基因工程原理

基因工程已经成为生物科学不可或缺的一部分，也是一门充满无限遐想的科学。自从人类基因组被解开后，长生不老的古老传说再次流行起来。虽然目前的基因技术还不能让你真的长生不老，但是基因治疗等技术的出现让人们看到了基因工程的生命力。本文从环境保护和军事两个方面论述了基因工程的应用。

目前，世界上许多国家都把生物技术、信息技术和新材料技术作为最重要的三大技术，而生物技术又可分为传统生物技术、工业发酵技术和现代生物技术。

现在人们常说生物技术其实就是现代生物技术。现代生物技术包括五大工程技术:基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。其中，基因工程技术是现代生物技术的核心技术。基因工程的核心技术是DNA重组技术，即基因克隆技术。既然基因工程这么重要，那么什么是基因工程呢？

基因工程是指在体外将核酸分子插入到病毒、质粒或其他载体分子中，形成一种新的遗传物质组合，可以整合到过去没有这种分子的宿主细胞中，并能持续稳定地增殖。根据这一概念，人们可以从一种生物的基因中提取有用的基因片段，植入另一种生物体内，使该生物获得一些新的遗传性状。从而获得所需的新的生物变异。基因工程的应用可以加速生物的变异，使其朝着有利于人类的方向发展。而且基因工程是分子层面的操作，所以可以跨物种操作。它大大改进了传统的只有同种生物才能杂交，不能控制变异方向的方法。例如，传统的水稻栽培方法是将许多不同的水稻杂交。然后把种子全部培育成水稻，再选出优良品种。但是这种方法不仅工作量大，而且效果也不是很好。根据DNA重组原理，某些隐性性状只能以大约1/4的概率表现出来。这做了很多无用功。然而，通过使用基因工程，我们只需要从不同的水稻中提取需要表达的性状的核苷酸组合，并移植到另一种水稻中。可以表达。这样做，大大节省了工程周期，也提高了基因表达的准确性。此外，不同物种的生物一般无法交配。比如鱼和牛不能交配生下下一代。但是，有了基因工程，我们可以把鱼的一些基因移植到牛的受精卵上，或者把牛的基因移植到鱼的受精卵上，进行培育。有可能产生兼具牛和鱼特征的新物种。虽然基因工程有这么多好处，但并不意味着它可以被滥用。因为每一个生物都可以通过优胜劣汰的自然选择来适应自己的生存环境。如果移植外来基因，可能会打乱其体内细胞的平衡，导致细胞快速老化甚至死亡。显然，基因工程应该正确处理细胞的相容性。

那么，基因工程有哪些应用呢？

一:在生产领域，人们可以利用基因技术生产转基因食品。例如，科学家可以将控制猪体内肉类生长的基因植入鸡体内，使鸡获得快速增重的能力。但由于其高科技含量，害怕食用转基因食品中的外源基因会改变人的基因性状，比如吃转基因猪肉会变得活跃，喝转基因牛奶容易导致半乳糖恐惧症等等。华中农业大学张启发院士说:“转基因技术为作物改良提供了新的手段，但也带来了潜在的风险。基因技术本身可以进行精准的分析评估，从而有效规避风险。转基因技术的风险评估应参考传统技术。科学规范的管理可以为转基因技术的使用提供保障。生命科学基础知识的科普和公众教育非常重要。& ltBR >；& ltBR & gt

第二，军事应用。生物武器已经使用了很长时间。细菌和毒气使人变得苍白。然而，现在传说中的基因武器更加可怕。基因武器只对有某种基因的人(比如某个种族)有杀伤力，对其他种族的人没有影响。这种武器的使用无疑会让被基因武器攻击的种族面临灭绝。

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第三，在环保方面，我们也可以使用基因武器。我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物，研发特殊的基因药物，既能高效杀灭，又能节约成本。比如一个基因产品，如果能在高校杀死，每年就能省几十亿。

& ltP & gt科学是一把双刃剑。基因工程也不例外。我们应该充分发挥基因工程造福人类的作用，遏制其危害。

第四，医疗

随着人类对基因研究的深入，发现很多疾病都是由基因结构和功能的改变引起的。科学家不仅会发现缺陷基因，还会掌握如何诊断、修复、治疗和预防，这是生物技术发展的前沿。这一成果将给人类健康和生活带来不可估量的好处。& ltBR & gt所谓基因治疗，是指利用基因工程技术，将正常基因转入疾病患者的细胞内，替换患病基因，从而表达缺失的产物，或者通过关闭或减少异常表达的基因，达到治疗某些遗传性疾病的目的。目前已发现6500多种遗传病，其中约3000种由单基因缺陷引起。因此，遗传病是基因治疗的主要对象。& ltBR & gt1990在美国进行了第一次基因治疗。当时，两个4岁和9岁的女孩由于体内缺乏腺苷脱氨酶，患上了严重的联合免疫缺陷。科学家对它们进行了基因治疗，并取得了成功。这项开创性的工作标志着基因治疗从实验研究向临床实验的过渡。1991年，我国首例血友病B基因治疗临床试验也获得成功。& ltBR & gt

基因治疗的最新进展是基因枪技术即将用于基因治疗。该方法是通过改良的基因枪技术将特定的DNA导入小鼠的肌肉、肝脏、脾脏、肠道和皮肤中，并获得成功表达。这一成功预示着未来人们可能利用基因枪将药物输送到人体特定部位，而不是传统的疫苗接种，利用基因枪技术治疗遗传性疾病。& ltBR & gt

目前，科学家正在研究胎儿基因疗法。如果目前的实验疗效得到进一步证实，就有可能将胎儿基因治疗扩展到其他遗传病，从而阻止遗传病新生儿的出生，从根本上提高后代的健康水平。& lt/P & gt；

动词 （verb的缩写）基因工程药物的研究

& ltP & gt基因工程药物是重组DNA的表达产物。从广义上讲，任何在药物生产过程中涉及到基因工程的东西都可以成为基因工程药物。这一领域的研究具有非常诱人的前景。& ltBR & gt

基因工程药物的研发已经从胰岛素、人生长激素、促红细胞生成素等蛋白质药物的分子蛋白，转向寻找更小分子的蛋白质药物。这是因为蛋白质的分子一般比较大，不容易穿过细胞膜，从而影响其药理作用，而小分子药物在这方面优势明显。另一方面，治疗疾病的思路拓宽了，从单纯的药物治疗，发展到利用基因工程技术或基因本身作为治疗手段。& ltBR & gt

现在，还有一个问题需要大家注意，就是很多过去被攻克的传染病，因为细菌的耐药性而卷土重来。其中最值得注意的是肺结核。根据世界卫生组织，已经出现了全球性的结核病危机。原本即将被消灭的结核病又死灰复燃，出现了多种耐药结核病。据统计，每年有6543.8+0.722亿人感染结核病。BR & gt900万新增结核病患者中，约300万人死于结核病，相当于每10秒就有一人死于结核病。科学家还指出，未来数百人感染细菌性疾病将无药可治，同时病毒性疾病越来越多，防不胜防。然而与此同时，科学家们也在探索应对的方法。他们在人体、昆虫和植物种子中发现了一些小分子抗菌肽。它们的分子量不到4000，只有30多个氨基酸。它们具有强大的杀灭病原微生物的生命力，能杀灭细菌、病菌、真菌等病原微生物，有可能成为新一代“超级抗生素”。除了用它来开发新的抗生素，这种小分子肽还可以用于农业，培育抗病作物的新品种。& lt/P & gt；

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第六，加快培育农作物新品种

& ltP & gt科学家在利用基因工程技术改良作物方面取得了巨大进展，一场新的绿色革命即将到来。这场新的绿色革命的一个显著特征是生物技术、农业、食品和医药行业将融合在一起。& ltBR & gt

上世纪五六十年代，由于杂交品种的普及，化肥使用量的增加，灌溉面积的扩大，农作物产量翻了一番，也就是大家所说的“绿色革命”。然而，一些研究人员认为，这些方法很难进一步大幅提高作物产量。& ltBR & gt

基因技术的突破使科学家能够以传统育种专家无法想象的方式改良作物。比如基因技术可以让作物自己释放农药，可以在旱地或者盐碱地种植作物，或者生产出更有营养的食物。科学家们仍在开发可以生产疫苗的作物和可以预防疾病的食品。& ltBR & gt基因技术也大大缩短了开发新作物品种的时间。用传统的育种方法，培育一个新的植物品种需要七八年的时间。基因工程技术使研究人员能够将任何基因注入植物，培育出一种全新的农作物品种，时间缩短了一半。& ltBR & gt

虽然第一批基因工程作物品种五年前才进入市场，但今年美国种植的玉米、大豆和棉花中，有一半将使用基因工程培育的种子。预计未来5年，美国转基因农产品和食品的市场规模将从今年的40亿美元扩大到200亿美元，20年后达到750亿美元。一些专家预测，“到下世纪初，很可能美国的每一种食物都会含有一点基因工程。”& ltBR & gt

尽管很多人，尤其是欧洲国家的消费者对转基因农产品心存疑虑，但专家指出，通过基因工程改良农作物势在必行。这主要是因为全球人口的压力越来越大。专家估计，未来40年，全球人口将比现在增加一半，因此粮食产量需要增加75%。此外，人口老龄化给医疗系统带来越来越大的压力，因此有必要开发能够增强人体健康的食品。& ltBR & gt

加速培育新的作物品种也是第三世界发展中国家发展生物技术的共同目标。我国农业生物技术的研究和应用已经广泛开展，并取得了显著的效益。& lt/P & gt；

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七、分子进化工程的研究

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分子进化工程是继蛋白质工程之后的第三代基因工程。它通过对试管中以核酸为主的多分子系统施加选择压力，模拟自然界中生物的进化，从而达到创造新基因、新蛋白质的目的。& ltBR & gt

这需要三个步骤，即扩增、突变和选择。扩增是为了获得提取的遗传信息DNA片段的大量拷贝；突变是在基因层面施加压力，使DNA片段上的碱基发生突变，为选择和进化提供原材料；选择是在表型水平上通过适者生存和淘汰不适合者来固定变异。这三个过程紧密相连，缺一不可。& ltBR & gt

现在，科学家利用这种方法，在试管中通过定向进化获得了能够抑制凝血酶活性的DNA分子。这种DNA具有抗凝血作用，有可能替代溶解血栓的蛋白质药物治疗心肌梗死、脑血栓等疾病。& ltBR & gt

中国基因研究的成就

& ltP & gt旨在破译人类基因组全部遗传信息的科学研究，是目前国际生物医学界攻克的前沿课题之一。据介绍，这项研究中最受关注的是克隆、分离和鉴定人类疾病相关基因和具有重要生物学功能的基因，从而获得相关疾病基因治疗的可能性和生物制品的生产权。& ltBR & gt

人类基因组计划是国家“863”高技术计划的重要组成部分。在医学上，人类基因与人类疾病有关。一旦明确了基因与疾病的具体关系，人们就可以针对疾病制造基因药物，这将对人类的健康长寿产生巨大的影响。据介绍，人类基因样本总数约65438+万，已发现并测序的约8000个。& ltBR & gt

近年来，中国非常重视人类基因组研究。在国家自然科学基金、“863计划”和地方政府的支持下，在北京和上海建立了科研条件先进的国家基因研究中心。同时，科技人员紧跟世界新技术发展，在基因工程研究关键技术和成果产业化方面取得突破性进展。中国的人类基因组研究已经走在世界前列，一些基因工程药物已经开始进入应用阶段。& ltBR & gt目前，我国在蛋白质基因突变研究、血液病基因治疗、食管癌研究、分子进化理论、白血病相关基因的结构研究等基础研究方面，部分成果达到国际领先水平，部分形成了自己的技术体系。乙肝疫苗、重组干扰素α、重组人促红细胞生成素、转基因动物药物生产商等十几个基因工程药物都已进入产业化阶段。& lt/P & gt；

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基因技术:困境与双重特征

同时，在环境和生态保护问题上，欧洲一直采取比美国更敏感甚至激进的态度，这也是转基因食品在欧美处境不同的另一个原因。一方面，欧洲国家的媒体环保意识越来越强，经常对可能危及环境和生态的问题穷追不舍甚至夸大其词，这在很大程度上影响了公众对转基因等问题的态度。另一方面，作为代表的“绿党”近年来在欧洲政坛崛起，在政府和议会中的权力不断扩大，对决策过程的影响力越来越大。& ltBR & gt

然而，欧洲人对转基因技术采取如此排斥的态度，似乎有一个隐藏但重要的深层次原因。其实欧美在转基因问题上是有价值观差异的，也是经济利益之争。与一般商品不同，转基因技术具有独特的垄断性。在技术上，美国“生命科学”公司一般通过生物工程使其产品具有自我保护功能。最突出的是“终结者基因”，它能让种子自毁，不能像传统农作物种子那样重新播种。另一种技术是，种子必须经过某种只有种子公司掌握的“化学催化”，才能发育成长。法律上，转基因作物种子一般通过专门的租赁制度提供，消费者不得自行保管和补种。美国是耗资巨大的基因工程研究的最大投资者，从事转基因技术开发的美国公司熟悉利用知识产权和专利保护法寻求巨额回报。目前，美国被认为已经控制了相当大的转基因产品市场份额，进而可以操纵市场价格。所以抵制转基因技术，其实就是抵制美国在这个领域的垄断。& ltBR & gt

生物技术在许多领域发挥着越来越重要的作用:转基因产品在农业领域无处不在，转基因作物开始在美国农业中占据重要地位；生物技术在医学领域取得了显著的进步。一些基因工程药物已经取代了常规药物，医学界在几个方面受益于基因研究。克隆技术的进步为拯救濒危物种和探索许多人类疾病的治疗方法提供了前所未有的机会。目前，研究人员正准备将生物技术推向更具挑战性的领域。但最近，越来越多的人开始关注警惕遗传学家行为的声音。& ltBR & gt

今天，人们可以在所谓的DNA切片的帮助下同时研究数百种基因矩阵。基因的研究已经达到了如此高的发展水平。几年后，随着人类遗传物质分析的结束，人们开始集中一切手段系统地研究人类遗传物质其他部分的优缺点。然而，生物学的发展也有其消极的一面:它很容易为种族主义提供新的遗传基础。对新遗传学持批评态度的人总是喜欢描绘一幅可怕的画面:没完没了的试验、操纵和克隆、无情的士兵、拥有完美基因的工厂工人...遗传密码使基因研究人员能够深入人们的内心，并为他们提供操纵生活的工具。但是，他们能否让遗传学向好的方向发展，完全无法预料。