基因工程技术的发展历史-现状及前景

学号1234567基因工程课程论文（2013届本科）题目：基因工程技术发展历史、现状及前景学院：农业与生物技术学院班级：生物科学091班作者姓名：XXX指导教师：XXX职称：教授完成日期：2013年3月16日二○一三年三月基因工程技术发展历史、现状及前景摘要：生物学已是现代最重要学科之一，而从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的发展与进步，已成为生物技术的核心。基因工程技术现应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等诸多领域。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程技术及相关领域将成为21世纪的主导产业之一。关键词：基因工程技术、发展历史、现状、前景引言基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为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，以让外源遗传物质在其中安家落户，进行正常复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。基因工程具有以下几个重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中进行繁殖，能够跨越天然物种屏障，把来自任何一种生物的基因放置到新的生物中，而这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系，这种能力是基因工程的第一个重要特征。第二个特征是，一种确定的DNA小片段在新的寄主细胞中进行扩增，这样实现很少量DNA样品拷贝出大量的DNA，而且是大量没有污染任何其它DNA序列的、绝对纯净的DNA分子群体。科学家将改变人类生殖细胞-DNA的技术称为“基因系治疗”，通常所说的“基因工程”则是针对改变动植物生殖细胞的。无论称谓如何，改变个体生殖细胞的DNA都将可能使其后代发生同样的改变。一、基因工程技术的发展历史（一）基因工程发展简述人类与动物的许多病害都是由单细胞原核生物——细菌引起的。在一段时间，细菌成为人类的第一大杀手，成千上万的生命被其感染吞噬。虽然青霉素以及磺胺类等搞菌药物的出现拯救了无数的生命，但是，好景不长，青霉素使用不到期10年，即在世界上20世纪50年代中期，就发现了严重的细菌抗药性，并且这种抗药性还具有“传染性”，也就是说，一种细菌的抗药性可以传给另一种细菌。基因工程的“开山鼻祖”科恩，就是一位最早从事细菌抗药性的专家。他本科毕业于生物专业，后在美国宾夕法尼亚大学获得医学博士学位，1968年来到美国斯坦福大学担任助教，并选择细菌抗菌药性作为自己的主要研究课题。他的实验室与其他研究组的工作表明，细菌的抗药性基因不是由染色体DNA编码的，而是由一种叫“质粒”的小环状DNA分子携带的。质粒DNA中有一叫做“复制区”的序列，它控制着质粒的自主复制。由于这个复制区的作用，质粒可以独立于染色体进行复制，科恩等人的研究表明，细菌抗药性的秘密就在质粒DNA上。1973年斯坦福大学和加州大学联合完成了“重组DNA技术”的专利申请工作。这是一个非常典型的、因基础理论研究突破而形成实用新技术的事例，整个现代生物技术产业就是从这里萌芽的。随着1953年DNA双螺旋模型的建立、1966年64个遗传密码的破译以及1971年DNA限制性内切酶的发现等一系列生命科学领域的重大问题的突破，人们已不再仅仅满足于探索生命现象的奥秘，而是设想在分子水平上去改造生命。一个大胆的构思:将一种生物DNA中的某个墓因片段连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织，不就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型吗?这种做法史无前例，很像技术科学的工程设计，即依据人类的需要把一种生物的“基因”与另一种生物的“基因”重新“组装”成新的基因组合.创造出新的生命体。在20世纪70年代，许多DNA新技术的发展使得基因分离和操作取得了巨大成就.1973年，S.Cohen等人首次获得体外重组DNA的分子克隆锐良多DNA分子的“拷贝”)。1977年，A.Maxam和W.Gilbert的化学裂解DNARJ序技术问世;不久，Sanger及其同事又提出了另一种DNA序列分析技术—双脱氧测序法。DNA克隆和测序技术相结合，使当代科学家可以从数千个甚至数万个荃因中分离、鉴定某一特定基因，并且可使任一基因在一定的受体细胞或宿主体内表达具有生物学功能的蛋白质。在DNA克隆和测序技术的基础上，重组DNA技术即基因工程技术日臻完善，为20世纪90年代启动人类基因组计划(humangennrneprnjert,HGP)定了A础。如今，重组DNA技术已被广泛应用于基因修饰和改造、克隆动物、培育抗病植物、开发新药及临床诊断.同时，重组DNA技术也是分子遗传学、分子生物学、分子医学等很多当代生命学科发展、融合的桥梁;这些学科的融合、发展又促进了重组DNA技术的成熟，使其发展为一个专门学科—重组DNA技术学(recombinantDNAtechnology)也称作基因工程。（二）基因工程大事记1860至1870年奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念。1944年3位美国科学家分离出细菌的DNA（脱氧核糖核酸），并发现DNA是携带生命遗传物质的分子。1953年美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型。1969年科学家成功分离出第一个基因。1980年科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠。1983年科学家首次培育出世界第一个转基因植物转基因烟草。1988年K.Mullis发明了PCR技术。1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。1998年一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉遗传公司，与国际人类基因组计划展开竞争。1998年12月一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成，这是科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。1999年9月中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%。中国是继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的惟一发展中国家。1999年12月1日国际人类基因组计划联合研究小组宣布，完整破译出人体第22对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定。2000年4月6日美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整遗传密码，但遭到不少科学家的质疑。2000年4月底中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架图。2000年5月8日德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第21对染色体的测序工作。2000年6月26日科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。2000年12月14日美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。2001年2月12日中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。二、基因工程技术现状及应用（一）基因工程技术现状概述迄今为止，基因工程还没有用于人体，但已在从细菌到家畜的几乎所有非人生命物体上做了实验，并取得了成功。事实上，所有用于治疗糖尿病的胰岛素都来自一种细菌，其DNA中被插入人类可产生胰岛素的基因，细菌便可自行复制胰岛素。基因工程技术使得许多植物具有了抗病虫害和抗除草剂的能力；在美国，大约有一半的大豆和四分之一的玉米都是转基因的。目前，是否该在农业中采用转基因动植物已成为人们争论的焦点：支持者认为，转基因的农产品更容易生长，也含有更多的营养（甚至药物），有助于减缓世界范围内的饥荒和疾病；而反对者则认为，在农产品中引入新的基因会产生副作用，尤其是会破坏环境。诚然，仍有许多基因的功能及其协同工作的方式不为人类所知，但想到利用基因工程可使番茄具有抗癌作用、使鲑鱼长得比自然界中的大几倍、使宠物不再会引起过敏，许多人便希望也可以对人类基因做类似的修改。毕竟，胚胎遗传病筛查、基因修复和基因工程等技术不仅可用于治疗疾病，也为改变诸如眼睛的颜色、智力等其他人类特性提供了可能。目前我们还远不能设计定做我们的后代，但已有借助胚胎遗传病筛查技术培育人们需求的身体特性的例子。比如，运用此技术，可使患儿的父母生一个和患儿骨髓匹配的孩子，然后再通过骨髓移植来治愈患儿。随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，特别是当人们了解到遗传密码是由RNA转录表达的以后，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。这种做法就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。基因工程在20世纪取得了很大的进展，这至少有两个有力的证明。一是转基因动植物，一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因，使得动植物具有了原先没有的全新的性状，这引起了一场农业革命。如今，转基因技术已经开始广泛应用，如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物，它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。“克隆”一时间成为人们注目的焦点。尽管有着伦理和社会方面的忧虑，但生物技术的巨大进步使人类对未来的想象有了更广阔的空间。（二）基因工程技术在各领域的应用1.基因工程技术在农业方面的应用基因工程培育优质、高产农作物品种进展植物基因移植于导入技术的研究成功，为改变植物蛋白质、脂肪、淀粉与糖类的含量与品质，提高其营养价值，为改变蔬菜、果品的风味提供了可能与技术途径。2.基因工程技术在畜牧业的应用基因工程在畜牧养殖业的应用也具有非常广阔的应用前景，科学家将某些特定的基因与病毒DNA构成重组DNA，然后通过感染或显微注射技术转移到动物的受精卵中，由这种新的受精卵发育成的动物就会带有人们所希望的新的优良性状，如高产仔量、产奶量、抗病能力和高质量的皮毛等等。3.基因工程技术在食品行业的应用基因工程可以为人类开辟新的食物来源，据报道，科学家将鸡蛋蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达成功。这表明，有朝一日，人们能够用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需的卵清蛋白，并且在不久的将来，人们还可以利用基因工程的方法从微生物中获取所需要的糖类、脂肪、维生素等等。4.基因工程技术在医药方面的应用目前，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。5.基因工程技术在能源方面的应用在能源方面，目前正在研究能够再生的生物能源，如用基因工程培养特殊的细菌，把没有用的植物纤维素分解成葡萄糖，生产酒精，用来补充或替代石油。6.基因工程技术在工业方面的应用在工业方面，可以用基因工程培养出特殊的“超级细菌”。这种细菌喜爱吸收某种金属，这样不用花大力气就能够探明矿藏，并且利用它来进行采矿。据统计，全世界每年用“超级细菌”浸出的铜高达20万吨。培养某种“超级细菌”还可以吸掉石油里某种杂质，