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《基因工程》课程论文《基因工程》课程论文第1页共6页基因工程的应用现状及其展望摘要：本文介绍了“基因”和“基因工程”。从科研领域、医学领域、农业领域、食品工业领域5个方面阐述了基因工程的应用价值，并对基因工程的研究前景进行了展望。关键词：生物工程技术；基因工程；应用；发展现状；应用前景ApplicationSituationandFutureProspectsofGeneEngineeringClass1Bio-engineering10Student:LaoYangyanStudentID:1031250019Tutor:BianCaimiaoAbstract:Thispaperintroducesthegeneandgeneengineering.Describingtheapplicationvalueofgeneticengineeringfrom5fieldsofscientificresearch,medicine,agricultureandfoodindustry,besidestheprospectsforthestudyofgeneticengineeringwerediscussed.Keywords:biologicalengineeringtechnology;geneengineering;application;developmentSituation;applicationprospects引言目前世界许多国家将生物技术、信息技术和新材料技术作为三大重中之重技术,而生物技术又分为传统生物技术、工业生物发酵技术和现代生物技术。现在人们常说的生物技术实际上就是现代生物技术。现代生物技术包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等五大工程技术[1]。其中基因工程技术是现代生物技术的核心技术。基因工程成为当今生命科学领域最具生命力、最引人注目的学科之一。进入21世纪后，以基因为核心的生物技术的研究与应用成为生物科学的主流。其技术充斥在人类的生活之中，其技术广泛应用于科研、医药、农业、食品工业等领域。所以本文主要是通过对基因工程主要概念与其在主要领域的应用的介绍。使人们对其更加全方位的认识，更加辩证的看待这个技术。并对未来基因工程的技术更好的服务于人们的生活做了相应的展望。1基因工程的概念基因工程(geneticengineering)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[2]。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。基因工程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《基因工程》课程论文第2页共6页体细胞中,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。2基因工程在各领域的应用2.1科研领域方面2.1.1基因芯片分析技术基因芯片是指DNA微阵列，基因芯片分析技术是将大量DNA片段有规则地固定在某介质上，从而检测特定基因表达的一项技术。这项技术的关键是将巨大的DNA分析缩小到很小的芯片上，利用光电技术对信息进行探测，最后用计算机加以分析。它将过去生物学中的复杂实验变得十分简单，同时检测的数据大大增多，可以说是生物技术上的一次革命。利用基因芯片技术可快速测定DNA序列。2.1.2基因组文库作图DNA芯片通过鉴定重叠克隆的顺序来对基因组文库进行作图。将若干个基因组克隆的DNA提取出来，用识别4个碱基的限制性内切酶切开，通过PCR扩增荧光标记得到的ssDNA产物分别与DNA芯片杂交，荧光信号强度被均衡化，用统计分析的方法推算出两个克隆之间的相关系数。最后，几个信号最强的克隆可以根据相关系数按正确的顺序排列出来。2.2在医学领域方面2.2.1基因诊断技术在临床的应用基因诊断是利用分子遗传学技术在DNA或RNA水平上对某一基因进行突变分析,从而对特定疾病进行诊断。基因诊断因其直接诊断性、高特异性、灵敏性、早期诊断性弥补了表型诊断的不足而被广泛应用[3]。基因诊断被广泛应用于肿瘤、白血病、感染性等多种疾病的诊断中。2.2.2制药工业的发展目前，通过重组DNA产生的工程菌已大量高效地合成出许多人体中的活性多肽，如干扰素、白介素、促红细胞生成素、人生长激素、集落刺激因子和胰岛素等，基因工程药物为人战胜多种疑难疾病提供了有力的武器，也是国际医药工业发展的新增长点。2.2.3基因工程疫苗基因工程疫苗：是用基因工程方法或分子克隆技术，分离出病原的保护性抗原基因，将其转入原核或真核系统使表达出该病原的保护性抗原，制成疫苗，或者将病原的毒力相关基因删除掉，使成为不带毒力相关基因的基因缺失苗[4]。目前，乙型肝炎病毒、麻疹、狂犬病《基因工程》课程论文第3页共6页病毒、霍乱和大肠杆菌等的转基因植物食用疫苗研究方面已经有很大进展。2.3在农业方面2.3.1培育新品种利用转基因技术，可改变传统花卉的种类、颜色、品质，并能创造新奇的变异品种，培育出自然界前所未有的新品种，由此为人类提供独特的观赏享受。湖北大学生物科学院蔡得田教授主持的“特异花卉克隆与基因工程创新”，成功地将红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的编码基因导入花卉中。2.3.2抗病虫的植物基因工程病毒是影响农作物生产的一个重要因素。以马铃薯为例，马铃薯X病毒可造成10%的损失，马铃薯Y病毒可造成80%的损失。重组DNA技术的应用为农业生产提供了一个解决问题的新方法，该技术可相互转移不同有机体的基因[5]。生物防治害虫的工作已经开展多年，主要是利用苏云孢杆菌中的毒蛋白(结晶蛋白)对害虫有毒害作用，使用这些杆菌来控制害虫[6]。目前，苏云孢杆菌基因已被转入烟草、番茄、马铃薯、水稻、玉米及棉花等多种植物。2.3.3抗除草剂的植物基因工程传统除草剂的选择性较差，即除了杀草以外，还会将作物杀死。现在利用生物技术，将能抵抗除草剂的基因转移到植物中，获得抗除草剂植物。目前，已获得的抗除草剂作物有大豆、棉花、玉米、水稻和甜菜等20多种。2.3.4其他一些植物基因工程其中包括利用PG酶的反义RNA基因，使成熟后的番茄果实变硬，以便于运输和储藏。此外，在转基因植物中还可以生产一些医药用的小肽。在抗寒、抗热、抗盐碱以及抗病等提高抗性的植物基因工程方面也有很大的进展。2.4食品方面2.4.1蛋白质类食品蛋白质是人类赖以生存的营养素之一,植物是人类的主要蛋白供应源,蛋白原料中有65%来自植物。与动物蛋白相比,植物蛋白的生产成本低,而且便于运输和贮藏,然而其营养也较低。谷类蛋白质中赖氨酸(Lys)和色氨酸(TrP)豆类蛋白质中蛋氨酸(Met)和半光氨酸(Cys)等一些人类所必需的氨基酸含量较低。通过采用基因导入技术,即通过把人工合成基因、同源基因或异源基因导入植物细胞的途径,可获得高产蛋白质的作物或高产氨基酸的作物闭[7]。第一个采用基因工程改造的食品微生物是面包酵母，经基因改良的面包酵母中麦芽糖透《基因工程》课程论文第4页共6页性酶和麦芽糖酶的含量比普通面包酵母高，产生二氧化碳气体的量也较高，可制作出更松软可口的面包。啤酒酵母是啤酒发酵的关键微生物，将α-淀粉酶和糖化酶基因导入啤酒酵母中，就可以简化生产工序，提高产品质量和生产新的啤酒品种。酶制剂在食品加工中广泛应用，凝乳酶是第一种应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移到细菌或真核微生物生产的酶，传统方法是从小牛皱胃中提取，成本高，产量低。20世纪80年代以来，英、美等国科学家将凝乳酶原基因导入大肠杆菌、酵母中，成功地进行了大规模的生产。目前，对α-淀粉酶、葡萄糖异构酶、溶菌酶、碱性蛋白酶的生产菌都用基因工程方法进行了改良，大大提高了这些酶制剂的生产效率。2.4.2碳水化合物类食品利用基因工程来调节淀粉合成过程中特定酶的含量或几种酶之间的比例,从而达到增加淀粉含量或获得独特性质、品质优良的新型淀粉。高等植物体内涉及淀粉生物合成的关键性酶类主要有:ADP葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGlcpyrophosphorylase,AGPP),淀粉合成酶(Starehsynthase,SS)和淀粉分支酶(starehbranehingenzyme,SBE),其中淀粉合成酶又包括颗粒凝结型淀粉合成酶(Granule-boundstarchsynthase,GBSS)和可溶性淀粉合成酶(Solublestarchsynthase,SSS)[8]。2.4.3油脂类食品人类日常生活及饮食所需的油脂高达70%来自植物。高等植物体内脂肪酸的合成由脂肪合成酶(FAS)的多酶体系控制,因而改变FAS的组成就可以改变脂肪酸的链长和饱和度,以获得高品质、安全及营养均衡的植物油[9]。目前,控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功,并用于研究改善脂肪的品质。如通过导入硬脂酸一ACP脱氢酶的反义基因,可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%。而将硬脂酞CoA脱饱和酶基因导入作物后,可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降,而不饱和脂肪酸(油酸/亚油酸)的含量则明显增加,其中油酸的含量可增加7倍[10]。除了改变油脂分子的不饱和度外,基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事实上,高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜(Canola)在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品淀粉含量的增加或减少,对作物品种。2.5开发新型功能性食利用基因工程技术可以研制特种保健食品的有效成份。例如将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至羊或牛中,便可以在羊乳或牛乳中产生这种酶。1997年9月上海医学遗传所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子,为通过动物大量《基因工程》课程论文第5页共6页廉价生产人类的新型功能性食品和药品迈出了重大的一步[11]。除了研究利用动物生产新型功能性食品外,目前利用转基因植物生产食品疫苗已成为食品生物技术研究的热点之一。食品疫苗就是将某些致病微生物的有关蛋白质(抗原)基因,通过转基因技术导入某些植物受体细胞中,并使其在受体植物细胞中得以表达,从而使受体植物直接成为具有抵抗相关疾病的疫苗。用转基因植物生产的疫苗保持了重组蛋白的理化特征和生物活性。有的须提纯后作疫苗使用,有的则不经提纯即可直接食用。如口服不耐热肠毒素转基因马铃薯后即可产生相应抗体。目前,已获成功的还有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等十多种转基因马铃薯、香蕉、蕃茄的食用疫苗[1213]。由于这些重组蛋白基因可以长期地储存于转基因植物的种子中,十分有利于疫苗的保存、生产、运输和推广。因此转基因植物作为廉价的疫苗生产系统,虽然才刚刚起步,却具有很好的发展潜力。3基因工程的研究展望自从1973年Jackson等人在一次分子生物学学会上首次提出基因可以人工重组，并能在细菌中复制。从此以后，基因工程成为一项新兴的研究领域得到了迅速的发展，无论是基础研究，还是应用研究均取得了喜人的成果。这是生命科学发展的一次飞跃，生命科学已经进入了一个定向、快速改造生物性状的新时代，受到了国内外广泛的重视。21世纪基因工程研究必然有一个更大的发展。人类将因为有了基因工程会使寿命大大延长；生物的多样性将得到维护并发展[14]。科学家们纷纷发表文章称“基因工程，前景诱人”，但同时也告诉我们，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。因此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[15]。