽管目前的转基因动植物还未发现对人类有什么危害，但不等于说转基因动植物就是十分安全的，毕竟这些东西还是新生事物，需要实践慢慢地检验。转基因生物和常规繁殖生长的品种一样，是在原有品种的基础上对其部分性状进行修饰或增加新性状，或消除原来的不利性状，但常规育种是通过自然选择，而且是近缘杂交，适者生存下来，不适者被淘汰掉。而转基因生物远远超出了近缘的范围，人们对可能出现的新组合、新性状会不会影响人类健康和环境，还缺乏知识和经验，按目前的科学水平还不能完全精确地预测。所以，我们要在抓住机遇，大力发展基因工程技术的同时，需要严格管理，充分重视转基因生物的安全性。

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第五篇：基因工程技术在废水处理中的应用

基因工程技术在废水处理中的应用

李孟 廖改霞

（武汉理工大学市政工程系，湖北 武汉 430070）

【摘要】基因工程技术是在DNA分子水平上按照人们的意愿进行的定向改造生物的新技术。利用基因工程技术提高微生物净化环境的能力是用于废水治理的一项关键技术。本文介绍了基因工程技术的原理、特点和主要研究内容，重点阐述了基因工程技术在废水处理中的应用,并对其研究方向作了展望。关键词：基因工程 技术 废水处理 应用

The application of gene engineering technique to wastewater treatment

Li Meng

Liao Gaixia(Department of Municipal Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070)Abstract: Gene engineering technique was the new technique for modifying living beings according to human wishes on the DNA molecular level and the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The paper introduced the principle, characteristic, main research content of gene engineering technique, emphasized on formulating the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering

technique

wastewater treatment

application

利用基因工程技术提高微生物净化污染物的能力是现代生物技术用于废水治理的一项关键技术。20世纪50年代初,由于分子生物学和生物化学的发展,对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)的结构和功能有了比较清晰的阐述。20世纪70年代初实现了DNA重组技术,逐步形成了以基因工程为核心内容,包括细胞工程、酶工程、发酵工程的生物技术。这一技术发展到今天,正形成产业化并列为世界领先专业技术领域之一,广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力,将为世界面临的水污染等问题的解决提供广阔的应用前景[1]。基因工程技术概述

基因工程技术是一种按照人们的构思和设计,在体外将一种生物的个别基因插入病毒、质粒或其他载体分子,构成遗传物质的重组,然后导入到原先没有这类分子的受体细胞内，能持续稳定地进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产品的操作技术。基因工程技术是一项极为复杂的高新生物技术,它具有高效、经济、清洁、低耗、可持续发展、预见性和准确性等特点[2]。一个完整的基因工程技术流程一般包括目的基因的获得、载体的制备、目的基因与载体的连接、基因的转移、阳性克隆的筛选、基因的表达、基因工程产品的分离提纯等过程[1]。基因工程技术在废水处理中的应用

基因工程技术应用于废水处理是水处理领域一项具有广泛应用前景的新兴技术。常规的废水处理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的转移，不能从根本上治理，且容易造成二次污染，成本也较高，生物法逐渐成为废水处理的主要方法。但是由于废水的多样性及其成分的复杂性，自然进化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技术对这些菌株进行遗传改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向获得具有特殊降解性状的高效菌株，方便有效地应用于水污染处理。因此，构建基因工程菌成为现代废水处理技术的一个重要研究方向，且日益受到人们的重视。

2.1 利用基因工程菌富集废水中的重金属离子

近几十年来,经济的高速发展导致各种有毒、有害金属污染物,经生产和使用过程中的各种渠道进入环境。高稳定性和高脂溶性使其在环境中具有停留时间长、能沿着食物链富集等特点,严重威胁着人类的健康和生存。随着国家对污染物排放标准的要求日益严格,单纯使用传统生物法处理这类重金属废水在适应性和高效性等方面存在局限性。针对这一问题,一些新型生物处理技术应运而生,其中利用基因工程菌代替普通微生物处理重金属是近年来研究的热点。此法采用生物工程技术将微生物细胞中参与富集的主导性基因导入繁殖力强、适应性能佳的受体菌株内,大大提高了菌体对重金属的适应性和处理效率。

X.W.Zhao等[3]研究发现,宿主菌在Hg2+浓度为1mg/L的LB培养液中生长严重受抑,而基因工程菌E.coliJM109在Hg2+浓度为7.4mg/L时仍能增殖,且Hg2+富集量为2.97mg/g(细胞干重),去除率达96%以上。

Carolina Sousa等[4]构建了表达酵母金属硫蛋白(CUP1)、哺乳动物金属硫蛋白(HMT-1A)和外膜蛋白LamB的融合蛋白的基因工程菌E.coli,该菌种的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15～20倍。K.Kuroda[5]等在酿酒酵母细胞壁处的凝集素蛋白中表达了含His的寡肽,增强了酵母对Cu2+的抗性和吸附能力,其Cu2+富集能力比对比菌株提高了8倍多。

X.Deng等[6]构建了同时表达镍转运系统和金属硫蛋白的基因重组菌E.coliJM10,将其用于处理含镍废水的试验研究时,发现其对Ni2+的富集能力比原始宿主菌增加了6倍多。

赵肖为等[7]利用基因工程菌E.coli SE5000 对水体中的镍离子进行富集研究。菌体细胞对Ni2+的富集速率很快,富集过程满足Langmuir 等温线模型。经基因改造的基因工程菌不仅最大镍富集容量与原始宿主菌相比增加了4倍多,而且对pH值的变化呈现出更强的适应性。袁建军等[8]利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子。模拟电解废水中除含有3.0 mg·L-1的汞离子外, 还含有十种以上的其它金属离子。实验表明,与重组菌对只含汞离子的水溶液的处理结果比较, 电解废水中其它组份的存在意外地增大了重组菌富集汞离子的作用速率, 但同时却使细菌的最大汞富集量降低了约30%。

张迎明等[9]利用基因重组技术构建出基因工程菌Staphylococcus aureusATCC6538，该工程菌在IPTG用量为1.00mmol·L-1,诱导时间为4 h的条件下培养对镍离子的富集能力最高。在不同镍离子浓度时,基因工程菌对溶液中Ni2+的平衡富集量为11.33mg·g-1,与原始宿主菌相比提高了3倍。对基因工程菌吸附镍和钴的实验表明,Staphylococcus aureusATCC6538的NiCoT对镍具有较高的特异性和富集容量,属于第Ⅲ类镍钴转运酶。

2.1 利用基因工程菌降解废水中的有机污染物

生物处理法是废水中有机污染物降解的主要方法，但是部分难降解有机污染物需要不同降解菌之间的协同代谢或共代谢等复杂机制才能最终得以降解,这无疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代谢产物在不同降解菌间的跨膜转运是耗能过程,对细菌来说这是一种不经济的营养方式；其次,某些污染物的中间代谢产物可能具有毒性，对代谢活性有抑制作用；此外,将不同种属、来源的细菌的降解基因进行重组,把分属于不同菌体中的污染物代谢途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力[10]。

Satoshi Soda等[11]将基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接种到SBR反应器的活性污泥中,用于处理500mg/L的苯酚废水,在大大提高苯酚去除率的同时改善了污泥沉降性能。南京大学、扬子石油化工有限责任公司、香港大学、国家环保总局南京环境科学研究所联合完成了跨界融合构建基因工程菌处理石化废水的生物工程技术。在优化调控技术的基础上,该菌株对二甲苯、苯甲酸、邻苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和对苯二甲酸的降解率分别高达86%、94%、99%、97%和94%,比原工艺提高了20%～30%,总有机碳去除率达到了94%；污水经过处理后,铜、锰、锌、硒的浓度符合国家规定排放标准,生物毒性明显降低。

刘春等[12]以生活污水为共基质,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反应器中对阿特拉津的生物强化处理效果,以及生物强化处理对污泥性状的影响。结果表明,基因工程菌在MBR中对阿特拉津具有很好的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水浓度为0.84 mg/L,平均去除率为95%,最大去除负荷可以达到70mg/(L·d)。生物强化的MBR对生活污水中COD的平均去除率为71%,COD平均出水浓度65mg/L。

陈俊等[13]采用跨界原生质融合技术,构建基因工程特效菌Fhhh,实现廉价工业化生产Fhhh菌剂,在10m3/d精对苯二甲酸废水处理实验装置中,容积负荷率达到3.0 kg/(L·d)以上,生物负荷率达到1.42d-1,出水水质达到国家一类标准,与国内外同类装置相比,生物负荷率处于先进水平。

蒋建东等[14]采用同源重组法成功构建了分别含1个和2个mpd 基因插入到rDNA位点且不带入外源抗性的多功能农药降解基因工程菌株CDS2mpd和CDS22mpd。基因工程菌遗传稳定,能同时降解甲基对硫磷和呋喃丹。甲基对硫磷水解酶(MPH)的比活在各生长时期均高于原始出发菌株,比活最高达6.22mu/μg。

刘智等[15]采用基因工程技术构建出具有耐盐、降解苯乙酸和水解甲基对硫磷的功能的基因工程菌H2pKT2MP和H2pBBR2MP,其中H2pBBR2MP水解酶活性与亲本菌株甲基对硫磷降解菌(Pseudomonas putida)DLL2E4相当,而H2pKT2MP水解酶活性要提高1倍左右。

吕萍萍等[16]研究发现，克隆有苯降解过程中的关键基因——甲苯加双氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)对苯具有较高的降解效率和降解速度,应用于固定化细胞反应器中效果突出。在较短的水力停留时间内,可以将1500mg/L苯降解70%,降解速度为1.11mg/(L·s),延长水力停留时间,可以使去除率达到95%以上。该反应器对高浓度的苯具有突出的处理效果。同时所得到的产物为环己二烯双醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。展望

随着基因工程菌的出现,基因工程技术将不断应用于更多的废水治理工程中。培养出新的特效物种并进一步提高其应用效率、降低应用成本；运用各种相关技术加以优化组合,尤其是高效、低能耗、易普及的特种微生物与特殊工艺的最佳结合；加强不同专业、不同学科之间的合作,如将毒理学和微生物学和环境工程学相结合；从根本上消除污染源,充分协调人与自然之间的关系,充分实现废水资源化,引入DNA 扩增和其它生物技术的环境监测方法等将是基因工程技术研究的侧重方向。基因工程技术作为一种新兴技术以极快的速度发展。以下两方面的研究将对水资源保护有着重要意义。一是对基因工程菌的深入研究,如基因工程菌对污染物的代谢途径、控制目的基因表达的启动子基因序列、降解基因表达的调控条件的优化等方面的研究；二是对环境中微生物的习性及基因工程菌与环境中微生物和污染物之间的相互作用进行研究。目前的研究主要是利用单一的基因工程菌对污染物进行处理,随着研究的不断深入,利用多种基因工程菌相结合对污染物进行处理,将对水资源保护起到更为重要的作用。

参考文献

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