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基因工程

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1 拼音

jī yīn gōng chéng

2 概述

基因工程也稱為遺傳工程、基因拼接技術或DNA重組技術。這種技術是在生物體外,通過對DNA分子進行人工“剪接”和“拼接”,對生物的基因進行改造和重新組合然后導入受體細胞內進行無性繁殖,使重組基因在受體細胞內表達,產生出人類所需要的基因產物。基因工程是生物技術的主體技術。基因工程是指按照人類的愿望,將不同生物的遺傳物質在體外人工剪切并和載體重組后轉入細胞內進行擴增,并表達產生所需蛋白質的技術。基因工程能夠打破種屬的界限,在基因水平上改變生物遺傳性,并通過工程化為人類提供有用產品及服務。

3 基因工程的誕生與發展

基因工程是人工進行基因切割、重組、轉移和表達的技術。基因工程誕生于70年代。自1977年成功地用大腸桿菌生產生長激素釋放抑制因子以來,人胰島素人生長激素胸腺素干擾素尿激酶肝火病毒疫菌、口蹄疫疫菌、腹瀉疫菌和腫瘤壞死因子等數十種基因工程產品相繼問世;1982年開始進入商品市場,在醫療保健和家畜疾病防治中獲得廣泛應用,并已取得或正在取得巨大的效果和收益。基因工程的基本步驟為:取得所需要的DNA特定片段(目的基因);選擇基因的合適運載體(另一種DNA分子);使目的基因和運載體結合,得到重組DNA;將重組DNA引入細菌或動植物細胞并使其增殖;創造條件,使目的基因在細胞中指導合成所需要的蛋白質或其他產物,或育成動植物優良新種(或新品種)。

運用基因工程技術已育成高賴氨酸、高蘇氨酸、高維生素K的生產菌株,并成功地將淀粉酶基因經持導入了酵母,使之直接利用淀粉生產酒精,從而將發酵工業推到一新的高度。農業上采用基因工程技術已培育成抗蟲害煙草、抗除莠劑煙草和抗斑紋病煙草、高蛋白稻米、瘦肉型豬、優質產毛羊等動植物新品種。我國近年來基因工程也取得了重大成果,如乙型肝炎病毒疫苗甲型肝炎病毒疫苗、幼畜腹瀉疫苗、青霉素酰化酶基因工程菌株等,有的已推廣使用、有的正在試產;胰島素、干擾素和生長激素等基因工程產品正進行高效表達試驗;抗煙草斑紋病毒、抗除莠劑,抗蟲害的植物基因工程研究工作已獲階段性成果;高等植物基因導入的新方法,固氮及相關DNA結構和調控等研究達到了世界先進水平。

4 基因工程的基本步驟

基因工程一般包括四個步驟:一是取得符合人們要求的DNA片段,這種DNA片段被稱為“目的基因”;二是將目的基因與質粒或病毒DNA連接成重組 DNA;三是把重組DNA引入某種細胞;四是把目的基因能表達的受體細胞挑選出來。

基因工程的基本步驟是:

第一步:獲得符合人類意愿的基因,即獲得目的基因。目的基因是依據基因工程設計中所需要的某些DNA分子片段,含有所需要的完整的遺傳信息。獲得目的基因的方法很多,目前采用的分離、合成目的基因的方法主要有:

超速離心法:根據不同基因的組成不同,即其內的堿基對的比例不同,其浮力、密度等理化性質也不同的原理,應用密度梯度超速離心機,直接將特殊的目的基因分離出來。

分子雜交法:采用加堿或加熱的方法使DNA變成單鏈,而后加入有放射性標記的RNA,讓DNA在特定的條件下,結合成DNA和RNA的雜交分子,再用多聚酶制備出足夠數量的雙鏈DNA分子,進而獲得DNA目的基因。

反轉錄酶法:先分離出特定的mRNA,再用反轉錄酶做催化劑,以RNA為模板合成所需要的DNA目的基因。

合成法:如果已知目的基因的堿基排列順序,可用酶法或化學法,直接合成目的基因。目前此法已很少采用。

第二步:把目的基因接到某種運載體上,常用的運載體有能夠和細菌共生的質粒、溫和噬菌體(病毒)等。

DNA重組技術:重組DNA就是讓DNA片段和載體連接。外源DNA是很難直接透過細胞膜進入受體細胞的。即使進入受體細胞之中,也會受到細胞內限制性內切酶的作用分解。目的基因結合到經過改造的細菌中的質粒(細菌細胞中的小環狀DNA分子)或溫和噬菌體(病毒)上后形成的組合體稱為重組體DNA。在這一技術中,限制性內切酶是一種常用的工具酶,它能“切開”質粒的環形DNA,也能切取目的基因,然后把目的基因DNA片段與質粒DNA分子的兩端,在連接酶的作用互補連接形成重組體DNA。

第三步:通過運載體把目的基因帶入某生物體內,并使它得到表達。目的基因的表達是指目的基因進入受體細胞后能準確地轉錄翻譯。目的基因能否表達是基因工程是否成功的關鍵。

目前,人類已經利用外源基因,如人的生長激素基因、人胸腺激素基因、人干擾素基因、牛生長激素基因等,導入細菌中,生產出相應的產品,在臨床上得到了廣泛的應用,取得了可觀的經濟效益和社會效益。

DNA 分子很小,其直徑只有20埃,約相當于五百萬分之一厘米,在它們身上進行“手術”是非常困難的,因此基因工程實際上是一種“超級顯微工程”,對 DNA的切割、縫合與轉運,必須有特殊的工具。

要把目的基因從供體 DNA長鏈中準確地剪切下來,可不是一件容易的事。1968年,沃納·阿爾伯博士、丹尼爾·內森斯博士和漢密爾·史密斯博士第一次從大腸桿菌中提取出了限制性內切酶,它能夠在DNA上尋找特定的“切點”,認準后將DNA分子的雙鏈交錯地切斷。人們把這種限制性內切酶稱為“分子剪刀”。這種“分子剪刀”可以完整地切下個別基因。自70年代以來,人們已經分離提取了 400多種“分子剪刀”。有了形形色色的“分子剪刀”,人們就可以隨心所欲地進行DNA分子長鏈的切割了。

DNA的分子鏈被切開后,還得縫接起來以完成基因的拼接。1976年,科學們在5個實驗室里幾乎同時發現并提取出一種酶,這種酶可以將兩個DNA片段連接起來,修復好DNA鏈的斷裂口。1974年以后,科學界正式肯定了這一發現,并把這種酶叫作DNA連接酶。從此,DNA連接酶就成了名符其實的“縫合”基因的“分子針線”。只要在用同一種“分子剪刀”剪切的兩種 DNA碎片中加上“分子針線”,就會把兩種DNA片段重新連接起來。

把“拼接”好的 DNA分子運送到受體細胞中去,必須尋找一種分子小、能自由進出細胞,而且在裝載了外來的 DNA片段后仍能照樣復制的運載體。理想的運載體是質粒,因為質粒能自由進出細菌細胞,應當用“分子剪刀”把它切開,再給它安裝上一段外來的 DNA片段后,它依然如故地能自我復制。有了限制性內切酶、連接酶及運載體,進行基因工程就可以如愿以償了。

運載體將目的基因運到受體細胞是基因工程的最后一步,目的基因的導入過程是肉眼看不到的。因此,要知道導入是否成功,事先應找到特定的標志。例如我們用一種經過改造的抗四環素質粒PSC100作載體,將一種基因移入自身無抗性的大腸桿菌時,如果基因移入后大腸桿菌不能被四環素殺死,就說明轉入獲得成功了。

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開放分類:生物學
詞條基因工程banlang创建
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  • 評論總管
    2019/7/21 5:55:14 | #0
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