- 來源：數(shù)字光魔
- 發(fā)布時(shí)間：2020-04-13 18:19
基因工程是生物工程的一個(gè)重要分支，它和細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程共同組成了生物工程。 所謂基因工程（genetic engineering)是在分子水平上對(duì)基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖的受體細(xì)胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。
基因工程是在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)綜合發(fā)展基礎(chǔ)上于本世紀(jì)70年代誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。一般來說，基因工程是指在基因水平上的遺傳工程，它是用人為方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)--DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖的受體細(xì)胞中，以讓外源遺傳物質(zhì)在其中"安家落戶"，進(jìn)行正常復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)。 這個(gè)定義表明，基因工程具有以下幾個(gè)重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中進(jìn)行繁殖，能夠跨越天然物種屏障，把來自任何一種生物的基因放置到新的生物中，而這種生物可以與原來生物毫無親緣關(guān)系，這種能力是基因工程的第一個(gè)重要特征。第二個(gè)特征是，一種確定的DNA小片段在新的寄主細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增，這樣實(shí)現(xiàn)很少量DNA樣品"拷貝"出大量的DNA，而且是大量沒有污染任何其它DNA序列的、絕對(duì)純凈的DNA分子群體?？茖W(xué)家將改變?nèi)祟惿臣?xì)胞DNA的技術(shù)稱為“基因系治療”（germlinetherapy），通常所說的“基因工程”則是針對(duì)改變動(dòng)植物生殖細(xì)胞的。無論稱謂如何，改變個(gè)體生殖細(xì)胞的DNA都將可能使其后代發(fā)生同樣的改變。
迄今為止，基因工程還沒有用于人體，但已在從細(xì)菌到家畜的幾乎所有非人生命物體上做了實(shí)驗(yàn)，并取得了成功。事實(shí)上，所有用于治療糖尿病的胰島素都來自一種細(xì)菌，其DNA中被插入人類可產(chǎn)生胰島素的基因，細(xì)菌便可自行復(fù)制胰島素?；蚬こ碳夹g(shù)使得許多植物具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力；在美國，大約有一半的大豆和四分的玉米都是轉(zhuǎn)基因的。目前，是否該在農(nóng)業(yè)中采用轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物已成為人們爭論的焦點(diǎn)：支持者認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因的農(nóng)產(chǎn)品更容易生長，也含有更多的營養(yǎng)（甚至藥物），有助于減緩世界范圍內(nèi)的饑荒和疾病；而反對(duì)者則認(rèn)為，在農(nóng)產(chǎn)品中引入新的基因會(huì)產(chǎn)生副作用，尤其是會(huì)破壞環(huán)境。
誠然，仍有許多基因的功能及其協(xié)同工作的方式不為人類所知，但想到利用基因工程可使番茄具有抗癌作用、使鮭魚長得比自然界中的大幾倍、使寵物不再會(huì)引起過敏，許多人便希望也可以對(duì)人類基因做類似的修改。畢竟，胚胎遺傳病篩查、基因修復(fù)和基因工程等技術(shù)不僅可用于治療疾病，也為改變諸如眼睛的顏色、智力等其他人類特性提供了可能。目前我們還遠(yuǎn)不能設(shè)計(jì)定做我們的后代，但已有借助胚胎遺傳病篩查技術(shù)培育人們需求的身體特性的例子。比如，運(yùn)用此技術(shù)，可使患兒的父母生一個(gè)和患兒骨髓匹配的孩子，然后再通過骨髓移植來治愈患兒。
隨著DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機(jī)制的秘密一點(diǎn)一點(diǎn)呈現(xiàn)在人們眼前，特別是當(dāng)人們了解到遺傳密碼是由 RNA轉(zhuǎn)錄表達(dá)的以后，生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，設(shè)想在分子的水平上去干預(yù)生物的遺傳特性。 如果將一種生物的 DNA中的某個(gè)遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的愿望，設(shè)計(jì)出新的遺傳物質(zhì)并創(chuàng)造出新的生物類型，這與過去培育生物繁殖后代的傳統(tǒng)做法完全不同。 這種做法就像技術(shù)科學(xué)的工程設(shè)計(jì)，按照人類的需要把這種生物的這個(gè)“基因”與那種生物的那個(gè)“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造出新的生物。這種完全按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物科學(xué)技術(shù)，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”。
基本操作步驟
1.獲取目的基因是實(shí)施基因工程的第一步。如植物的抗?。共《?抗細(xì)菌）基因，種子的貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因干擾素基因等，都是目的基因。
要從浩瀚的“基因海洋”中獲得特定的目的基因，是十分不易的。科學(xué)家們經(jīng)過不懈地探索，想出了許多辦法，其中主要有兩條途徑：一條是從供體細(xì)胞的DNA中直接分離基因；另一條是人工合成基因。
直接分離基因最常用的方法是“鳥槍法”，又叫“散彈射擊法”。鳥槍法的具體做法是：用限制酶將供體細(xì)胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運(yùn)載體，然后通過運(yùn)載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞，讓供體細(xì)胞提供的DNA（即外源DNA）的所有片段分別在各個(gè)受體細(xì)胞中大量復(fù)制（在遺傳學(xué)中叫做擴(kuò)增），從中找出含有目的基因的細(xì)胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。如許多抗蟲抗病毒的基因都可以用上述方法獲得。
用鳥槍法獲得目的基因的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，缺點(diǎn)是工作量大，具有一定的盲目性。又由于真核細(xì)胞的基因含有不表達(dá)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兩條。一條途徑是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模版，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。另一條途徑是根據(jù)已知的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應(yīng)的信使RNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則，推測出它的基因的核苷酸序列，再通過化學(xué)方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。如人的血紅蛋白基因胰島素基因等就可以通過人工合成基因的方法獲得。
2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建（即目的基因與運(yùn)載體結(jié)合）是實(shí)施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。
將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的過程，實(shí)際上是不同來源的DNA重新組合的過程。如果以質(zhì)粒作為運(yùn)載體，首先要用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使質(zhì)粒出現(xiàn)一個(gè)缺口，露出黏性末端。然后用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。將切下的目的基因的片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，質(zhì)粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就會(huì)因堿基互補(bǔ)配對(duì)而結(jié)合，形成一個(gè)重組DNA分子。如人的胰島素基因就是通過這種方法與大腸桿菌中的質(zhì)粒DNA分子結(jié)合，形成重組DNA分子（也叫重組質(zhì)粒）的。
3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞是實(shí)施基因工程的第三步。目的基因的片段與運(yùn)載體在生物體外連接形成重組DNA分子后，下一步是將重組DNA分子引入受體細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增。
基因工程中常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌，枯草桿菌，土壤農(nóng)桿菌，酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。
用人工方法使體外重組的DNA分子轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。例如，如果運(yùn)載體是質(zhì)粒，受體細(xì)胞是細(xì)菌，一般是將細(xì)菌用氯化鈣處理，以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，就可以隨著受體細(xì)胞的繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌的繁殖速度非?？欤诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就能夠獲得大量的目的基因。
4.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才能知道。這是基因工程的第四步工作。
以上步驟完成后，在全部的受體細(xì)胞中，真正能夠攝入重組DNA分子的受體細(xì)胞是很少的。因此，必須通過一定的手段對(duì)受體細(xì)胞中是否導(dǎo)入了目的基因進(jìn)行檢測。檢測的方法有很多種，例如，大腸桿菌的某種質(zhì)粒具有青霉素抗性基因，當(dāng)這種質(zhì)粒與外源DNA組合在一起形成重組質(zhì)粒，并被轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞后，就可以根據(jù)受體細(xì)胞是否具有青霉素抗性來判斷受體細(xì)胞是否獲得了目的基因。重組DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達(dá)過程。
前景
科學(xué)界預(yù)言，21世紀(jì)是一個(gè)基因工程世紀(jì)?；蚬こ淌窃诜肿铀綄?duì)生物遺傳作人為干預(yù)，要認(rèn)識(shí)它，我們先從生物工程談起：生物工程又稱生物技術(shù)，是一門應(yīng)用現(xiàn)代生命科學(xué)原理和信息及化工等技術(shù)，利用活細(xì)胞或其產(chǎn)生的酶來對(duì)廉價(jià)原材料進(jìn)行不同程度的加工，提供大量有用產(chǎn)品的綜合性工程技術(shù)。
生物工程的基礎(chǔ)是現(xiàn)代生命科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和信息科學(xué)。生物工程的主要產(chǎn)品是為社會(huì)提供大量優(yōu)質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品，例如生化藥物、化工原料、能源、生物防治劑以及食品和飲料，還可以為人類提供治理環(huán)境、提取金屬、臨床診斷、基因治療和改良農(nóng)作物品種等社會(huì)服務(wù)。
生物工程主要有基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程等5個(gè)部分。其中基因工程就是人們對(duì)生物基因進(jìn)行改造，利用生物生產(chǎn)人們想要的特殊產(chǎn)品。隨著DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機(jī)制的秘密一點(diǎn)一點(diǎn)呈現(xiàn)在人們眼前，生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，設(shè)想在分子的水平上去干預(yù)生物的遺傳特性。
美國的吉爾伯特是堿基排列分析法的創(chuàng)始人，他率先支持人類基因組工程 如果將一種生物的DNA中的某個(gè)遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，不就可以按照人類的愿望，設(shè)計(jì)出新的遺傳物質(zhì)并創(chuàng)造出新的生物類型嗎？這與過去培育生物繁殖后代的傳統(tǒng)做法完全不同，它很像技術(shù)科學(xué)的工程設(shè)計(jì)，即按照人類的需要把這種生物的這個(gè)“基因”與那種生物的那個(gè)“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造出新的生物。這種完全按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物科學(xué)技術(shù)，就被稱為“基因工程”，或者稱之為“遺傳工程”?！ ?/p>
歷史
人類基因工程走過的主要?dú)v程怎樣呢？1866年，奧地利遺傳學(xué)家孟德爾神父發(fā)現(xiàn)生物的遺傳基因規(guī)律；1868年，瑞士生物學(xué)家弗里德里希發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)存有酸性和蛋白質(zhì)兩個(gè)部分。酸性部分就是后來的所謂的DNA；1882年，德國胚胎學(xué)家瓦爾特弗萊明在研究蠑螈細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)的包含有大量的分裂的線狀物體，也就是后來的染色體；1944年，美國科研人員證明DNA是大多數(shù)有機(jī)體的遺傳原料，而不是蛋白質(zhì)；1953年，美國生化學(xué)家華森和英國物理學(xué)家克里克宣布他們發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)果，奠下了基因工程的基礎(chǔ)；1980年，第一只經(jīng)過基因改造的老鼠誕生；1996年，第一只克隆羊誕生；1999年，美國科學(xué)家破解了人類第 22組基因排序列圖；未來的計(jì)劃是可以根據(jù)基因圖有針對(duì)性地對(duì)有關(guān)病癥下藥。
人類基因組研究是一項(xiàng)生命科學(xué)的基礎(chǔ)性研究。有科學(xué)家把基因組圖譜看成是指路圖，或化學(xué)中的元素周期表；也有科學(xué)家把基因組圖譜比作字典，但不論是從哪個(gè)角度去闡釋，破解人類自身基因密碼，以促進(jìn)人類健康、預(yù)防疾病、延長壽命，其應(yīng)用前景都是極其美好的。人類10萬個(gè)基因的信息以及相應(yīng)的染色體位置被破譯后，破譯人類和動(dòng)植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農(nóng)作物產(chǎn)量開拓了廣闊的前景。將成為醫(yī)學(xué)和生物制藥產(chǎn)業(yè)知識(shí)和技術(shù)創(chuàng)新的源泉。美國的貝克維茲正在觀察器皿中的菌落，他曾對(duì)人類基因組工程提出警告。
科學(xué)研究證明，一些困擾人類健康的主要疾病，例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關(guān)。依據(jù)已經(jīng)破譯的基因序列和功能，找出這些基因并針對(duì)相應(yīng)的病變區(qū)位進(jìn)行藥物篩選，甚至基于已有的基因知識(shí)來設(shè)計(jì)新藥，就能“有的放矢”地修補(bǔ)或替換這些病變的基因，從而根治頑癥?；蛩幬飳⒊蔀?1世紀(jì)醫(yī)藥中的耀眼明星?；蜓芯坎粌H能夠?yàn)楹Y選和研制新藥提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為利用基因進(jìn)行檢測、預(yù)防和治療疾病提供了可能。比如，有同樣生活習(xí)慣和生活環(huán)境的人，由于具有不同基因序列，對(duì)同一種病的易感性就大不一樣。明顯的例子有，同為吸煙人群，有人就易患肺癌，有人則不然。醫(yī)生會(huì)根據(jù)各人不同的基因序列給予因人而異的指導(dǎo)，使其養(yǎng)成科學(xué)合理的生活習(xí)慣，最大可能地預(yù)防疾病?！ ?/p>
人類基因工程
信息技術(shù)的發(fā)展改變了人類的生活方式，而基因工程的突破將幫助人類延年益壽。目前，一些國家人口的平均壽命已突破80歲，中國也突破了70歲。有科學(xué)家預(yù)言，隨著癌癥、心腦血管疾病等頑癥的有效攻克，在2020至2030年間，可能出現(xiàn)人口平均壽命突破100歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達(dá)到90至95歲。
人類將挑戰(zhàn)生命科學(xué)的極限。1953年2月的一天，英國科學(xué)家弗朗西斯.克里克宣布：我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了生命的秘密。他發(fā)現(xiàn)DNA是一種存在于細(xì)胞核中的雙螺旋分子，決定了生物的遺傳。有趣的是，這位科學(xué)家是在劍橋的一家酒吧宣布了這一重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的。破譯人類和動(dòng)植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農(nóng)作物產(chǎn)量開拓了廣闊的前景。1987年，美國科學(xué)家提出了“人類基因組計(jì)劃”，目標(biāo)是確定人類的全部遺傳信息，確定人的基因在23對(duì)染色體上的具體位置，查清每個(gè)基因核苷酸的順序，建立人類基因庫。1999年，人的第22對(duì)染色體的基因密碼被破譯，“人類基因組計(jì)劃”邁出了成功的一步。可以預(yù)見，在今后的四分世紀(jì)里，科學(xué)家們就可能揭示人類大約5000種基因遺傳病的致病基因，從而為癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病找到基因療法。
繼2000年6月26日科學(xué)家公布人類基因組"工作框架圖"之后，中、美、日、德、法、英等6國科學(xué)家和美國塞萊拉公司2001年2月12日聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。這次公布的人類基因組圖譜是在原"工作框架圖"的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整理、分類和排列后得到的，它更加準(zhǔn)確、清晰、完整。人類基因組蘊(yùn)涵有人類生、老、病、死的絕大多數(shù)遺傳信息，破譯它將為疾病的診斷、新藥物的研制和新療法的探索帶來一場革命。人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果的公布將對(duì)生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。隨著人類基因組研究工作的進(jìn)一步深入，生命科學(xué)和生物技術(shù)將隨著新的世紀(jì)進(jìn)入新的紀(jì)元?！?/p>
基因工程在20世紀(jì)取得了很大的進(jìn)展，這至少有兩個(gè)有力的證明。一是轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物，一是克隆技術(shù)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物由于植入了新的基因，使得動(dòng)植物具有了原先沒有的全新的性狀，這引起了一場農(nóng)業(yè)革命。如今，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，如抗蟲西紅柿、生長迅速的鯽魚等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的誕生。這只叫“多利”母綿羊是第一只通過無性繁殖產(chǎn)生的哺乳動(dòng)物，它完全秉承了給予它細(xì)胞核的那只母羊的遺傳基因?！翱寺 币粫r(shí)間成為人們注目的焦點(diǎn)。盡管有著倫理和社會(huì)方面的憂慮，但生物技術(shù)的巨大進(jìn)步使人類對(duì)未來的想象有了更廣闊的空間?！ ?/p>
基因工程大事記
1860至1870年 奧地利學(xué)者孟德爾根據(jù)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)提出遺傳因子概念，并總結(jié)出孟德爾遺傳定律。
1909年 丹麥植物學(xué)家和遺傳學(xué)家約翰遜首次提出“基因”這一名詞，用以表達(dá)孟德爾的遺傳因子概念。
1944年 3位美國科學(xué)家分離出細(xì)菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發(fā)現(xiàn)DNA是攜帶生命遺傳物質(zhì)的分子。
1953年 美國人沃森和英國人克里克通過實(shí)驗(yàn)提出了DNA分子的雙螺旋模型。
1969年 科學(xué)家成功分離出第一個(gè)基因。
1980年 科學(xué)家首次培育出世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因小鼠。
1983年 科學(xué)家首次培育出世界第一個(gè)轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因煙草。
1988年 K.Mullis發(fā)明了PCR技術(shù)。
1990年10月 被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的國際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。
1998年 一批科學(xué)家在美國羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國際人類基因組計(jì)劃展開競爭。
1998年12月 一種小線蟲完整基因組序列的測定工作宣告完成，這是科學(xué)家第一次繪出多細(xì)胞動(dòng)物的基因組圖譜。
1999年9月 中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測定人類基因組全部序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之后第6個(gè)國際人類基因組計(jì)劃參與國，也是參與這一計(jì)劃的惟一發(fā)展中國家。
1999年12月1日 國際人類基因組計(jì)劃聯(lián)合研究小組宣布，完整破譯出人體第22對(duì)染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測定。
2000年4月6日 美國塞萊拉公司宣布破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼，但遭到不少科學(xué)家的質(zhì)疑。
2000年4月底 中國科學(xué)家按照國際人類基因組計(jì)劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。
2000年5月8日 德、日等國科學(xué)家宣布，已基本完成了人體第21對(duì)染色體的測序工作。
2000年6月26日 科學(xué)家公布人類基因組工作草圖，標(biāo)志著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要一步。
2000年12月14日 美英等國科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類首次全部破譯出一種植物的基因序列。
2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6國科學(xué)家和美國塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。
科學(xué)家首次公布人類基因組草圖“基因信息”?！ ?/p>
咨詢服務(wù)熱線
18611169826
電話/TEL：北京/Beijing 18611169826
電話：成都 18081085634
微信：18081085634
郵箱：595492840@qq.com
網(wǎng)址：www.96096.com
Contact information:?? Wechat：18081085634? ?? Whatsapp：+8618611169826
地址：四川省成都市青羊區(qū)東馬道街北斗星花園
微信號(hào)