基因工程技术应用综述

第一篇：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。

参考文献:1楼士林，杨盛昌，龙敏南，等.基因工程[M].北京：科学出 版社，2002.2李庆军，董艳桐，施冰.植物抗虫基因的研究进展[J].林业科技,2002CHU Qi-ren, CAO Hua-xin, FAN Hui-qin, et al..Preliminary report on transienexpression of gus gene in transgene rice protoplast-derived calli via PEG-mediated DNA transformation［J］.shanghai nongye xue bao,1995

4.（日）内宫博文编著；孙崇荣，李育庆译 :1987植物基因工程技术, 1987

5.基因克隆技术在制药中的应用, 2004

6.丁勇等编著基因工程与农业1994.07

第二篇：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

[1]杨 林,聂克艳,杨晓容,高红卫.基因工程技术在环境保护中的应用.西南农业学报,2007,20(5):1130 [2]邢雁霞,刘斌钰.基因工程技术的研究现状与应用前景.大同医学专科学校学报,2006年第3期:48

[3]Zhao, X.W., M.H.Zhou, Q.B.Li, et al.Simultaneous mercury bioaccumulation and cell propagation by genetically engineered Escherichia coli[J].Process Biochemistry,2005, 40(5):1 611-1 616 [4]Carolina,S., K.Pavel,R.Tomas,et al.Metalloadsorption by escherichia colicells displaying yeast and mammalian metallo thioneins anchored to the outer membrane protein lamb[J].Journal of Bacteriology,1998,180(9):2 280-2 284 [5]Kuroda,K.,S.Shibasaki,M.Ueda,et al.Cell surface-engineered yeast displaying a histidine oligopeptide(hexa-His)has enhanced adsorption of and tolerance to heavy metal ions[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2001,57(5—6):697-701 [6]Deng,X.,Q.B.Li,Y.H.Lu,et al.Bioaccumulation of nickel from aqueous solutions by genetically engineered Escherichia coli[J].Water Research,2003,37(10):2 505-2 511 [7]赵肖为,李清彪,卢英华,等.高选择性基因工程菌E.coli SE5000生物富集水体中的镍离子.环境科学学报.2004年3月,第24卷,第2期:231-232 [8]袁建军,卢英华.高选择性重组基因工程菌治理含汞废水的研究.泉州师范学院学报(自然科学).2003年11月,第21卷,第6期:71-72 [9]张迎明,尹华,叶锦韶,等.镍钴转运酶NiCoT基因的克隆表达及基因工程菌对镍离子的富集.环境科学, 2007年4月,第28卷,第4期:918-923 [10]郭 杨,王世和.基因工程菌在重金属及难降解废水处理中的应用.安全与环境工程.2007年12月,第14卷,第4期:58-59 [11]Satoshi, S., I.Michihiko.Effects of inoculation of a genetically engineered bacterium on performance and indigenous bacteria of a sequencing batch activated sludge process

treating phenol[J].Journal of Fermentation and Bioengineering,1998,86(1):90-96.[12]刘春,黄霞,孙炜,王慧.基因工程菌生物强化MBR工艺处理阿特拉津试验研究.环境科学,2007年2月,第28卷,第2期:417-421 [13]陈俊,程树培,王洪丽,等.基因工程菌在精对苯二甲酸废水处理中的应用.工业用水与废水,2006年2月,37(1):32-35 [14]蒋建东,顾立锋,孙纪全,等.同源重组法构建多功能农药降解基因工程菌研究.生物工程学报.2005年11月,21(6):884-891 [15]刘智,洪青,徐剑宏,等.耐盐及苯乙酸、甲基对硫磷降解基因工程菌的构建.微生物学报,2003年10月,43(5):554-559 [16]吕萍萍,王慧,施汉昌,等.基因工程菌强化芳香化合物的处理工艺.中国环境科学

2003,23(1)：12-15

第三篇：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：

姓名：

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。

【参考文献】

[1]楼士林，杨盛昌，龙敏南，等.基因工程[M].北京：科学出版社，2002.[2]李庆军，董艳桐，施冰.植物抗虫基因的研究进展[J].林业科技，2002，27(2)：22 26.[3] 陈渝军, 林晶.基因工程技术在医药卫生领域的应用及发展.药品评价,2005, 2(2): 144-145.[4] 童克中.基因及其表达.北京: 科学出版社, 2001.[5] 朱宝泉.基因工程技术在医学工业中的应用及进展 [6] 方鹏.基因工程应用简述[ J].辽宁师专学报.2004.6(2): 29-30.[7] 王俊杰21 世纪基因工程在肿瘤防治中的应用[ J] 2000.6(6):62-67.

第四篇：霉菌的基因工程技术

霉菌的基因工程技术

课程：食品生物技术 专业： 班级： 学号： 姓名：

完成时间：2011 年5月26日

霉菌的基因工程技术

摘要：霉菌在自然界中分布广泛，与人们的日常生活极为密切。自从弗莱明发现青霉素以来，国内外对霉菌的研究引起众多学者的关注，本文对目前霉菌的应用现状作一综述，并介绍了利用基因工程改良霉菌菌种常用的几种方法。

关键词：霉菌 基因工程 菌种改良 应用

0前言

霉菌是能引起物种霉变的丝状真菌的统称，是真菌的一部分。凡是生长在培养基上呈绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的菌落，都称之为霉菌。霉菌在自然界中分布非常广泛，与人们的日常生活极为密切，用途很多，如用于传统的酿酒、制酱和制作副食品及其他的发酵食品，并可从中提取药物、色素等。总之霉菌在农业、纺织、食品、医药、皮革及促进自然界的物质循环等方面都起着极为重要的作用。当然它对人类也有有害的方面，如可使人、畜、农作物患病，使食品、纺织品霉变等。1霉菌的应用 1.1抗生素

抗生素是微生物在代谢过程中产生的能选择性地抑制其它种微生物生长和活动，甚至杀灭它种微生物的生物活性物质。随着青霉素的发现和由此研制而成的多种抗生素使人类得以治愈传染病、有效地控制传染病的流行。除了青霉素，还有许多抗生素来源于霉菌，例如灰黄霉素、头孢霉素等。1.2 生物农药

自然界中有很多生物合成的天然物质具有农药功能，提取其有效成分加工为农药应用,这是制取生物农药的主要途径。目前包括我国在内的许多国家还大量应用化学农药，已普遍导致了对环境的污染，致使农产品安全卫生问题严重，品种下降，并频繁危及人类身体健康。生物农药有以下几个优点:能有效的控制害虫，不杀伤天敌，不破坏生态平衡，不污染环境，因而有广阔的开发前景。目前从霉菌着手寻找生物农药的研究也很深入广泛，例如：木霉菌是一类具有广谱性、拮抗性生物防治菌。1.3天然色素

食品及化妆品生产领域中都离不开色素，但多使用化学合成色素，其毒性问题已逐步引起人们的关注，国内外在其用量及使用范围方面均有限制。从生物中提取的天然食用色素无毒性，食用安全性好，但大多数因原料来源少，价格高限制了其广泛应

用。目前用霉菌生产色素的例子也很多，例如:红曲霉菌，是用于提取色素最多的霉菌，中国利用红曲已有上千年的历史，用于红腐乳、酒类和其他食品中。1.4抗肿瘤

在霉菌发酵产物中还发现有能抑制缺氧信号传递的小分子物质，很多类型的人类肿瘤细胞都处在严重缺氧的状态下，它们为了生存，建立了一系列的级联反应来缓解缺氧。Pladienolides是一类由普拉特链霉菌 Mer2 11107发酵产生的大环内酯类抗生素，可抑制肿瘤细胞生长和缺氧信号传递，它在小鼠异种皮移植入肿瘤的模型中表现出了强大的抗肿瘤效果。可见它有望成为新型的抗肿瘤药物。1.5具有特殊活性的酶

木霉菌能产生纤维素酶，它可直接作用于纤维素使其断裂分解为低分子的化合物及葡萄糖等被动物所利用，另一方面，纤维素酶可使粗纤维素分解从而可使更多的植物细胞内容物分离出来，提高了这些营养物质的消化率。此外，木霉菌还可产生半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶，这些酶的共同作用可提高对碳水化合物、蛋白质和矿物质的消化吸收率，促进吸收[1]。1.6食品发酵

腐乳是我国独特的传统发酵食品之一，系用豆腐坯经毛霉菌培养酿制而成。毛霉菌种的质量好坏关系到腐乳的形状、色泽滋味及理化质量，目前经过菌种选育，已获得一株生长快速、菌丝旺盛、蛋白酶活性强的毛霉菌株，用它制成的接种剂可用于腐乳和腊八生产，其产品质量优良、稳定[2]。此外，常用于腐乳的霉菌还有黑根霉、米曲霉、红曲霉等[3]。2基因工程

2.1基因工程的涵义

用酶学方法，将异源基因与载体DNA在体外进行重组，将形成的重组子DNA导入宿体细胞，使异源基因在宿体细胞中复制表达，从而达到改造生物品种或性状，大量生产出人类所需要的生物品种和产物。[4]2.2基因工程操作的主要步骤：

（1）采用cDNA文库人工合成或PCR扩增，分离制取目的基因片段（2）采用核酸限制性内切酶Ⅱ同时剪切目的基因和克隆载体

（3）在T1DNA连接酶的作用下将目的基因与基因载体连接而成重组DNA（4）把重组DNA分子导入受体细胞，并在一起扩增而成克隆子（5）标记分析和筛选出获得重组DNA分子的克隆受体细胞

（6）进一步了扩增、转化、表达，最终生成新的优良性状的菌种或人类所需要的产品

2.3基因工程的工具酶

酶在基因工程操作中是不可缺少的工具，在基因工程中应用的酶统称为工具酶。要取得所需的目的基因DNA并与载体DNA连接在一起形成DNA重组体，首先要提供限制性内切酶和DNA连接酶。此外，还有其他工具酶，如T1多聚核苷酸激酶、碱性磷酸酯酶、核酸酶S1、反向转录酶和末端脱氧核苷酸转移酶等。到目前为止，常用的工具酶已有3000多种。2.4基因工程的载体

目前，在基因工程中应用的基因载体主要是质粒、病毒和噬菌体。载体的具备以下几个性能：

（1）分子较小，可携带比较大的ＤＮＡ片段。

（2）能独立于染色体而进行自主复制并且是高效的复制。

（3）要有尽可能多种限制酶的切割位点，但每一种限制酶又要最少的切割位点。（4）有适合的标记，易于选择。

（5）有时还要求载体要能启动外源基因进行转录及表达，并且尽可能是高效的表达。

（6）从安全角度考虑，要求载体不能随便转移，仅限于在某些实验室内特殊菌种内才可复制等等。3霉菌的基因工程改良 3.1目的基因的制备

3.1.1限制酶法 用限制性内切酶消化含有目的基因的外源，使其获得目的基因,并使之产生粘性或平头末端 ,以与载体连接。限制酶有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型,常用的为Ⅱ型酶 ,因为它有特异性识别位点 ,切口有规律 ,只要有镁离子即可激活,且效率极高。

3.1.2cDNA法 由于真核生物的基因中含有非编码间隔区 ,在原核生物中无法正常表达 ,必须除去内含子。mRNA是经转 录加工过 的RNA,无内含子 ,在反转录酶下,以mRNA为模板合成出互补DNA再加上接头,即可与载体连接。

3.1.3 PCR扩增技术实际是体外DNA合成放大技术。其基本原理是依据细胞分裂中DNA合成半保留机制，及在体外DNA分子于同温度下双链和单链可以互相转变的性质 ,人为控制体外合成系统的温度,使双链变成单链。单链DNA和人工引物退火。以

及在dNTP存在下 ,耐高温的DNA 聚合酶使引物沿单链模板延升双链DNA高温变性,低温退火,适温延升等三步循环使DNA 扩增。

3.1.4鸟枪法 鸟枪法实质上是采用基因工程手段把染色体DNA用限制性内切酶切割，将所有的片段都连接到某种载体上，转入大肠杆菌中增值。再用适当方法来筛选含该基因的重组体菌落，从重组体细菌提取DNA，经酶切后即可制取该基因。对真核细胞基因，因酶切后形成大小不等的成千上万DNA片段，若采用此法则难于筛选出所需要的基因。因此，可采用凝胶电泳、密度梯度离心法或液相层析等方法。先把DNA片段按大小分成几个组，然后，在采用鸟枪法分离目的基因。

3.2选择适当的载体 载体是用于传递外源DNA序列进人宿主细胞,其本身也为DNA分子。

合适的载体有如下要求：必须能 自我复制。有可克隆位点 ,供外源DNA插人。有可供选择的遗传标记 ,如抗药性基因、酶基因、营养缺陷型等。载体应尽量小 ,抗剪切力。表达型载体应具备与宿住基因相应的启动子、增强子、前导序列。常用的载体有：质粒载体、入噬菌体、粘粒、丝状噬菌体、病毒载体、酵母人工染色体卡粒载体。

3.3目的基因的体外重组

目的基因的体外重组即将带有切口的载体与所获得的目的基因连接起来，得到重新组合后的DNA分子。重组有如下方法：:粘粒末端法 ,且常用双标记法。平头末端连接法 ,用T4DNA连接法。人工接头法,其大小应为8─12bp。用同聚物接尾法 ,常用cDNA法。

3.3.1粘性末端连接法：当载体DNA和目的基因均用同一种限制酶进行切断时，二者即可带有相同的粘性末端。如将载体与目的基因混合在一起，二者即可通过粘性末端进行互补粘合，再加入DNA连接酶，即可封闭其缺口，得到重组体。较少的情况下，对产生的平端也可直接进行连接。

3.3.2人工接尾法：即同聚物加尾连接法。当载体和目的基因无法采用同一种限制酶进行切断，无法得到相同得粘性末端时，采用此方法。首先使用单链核酸酶将粘性末端切平，再在末端核苷酸转移酶的催化下，将脱氧核糖核苷酸添加于载体或目的基因的3'-端，如载体上添加一段polyG，则可在目的基因上添加一段polyC，故二者即可通过碱基互补进行粘合，再由DNA连接酶连接。

3.3.3人工接头连接法：将人工连接器（即一段含有多种限制酶切点的DNA片段）连接到载体和目的基因上，即有可能使用同一种限制酶对载体和目的基因进行切断，得到可以互补的粘性末端。3.4重组DNA导入宿主细胞

重组子构建后 ,必须送人宿主细胞使之发挥作用 ,常用物理方法、化学方法和生物方法。其一般过程为：

（1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。（2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。

（3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。3.4.1物理方法

3.4.1.1基因枪法 该方法是利用一种物理仪器装置，将钨、金等金属微粒加速冲击细胞，把细胞击孔，使目的基因进入受体。

3.4.1.2电激法 是利用高压电脉冲的作用对原生质体或细胞击出微孔而使基因转移的一种新方法。

3.4.1.3激光微束法，此方法是利用直径很小、能量很高的激光微束引起细胞膜可逆性穿孔的原理，在荧光显微镜下找出合适的细胞，然后用激光光源代替荧光光源，聚焦后发出激光微束脉冲，造成膜穿孔，处于细胞周围的外源DNA分子随之进入细胞。

3.1.4.4超声波法基本原理：是利用低声强脉冲超声波的物理作用，击穿细胞膜造成通道，使外源DNA进入细胞。3.4.2化学方法

3.4.2.1PEG法(聚乙二醇)PEG是细胞融合剂，它可以使细胞膜之间或DNA与膜之间形成分子桥，促使相互之间的接触和粘连；还可以引起膜表面电荷的紊乱，干扰细胞间的识别，从而有利于细胞膜之间的融合和外源DNA进入原生质体。

3.4.2.2脂质体法

脂质体是由人工构建的磷脂双分子层组成的膜结构，可将DNA包在其内，并通过脂质体与原生质体的融合或由于原生质体的吞噬过程，把外源DNA转运到细胞内。3.4.3生物方法

3.4.3.1转化 以质粒作载体构建的重组体导入受体细胞的过程 3.4.3.2转染 以病毒作载体构建的重组体导入受体细胞的过程 3.4.3.3转导 以噬菌体作载体构建的重组体导入受体细胞的过程 3.5重组DNA的筛选与鉴定

基因工程的最终目的是通过载体将外源基因导入合适的宿主细胞中高效表达，产生有重要价值的蛋白质产品。

3.5.1克隆基因表达有三个条件： ⑴ 基因的编码区不能被插入序列中断

⑵ 基因转录要有启动子，而启动子必须能被宿主细胞的RNA聚合酶有效地识别 ⑶ mRNA必须相当稳定，并有效地被翻译，产生的外源蛋白质必须不为宿主细胞的蛋白酶所降解。

3.5.2筛选含重组体的阳性菌落的方法：平板筛选、限制酶切图谱筛选、PCR筛选重组体、原位杂交技术。

3.5.2.1平板筛选

平板筛选是指利用载体的遗传性标记在平板上直接筛选的方法。具有抗药性标记的载体，转化宿主细胞后，能在含抗生素的培养平板上生长；未转化的则不能生长。

(1)插入失活 当外源DNA序列插入质粒中某一抗药基因内，使该基因失活，转化细胞就不能生长在含相应抗生素的培养平板上。

(2)蓝-白筛选 利用蓝色化合物的形成作为指示剂，筛选带重组质粒的细菌。当外源片段插入到pBS质粒的多克隆位点上后会导致读码框架改变,表达蛋白失活,产生的氨基酸片段失去α-互补能力,含重组质粒的转化子在生色诱导培养基上只能形成白色菌落。而没有重组质粒的转化子产生α-互补，在生色底物X-gal(5-溴-4氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷)下存在下被IPTG(异丙基硫-β-D-半乳糖苷)诱导形成蓝色菌落。

3.5.2.2原位杂交技术

原位杂交技术的基本原理是利用核酸分子单链之间有互补的碱基序列，将有放射性或非放射性的外源核酸(即探针)与组织、细胞或染色体上待测DNA或RNA互补配对，结合成专一的核酸杂交分子，经一定的检测手段将待测核酸在组织、细胞或染色体上的位置显示出来。

3.5.2.3限制酶切图谱筛选

所谓的限制性酶切图谱法就是对载体上插入的外源DNA片段进行酶切图谱分析，并以此与目的基因的已知图谱对比，因此利用这种方法不仅能区分重组子与非重组子，而且还能鉴定目的重组子。但这种方法在用于数千规模的转化子筛选时，工作量极大，实验成本也高。

4用基因工程获得抗生素高产菌株的实例

青霉素G酞化酶活力的提高[5] 青霉素G酞化酶可把青霉素G转化为 6一APA,它是新合成或半合成青霉素的有用原料 ,在抗生素工业中有着重要作用 ,因大肠杆 菌ATC-CL105菌株可产生青霉素G酞化酶,可将这种酶基因连接于一个多拷贝质粒载体上 ,通过基因测量应提高青霉素G酞化酶活力水平,用装配型质粒克隆系统进行青霉素G酞化酶基因的克隆,ATC-CL105菌株DNA用 ΗindⅢ切开并插人装配型质粒上 ,得到由3000个克隆组成的ATC-CL105的基因文库,克隆带有青霉素G酞化酶基因被生物测试系统选得 ,文库的单菌落涂布于含有青霉素G和一株对6一APA敏感的粘质少母氏菌菌株的软琼脂上,产生青霉G酞化酶的克隆通过对敏感性测试菌抑制 圈来识别 ,筛选文库中的 10000个菌落,获得一个阳性克隆,把亚克隆青霉素G酞化酶基因转移于PBR322质粒上,该质粒在每个细胞中扩增约50个拷贝,但酞化酶只增产6倍,大肠杆菌中PBR322质粒上的克隆青霉素G酞化酶基因在发酵条件下使用相当稳定。

参考文献：

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第五篇：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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