第一篇：基因工程技術在制藥領域的應用和發展

基因工程技術在制藥領域的應用和發展

吳蘇亞

（南京中醫藥大學，08藥學一班，042008118）

摘要：基因工程技術又稱基因拼接技術和DNA重組技術,是以分子遺傳學為理論基礎,以分子生物學和微生物學的現代方法為手段將不同來源的基因按預先設計的藍圖,在體外構建雜種DNA分子,然后導入活細胞,以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。經過30多年來的進步與發展,已成為生物技術的核心內容。本文簡述了近年來基因工程技術在制藥技術的應用和發展。其中主要從基因工程制藥和基因工程藥物的治療進展兩方面來呈現基因工程技術在制藥領域的杰出貢獻以及在整個生物領域的強大生命力和廣闊的應用前景。關鍵詞：基因工程技術，基因工程制藥，基因工程藥物

Genetic engineering applications in the pharmaceutical sector

and development

Wu Suya Abstract: The genetic engineering technique known as gene splicing and recombinant DNA technology, is based on the theoretical basis of molecular genetics, molecular biology and microbiology, as a means of modern methods of genes from different sources according to pre-designed blueprint, in the in vitro Hybrid DNA molecules into living cells and then to change the genetic characteristics of the original bio, access to new varieties, production of new products.After 30 years of progress and development, has become the core of biotechnology.This paper describes the genetic engineering technology in recent years in the pharmaceutical technology and development.Mainly from the pharmaceutical and genetic engineering, genetic engineering of drugs both to render the treatment of advanced genetic engineering technology in the pharmaceutical field, and outstanding contribution to the field in the biological application of strong vitality and broad prospects.Key words: genetic engineering, genetic engineering, pharmaceuticals, genetic engineering drugs 所謂基因工程是指將所得的目的基因節基因、載體相結合，然后將它引進受體細胞，使之進行復制并產生相應基因產物的技術。實質上，基因工程是一種對不同種類生物的DNA進行切割和連接，使之形成雜種DNA的技術。今年來基因工程技術在制藥領域發揮著重大作用。

1、基因工程制藥

基因工程制藥是指按照人們的意圖,將外源基因整合入宿主基因組中,表達具有生物學活性的蛋白藥物。1.1大分子的分離

基因大分子的分離主要指質粒(plasmid DNA)和基因組DNA的分離。質粒分離的常用方法有堿變性抽提法、煮沸法、去污劑裂解法、質粒DNA釋放法、酸酚法等。質粒在基因工程中最常用來做成各種克隆載體(cloning vector)或表達載體(expressionvector)。質粒載體還可用于RNA干擾(RNA inter-ference)的研究。基因組DNA的分離通常采用酚-氯仿法、基因文庫(gene library)、Southern雜交以及PCR擴增技術等。最近又有研究者利用名為chum-RNA的小分子RNA建立非PCR擴增的單細胞cDNA文庫。1.2聚合酶鏈式反應

聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction,PCR)是一種在體外模擬天然DNA復制過程的核酸擴增技術。PCR技術可分為定性PCR和定量PCR。定性PCR技術包括:反轉錄PCR(reverse transcription PCR, RT-PCR)、多重PCR(multiplex PCR)、反向PCR(inverse PCR)、錨定PCR(an-chored PCR)。定量PCR技術以實時PCR(real time PCR)為代表,其基本原理是在PCR反應體系中引入熒光標記分子,對每一反應時刻的熒光信號積累進行實時監測,計算出PCR產物量,或通過標準曲線法得出初始模板量。1.3基因芯片

基因芯片技術是建立在基因探針和雜交測序技術上的一種高效快速的核酸序列分析手段。基因芯片是伴隨著人類基因組計劃的實施而發展起來的前沿生物技術,又稱DNA微陣列。它的突出特點是高通量、高集成、微型化和自動化。根據用途不同可分為表達譜芯片(expression profile chip)、測序芯片和診斷芯片。其中表達譜芯片的應用最為廣泛,可用于基因功能分析、疾病發生機制的探討及藥物研究和篩選。1.4外源基因的表達

導入宿主細胞的外源基因,通過基因表達得到相應的蛋白質產物。根據宿主細胞的不同可分為原核細胞表達系統和真核細胞表達系統。在外源基因表達時,通常把一個報告蛋白的基因與一個目的蛋白的基因融合在一起,形成融合蛋白,用于目的蛋白的檢測與純化。常用的報告蛋白有β-半乳糖苷酶(β-gal-actosidase)、谷胱甘肽S-轉移酶(glutathione s-transfer-ase,GST)、綠色熒光蛋白(green fluorescence protein,GFP)以及硫氧還蛋白(thioredoxin, Trx)等。

2、基因工程藥物

基因工程藥物就是先確定對某種疾病有預防和治療作用的蛋白質,然后將控制該蛋白質合成過程的基因取出來,經過一系列基因操作,最后將該基因放入可以大量生產的受體細胞中去,這些受體細胞包括細菌、酵母菌、動物或動物細胞、植物或植物細胞,在受體細胞不斷繁殖過程中,大規模生產具有預防和治療這些疾病的蛋白質,即基因疫苗或藥物。

基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要作用。在很多領域特別是疑難病癥上,基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作用。2.1類風濕性關節炎

腫瘤壞死因子(TNF)a在類風濕性關節炎(RA)病理性炎癥反應中起核心作用，不僅參與了滑膜炎癥反應，而且還誘發關節結構的破壞，故有效地阻斷TNFa對RA的治療有著重要的臨床意義。目前通過給予可溶性受體以及通過TNFa抗體治療等方法可顯著降低TNFa活性，1998年上市的etanercept(Enbrel)是首個重組人TNF可溶性受體(p75)與人IgGI分子Fc部分結合的融合蛋白，而2000年批準的infliximab是首個治療RA的TNFa抗體，可用于緩解甲氨蝶吟治療無效的RA病人。2.2心血管疾病

接受經皮經腔冠脈成形術的病人雖然于術前、術中及術后給予阿司匹林或肝素等藥物，但急性冠脈綜合征發生率仍較高，而血小板糖蛋白(oP)nb/Illa受體拮抗劑能有效治療該綜合征，并改善不穩定型心絞痛和急性心肌梗死(MI)病人的長期預后，除輕微誘發出血外，未見其它嚴重不良反應。2.3病毒性疾病

干擾素(IFN)臨床廣一泛用于抗病毒感染治療，90年代以來FoA先后批準了xFNaZb(IntronA)、IFNaZa(RoferonA)和IFNal(Infergen)用于丙型肝炎治療。目前通過在IFN結構中加入聚乙二醇(PEG)鏈后產生PEG化IFN，使療效提高。其由IFNa和附著的PEG組成，PEG呈長毛狀圍繞IFN，使其避開人體代謝系統而使藥物代謝延遲，不僅能提高半衰期，達到1周給藥1次的目的，而且減少血藥濃度的峰谷變化頻率，從而降低不良反應。如阿昔單抗起先用于預防血栓，作為血管成形術的輔助治療，目前其適應證擴展至心臟病發作、不穩定型心絞痛及中風的治療。2.4糖尿病

與健康人餐后即刻出現的血漿胰島素峰值不同，短效胰島素注射45~120分鐘后會出現血藥峰值，存在時滯現象，故糖尿病患者必須餐前30~45分鐘及時注射胰島素，但每天多次注射產生的不適感使病人順應性降低。因此，制備垂組胰島素類似物并子找方便的給藥系統成為日前研究熱點。如 2000年批準的速效胰島素較普通胰島素制劑具有吸收快、起效快、作用時間短、可餐前立即注射等特點，尤其適合需進行嚴密血糖控制的病人。2.5器官免疫排斥反應

目前有daclizumab(Zenapax)和basiliximab(Simulect)等IL一2細胞表面受體的單抗用于預防器官移植免疫排斥反應。1998年首次在美國上市的Zenapax能消除被激活的T細胞，可預防腎移植后免疫排斥反應，且不抑制其他免疫反應。與其它抗免疫排斥藥物合用有協同作用而不會增加不良反應。1998年上市的basiliximab(Simuleet)能抑制IL一2誘導的T細胞增殖，可使急性排斥反應發生率減少三分之一。從來源上，Zenapax更近似于天然人抗體，因為ZenaPax是人源化單抗，而Simulect為人鼠嵌合單抗；從療效上兩者相當，Simuleet相對給藥方便，因為Simuleet的tl/2較Zenapax長。

3、結語 健康是人類永遠關注的話題，新世紀人類賴以防病治病的最好藥物無疑是基因藥物。人類基因組計劃的成功,使得基因工程成為非常熱門的話題。基因工程技術被引入藥學領域并應用于各種研究,從上面的分析可以發現基因工程技術在藥學領域的應用取得了巨大的成績。相信隨著科技的發展,制藥技術的不斷完善,基因工程在藥學領域會發揮越來越大的作用。

然而任何科學技術都是一把“雙刃劍”,在給人類帶來利益的同時,也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物,它不僅能根治遺傳性疾病、心腦血管疾病等,甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造。所以，我們要在抓住機遇,大力發展基因工程技術的同時,需要嚴格管理,充分重視轉基因生物的安全性，讓基因工程技術為人類做出更大的貢獻。參考文獻：

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第二篇：生物技術在制藥領域應用現狀及發展

生物技術在制藥領域應用現狀及發展

摘要：生物技術制藥是以基因工程為基礎的現代生物工程，即利用基因工程技術、細胞工程技術、微生物工程技術、酶工程技術、蛋白質工程技術、分子生物學技術等來研究和開發生產出傳統制藥技術難以獲得的生物藥品。生物制藥業是目前生物技術發展最活躍，進展最快的產業之一，21世紀是生物制藥行業飛速發展的時代。

關鍵字：生物技術制藥；研究進展；現代生物技術；新技術 1 生物技術制藥現狀

現代生物技術是以基因為源頭，基因工程和基因組工程為主導技術，與其他高技術相互交叉、滲透的高新技術。生物技術制藥可以分為二類：一類是生化藥物，主要是運用生物化學方法從生物體中分離．純化得到的一些生物活性物質，如維生素、酶、核酸、激素等；另一類是生物醫藥，主要是以微生物、生物組織、人或動物的血液等原料采用物理方法和生物化學工藝制得的生物活性制劑、血液制品、抗血清、抗毒素等。1.1 非基因工程生化物

此類藥物有腦蛋白水解物注射液、玻璃酸鈉、分子肝素鈣、分子肝素鈉、促肝細胞生長素、蚓激酶、甘糖酯等共97種。1.2 先導化合物

以天然產物為先導化合物，通過組合化學技術合成大量結構相關的物質，建立有序變化的化合物庫，供藥物篩選和藥效關系研究用。1.3 生化制藥中先進分離分析技術的運用

多種層析（如親和層析、高效液相層析）、超速離心等技術的運用，可成功地制得高純度的生化藥物。如尿激酶、胰島素、重組人胰島素、激肽釋放酶、輔酶A、肝素鈉等都是通過這種技術使藥效得到較大的提高。1.4 應用生物技術、化學合成、結構后修飾研究開發新藥

應用上述技術系統綜合研制開發的新藥，主要有以下各類藥物：1）多糖類，如玻璃酸鈉、香菇多糖、低分子肝素等；2）酶及酶抑制劑類，如門冬酚胺酶、葡激酶、人胰蛋白酶抑制劑、膠原酶、降纖酶等；3）多肽類，如人降鈣素、鮭魚降鈣素等；4）細胞因子類，如白介素-

6、腫瘤壞死因子、神經生長因子、血小板生成素等；5）結構后修飾類，如修飾門冬酚胺酶、修飾超氧化物歧化酶等。1.5 應用生物技術改造傳統制藥工藝

微生物發酵是制藥工業生產微生物藥品的重要手段。微生物轉化是利用微生物產生的特異酶完成特定的生化反應，使有機物轉變成工業產品。由于生物藥品具有療效好、副作用小、且可大規模生產、利潤極高、無環境污染等優點，受到各國政府重視，行業前景十分廣闊。

1.6目前生物制藥主要集中方向：

1.6.1腫瘤 在全世界腫瘤死亡率居首位，腫瘤是多機制的復雜疾病，目前仍用早期診斷、放療、化療等綜合手段治療。如應用基因工程抗體抑制腫瘤，應用導向IL-2受體的融合毒素治療CTCL腫瘤，應用基因治療法治療腫瘤(如應用γ-干擾素基因治療骨髓瘤)。

1.6.2神經退化性疾病

老年癡呆癥、帕金森氏病、腦中風及脊椎外傷的生物技術藥物治療，胰島素生長因子rhIGF-1已進入Ⅲ期臨床。神經生長因子(NGF)和BDNF(腦源神經營養因子)用于治療末稍神經炎，肌萎縮硬化癥，均已進入Ⅲ期臨床。

1.6.3 自身免疫性疾病

許多炎癥由自身免疫缺陷引起，如哮喘、風濕性關節炎、多發性硬化癥、紅斑狼瘡等。一些制藥公司正在積極攻克這類疾病。如 Genentech公司研究一種人源化單克隆抗體免疫球蛋白E用于治療哮喘，已進入Ⅱ期臨床。

1.6.4 冠心病

美國有100萬人死于冠心病，今后10年，防治冠心病的藥物將是制藥工業的重要增長點。Centocor′s Reopro公司應用單克隆抗體治療冠心病的心絞痛和恢復心臟功能取得成功，這標志著一種新型冠心病治療藥物的延生。

2生物制藥研究新進展

2.1 計算機輔助藥物設計技術發展

計算機輔助藥物設計利用了計算機快速、全方位的邏輯推理功能、圖形顯示控制功能，并將量子化學、分子力學、藥物化學、生物化學和信息科學結合起來，研究受體生物分子與藥物結合部位的結構與性質、藥物與受體復合物的構型和立體化學特征、藥物與受體結合的模式和選擇性、特異性、、藥物分子的活性基團和藥效構象關系等，從藥物機理出發，改進現有生物活性物質的結構，快速發現并優化先導化合物，使其盡早進入臨床前研究，減少傳統的新藥研究的盲目性，縮短。

2.2 組合化學與高通量篩選技術發展

組合化學是近20年發展起來的一種合成大量化合物的新方法，它是建立在高效平行的合成之上，在同一個反應器內使用相同條件同時制備出多種化合物，建立各類化合物庫的策略。組合化學通常采用操作、分離簡便的固相化學合成。液相化學合成技術也在快速發展和完善中。2.3 藥物手性合成技術發展

手性是自然界的本質屬性。在生物體手性環境，如酶、受體、離子通道、蛋白質、載體中，分子之間手性匹配是分子識別的基礎，受體與配體的專一作用，酶與底物的高度、區域、位點和立體催化專一性，抗原與抗體的免疫識別都與手性有關，同時藥物的生物應答常受到手性影響，包括藥物在體內的吸收、轉運、分配、位點活性的作用以及代謝和消除。2.4 藥物生物技術發展

生物技術藥物是指利用DNA重組技術或單克隆抗體技術或其它生物技術研制的蛋白質、抗體或核酸類藥物，它是目前生物技術研究最為活躍的領域，給生命科學的研究和生物制藥工業帶來了革命性變化。未來生物技術的展望

研究和發展方向：我國生物制藥產業的研發方向要結合傳統醫藥的優勢，發展重點應針對神經系統、腫瘤、心血管系統、艾滋病及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白質和核酸。乙肝基因疫苗與單克隆抗體的研究開發、血液替代品的研究與開發、生物技術在醫藥領域的應用，如基因治療、生物人基因芯片、干細胞等。目前，我國已經制定了明確的生物制藥產業發展規劃和產業技術政策，政府從上到下對生物技術研究開發的支持和政策扶持；國內各大企業（包括民營企業）對生物技術的關注和資金投入；我國金融界積極參與生物技術產業的發展，尤其是許多有實力的公司都參與了生物技術的開發；而我國生物技術產業領域目前已經匯集了一批自己培養和從國外歸來的具有高學歷、高素質的科學家和企業家，這四方面的因素對于我國生物技術產業的快速發展起到了很重要的作用。由于生物醫藥產業投資回報周期為5 年至8 年，而我國進人生物工程領域的時間尚短，回報的周期尚未到來。預計到二十一世紀的前幾年將是我國生物制藥產業的收獲季節。參考文獻: [1] 沈鐵軍.提高中草藥市場競爭幾點思考[J].時珍國醫國藥, 1999, 10(11):9-10.[2] 劉詒.治療抑郁及相關病癥的植物提取物制劑[J].國外醫藥:植物藥分冊, 2007, 22(5):223-225.[3] 姜倩倩, 劉京貞, 蘇瑞強.單克隆抗體藥物進展[J].藥物生物技術, 2005, 12(4):270-274.[4] 胡顯文, 陳惠鵬, 湯仲明, 等.生物制藥的現狀和未來[J].中國生物工程雜志, 2005, 25(1):86-89.[5] 徐明波, 何瑋, 馬清鈞.生物技術藥品產業化的現狀及前景[M].北京:化學工業出版社, 2003:35-43.[6[ 王立新.徐薇.關東慶C3d-P28增強乙肝病毒基因免疫誘導的特異性細胞免疫應答[期刊論文]-細胞與分子免疫學雜志 2003(03)[7] 米力.陳志南動物細胞大規模培養生產蛋白的工藝選擇[期刊論文]-中國生物工程雜志 2003(07)[8] 張學文.章懷云干擾素γ誘導細胞抗病毒的分子機制[期刊論文]-湖南農業大學學報(自然科學版)2001

第三篇：基因工程技術應用綜述

綜述

----基因工程技術應用

摘要:從 20 世紀 70 年代初發展起來的基因工程技術，經過 30 多年來的進步與發展，已成為生物技術的核心內容。許多科學家預言，生物學將成為21世紀最重要的學科，基因

工程及相關領域的產業將成為21世紀的主導產業之一。因工程研究和應用范圍涉及農業、工業、醫藥、能源、環保等許多領域。

關鍵詞:基因工程技術；現狀；發展；應用；存在問題

基因工程應用于植物方面從20世紀80年代每個科學家獲得第一株轉基因植物到現在的十

幾年時間內，農業生物技術的發展日新月異，大量的轉基因植物進入了大田試驗，有不少轉

基因作物被批準進入商品化生產。農業生物技術的研究主要集中在美國、加拿大和歐洲的一

些發達國家以及南美和亞洲的一些國家。從1987年到1999年1月，美國共批準 4779 項基

因工程作物進入大田試驗。從基因工程作物大田試驗的種類來看，試驗次數最多的是抗除草

劑的基因作物，其次是抗病蟲害的農作物；從作物品種來看，已經進入大規模測試的農作物

有玉米、土豆、番茄、大豆、棉花、瓜類，水稻、小麥等已進入中型規模的大田 試驗。至 1999

年，轉基因玉米、番茄、土豆、棉花、大豆等均已批準進入市場。據統計，全球消費的農

產品中，大豆的 60%、棉花的 40%、玉米的 30%都是經 過基因工程改造過農業領域是目前

轉基因技術應用最為廣泛的領域之一。農作物生物技術的目的是提高作物產量，改善品質，增強作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領域已取得了令人矚目的成就。由于植

物病毒分子生物學的發展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發現煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋 白基因導入煙草中，在轉基因植株上明顯延遲發病時間或減輕病害的癥狀，通過

導入植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進行了試 驗。在利用

基因工程手段增強植物對細菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進展。植物對逆境的抗性

一直是植物生物學家關心的問題。由于植物生理學家、遺 傳學家和分子生物學家協同作戰，耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新品 種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對其生

長發育尤為重要。科學家發現極地的 魚體內有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增長，從而免

受低溫的凍害并正常地生活 在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來，導入植物體可獲 得轉基因植物。隨著生活水平的提高，人們越來越關注口味、口感、營養

成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質，而 且

越來越多的基因工程植物進入了商品化生產領域，近幾年利用基因工程改良作 物品質也取

得了不少進展, 如美國國際植物研究所的科學家們從大豆中獲取蛋白 質合成基因，成功地

導入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質含量接近大豆，大大提高了營養價值，得到了農場主及消費者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

基因工程應用于醫藥方面目前基因工程應用于醫藥方面。以基因工程藥物為主導的基因工

程應基因工程應用于醫藥方面用產業已成為全球發展最快的產業之一,發展前景非常廣闊。

基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要

作用。在很多領域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作

用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術研制成的多功能細胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發性硬化癥和類風濕關節炎等多種疾病。目前，應用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進入臨床驗證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因導彈”也將在不久完成研制，它可有目的地尋找并殺死腫瘤，將使癌癥的治愈成為可能.由中國、美國、德國三國科學家及中外六家研究機構參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細胞內肝炎病毒，修復、促進肝細胞再生的全過程。經 4 年臨床試驗已在全國 面向肝炎患者。此項基因學研究成果在國際治肝領域中，是繼干擾素等藥物之后的一項具有革命性轉變的重大醫學成果。

基因工程應用于環保方面.工業發展以及其它人為因素造成的環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關注的問題。基因工程技術可提高微生物凈化環境的能力。美國利用 DNA 重組技術把降解芳烴、多環芳烴、脂肪烴的 4 種菌體基因鏈接，轉移到某一菌體中構建出可同時降解 4 種有機物的“超級細菌”，用之清除石油污染，在數小時內可將水上浮油中的 2/3 烴類降解完，而天然菌株需 1 年之久。也有人把 Bt 蛋白基因、球形芽孢桿菌表達成功。它能釘死蚊蟲與害蟲，而對人畜無害，不污染環境。現已開發出的基因工程菌有凈化農藥的 DDT 的細菌、降解水中的染料、環境中有機氯苯類和氯酚類、多氯聯苯的工程菌、降解土壤中的 TNT 炸藥的工程菌及用于吸附無機有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90 年代后期問世的 DNA 改 組技術可以創新基因，并賦予表達產物以新的功能，創造出全新的微生物，如可 將降解某一污染物的不同細菌的基因通過 PCR 技術全部克隆出來，再利用基因重組技術在體外加工重組，最后導入合適的載體，就有可能產生一種或幾種具有 非凡降解能力的超級菌株，從而大大地提高降解效率。

前景展望。由于基因工程運用 DNA 分子重組技術，能夠按照人們預設的前景展望的設計創造出許多新的遺傳結合體，具有新奇遺傳性狀的新型產物，增強了人們改造動植物的主觀能動性、預見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動作用，對人口素質、環境保護等作出具大貢獻。所以,各國政府及一些大公司都十分重視基因工程技術的研究與開發應用，搶奪這一高科技制高點。其應用前景十分廣闊。我國基因工程技術尚落后于發達國家，更應當加速發展，切不可坐失良機。但是，任何科學技術都是一把“雙刃劍”，在給人類帶來利益 的同時,也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術如果不加限制，任其自由發展，最終有可能導致人類的毀滅。還有，盡管目前的轉基因動植物還未發現對人類有什么危害，但不等于說轉基因動植物就是十分安全的，畢竟這些東西還是新生事物，需要實踐慢慢地檢驗。轉基因生物和常規繁殖生長的品種一樣，是在原有品種的基礎上對其部分性狀進行修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規育種是通過自然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉基因生物遠遠超出了近緣的范圍，人們對可能出現的新組合、新性狀會不會影響人類健康和環境，還缺乏知識和經驗，按目前的科學水平還不能完全精確地預測。所以，我們要在抓住機遇，大力發展基因工程技術的同時，需要嚴格管理，充分重視轉基因生物的安全性。

我國基因技術發展中存在的問題

1、研究開發的產品跟蹤和模仿國外的多，自己創新的少。我國的生物技術主要是跟蹤國外而發展起來的，基本上是國外研究開發什么，我們也研究開發什么，因此很少有創新產品。這種狀況在新藥研制中尤為突出。

2、尚未形成社會化發展格局。在討論生物技術產業發展時，很多人已注意到了所面臨的國際化問題，但卻很少注意社會化問題。由于缺乏社會化的意識和氛圍，以及其他各種各樣的原因，我國新興的一些生物技術企業，不少是從研究開發到生產銷售一條道走到底，做得非常辛苦。事實上，由研究到產品銷售，這中間有許多環節都是可以社會化的。

3、一哄而起、重復研究、重復建設的現象大量存在，導致研究力量十分分散。現在國內搞農業生物技術研究的單位很多，有農業科學院系統、中科院系統、高校系統，還地方單位等，但大多數是低水平重復。

4、是缺乏產業化的接軌機制。國外的經驗表明，高新技術只有通過資本市場的商業運作才能加速它的產業化進程。而國內很少有公司參與基因技術的研究與成果轉化，使基因成果的研究與開發受到很大影響。

5、軟件建設與硬件不配套，導致資源的效益得不到充分的發揮。企業的軟件主要有兩個方面，一是各種管理規范，二是人員的素質，二者缺一不可。生物制藥作為高技術產業，不僅對硬件設備的要求高，對軟件的要求更高。我國目前的現狀是先進的儀器設備大多從國外進口，而人員及由人員制訂的規章制度卻是土生土長的，二者不配套的直接后果就是產品質量穩定性差，硬件資源浪費嚴重。

參考文獻:1樓士林，楊盛昌，龍敏南，等.基因工程[M].北京：科學出 版社，2002.2李慶軍，董艷桐，施冰.植物抗蟲基因的研究進展[J].林業科技,2002CHU Qi-ren, CAO Hua-xin, FAN Hui-qin, et al..Preliminary report on transienexpression of gus gene in transgene rice protoplast-derived calli via PEG-mediated DNA transformation［J］.shanghai nongye xue bao,1995

4.（日）內宮博文編著；孫崇榮，李育慶譯 :1987植物基因工程技術, 1987

5.基因克隆技術在制藥中的應用, 2004

6.丁勇等編著基因工程與農業1994.07

第四篇：淺析基因工程技術的應用現狀及前景發展

題目：

《生物技術概論》論文

淺析基因工程技術的應用現狀及前景發展

學號：

班級：

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淺析基因工程技術的應用現狀及前景發展

【摘要】從20世紀70年代初發展起來的基因工程技術，經過30多年來的進步與發展，已成為生物技術的核心內容。許多科學家預言，生物學將成為21世紀最重要的學科，基因工程及相關領域的產業將成為21世紀的主導產業之一。基因工程研究和應用范圍涉及農業、工業、醫藥、能源、環保等許多領域。本文就基因工程的應用現狀及前景分析進行綜合闡述。

【關鍵詞】基因工程技術；應用現狀；前景 1.引言

基因工程技術是一項極為復雜的高新生物技術, 它利用現代遺傳學與分子生物學的理論和方法, 按照人類所需, 用DNA 重組技術對生物基因組的結構和組成進行人為修飾或改造, 從而改變生物的結構和功能, 使之有效表達出人類所需要的蛋白質或人類有益的生物性狀。基因工程從誕生至今, 僅有30 年的歷史, 然而, 無論是在基礎理論研究領域, 還是在生產實際應用方面, 都已取得了驚人的成績。首先,基因工程給生命科學自身的研究帶來了深刻的變化。目前科學家已完成了多種細胞器的基因組全序列測定工作。其次, 基因工程具有廣泛的應用價值, 能為工農業生產、醫藥衛生、環境保護開辟新途徑。2.基因工程 2.1概念

基因工程(又稱DNA 重組技術、基因重組技術), 是20 世紀70 年代初興起的技術科學, 是用人工的方法將目的基因與載體進行DNA重組, 將DNA 重組體送入受體細胞, 使它在受體細胞內復制、轉錄、翻譯, 獲得目的基因的表達產物。這種跨越天然物種屏障, 把來自任何生物的基因置于毫無親緣關系的新的寄主生物細胞之中的能力, 是基因工程技術區別于其他技術的根本特征。

2.2基因工程研究的內容

(1)從復雜的生物有機體基因組中, 經過酶切消化或PCR 擴增等步驟, 分離出帶有目的基因的DNA 片段。(2)在體外, 將帶有目的基因的外源DNA 片段連接到能夠自我復制并具有選擇記號的載體分子上, 形成重組DNA分子。

(3)重組DNA 分子轉移到適當的受體細胞, 并與之一起增殖。

(4)從大量的細胞繁殖群體中, 篩選出獲得了重組DNA 分子的受體細胞克隆。

(5)從這些篩選出來受體細胞克隆, 提取出已經得到擴增的目的基因, 供進一步分析研究使用。

(6)將目的基因克隆到表達載體上, 導入寄主細胞, 使之在新的遺傳背景下實現功能表達, 產生出人類所需要的物質。

3基因工程的廣泛應用

3.1基因工程應用于植物方面

農業領域是目前轉基因技術應用最為廣泛的領域之一。農作物生物技術的目的是提高作物產量，改善品質，增強作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領域已取得了令人矚目的成就。

由于植物病毒分子生物學的發展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發現煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因導入煙草中，在轉基因植株上明顯延遲發病時間或減輕病害的癥狀，通過導入植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進行了試驗。在利用基因工程手段增強植物對細菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進展。植物對逆境的抗性一直是植物生物學家關心的問題。由于植物生理學家、遺傳學家和分子生物學家協同作戰，耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新品種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對其生長發育尤為重要。科學家發現極地的魚體內有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增長，從而免受低溫的凍害并正常地生活在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來，導入植物體可獲得轉基因植物，目前這種基因已被轉入番茄和黃瓜中。

隨著生活水平的提高，人們越來越關注口味、口感、營養成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質，而且越來越多的基因工程植物進入了商品化生產領域，近幾年利用基因工程改良作物品質也取得了不少進展，如美國國際植物研究所的科學家們從大豆中獲取蛋白質合成基因，成功地導入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質含量接近大豆，大大提高了營養價值，得到了農場主及消費者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

3.2基因工程應用于醫藥方面

目前，以基因工程藥物為主導的基因工程應用產業已成為全球發展最快的產業之一，發展前景非常廣闊。基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對預防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內的各種傳染病、類風濕疾病等有重要作用。在很多領域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統化學藥物難以達到的作用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術研制成的多功能細胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發性硬化癥和類風濕關節炎等多種疾病。

目前，應用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進入臨床驗證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因導彈”也將在不久完成研制，它可有目的地尋找并殺死腫瘤，將使癌癥的治愈成為可能。由中國、美國、德國三國科學家及中外六家研究機構參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細胞內肝炎病毒，修復、促進肝細胞再生的全過程。經4年臨床試驗已在全國面向肝炎患者。此項基因學研究成果在國際治肝領域中，是繼干擾素等藥物之后的一項具有革命性轉變的重大醫學成果。3.3基因工程應用于環保方面

工業發展以及其它人為因素造成的環境污染已遠遠超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關注的問題。基因工程技術可提高微生物凈化環境的能力。美國利用DNA重組技術把降解芳烴、萜烴、多環芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接，轉移到某一菌體中構建出可同時降解4種有機物的“超級細菌”，用之清除石油污染，在數小時內可將水上浮油中的2/3烴類降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢桿菌、且表達成功。它能釘死蚊蟲與害蟲，而對人畜無害，不污染環境。現已開發出的基因工程菌有凈化農藥的DDT的細菌、降解水中的染料、環境中有機氯苯類和氯酚類、多氯聯苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸藥的工程菌及用于吸附無機有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90年代后期問世的DNA改組技術可以創新基因，并賦予表達產物以新的功能，創造出全新的微生物，如可將降解某一污染物的不同細菌的基因通過PCR技術全部克隆出來，再利用基因重組技術在體外加工重組，最后導入合適的載體，就有可能產生一種或幾種具有非凡降解能力的超級菌株，從而大大地提高降解效率。4.前景展望

由于基因工程運用DNA分子重組技術，能夠按照人們預先的設計創造出許多新的遺傳結合體，具有新奇遺傳性狀的新型產物，增強了人們改造動植物的主觀能動性、預見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動作用，對人口素質、環境保護等作出具大貢獻。所以，各國政府及一些大公司都十分重視基因工程技術的研究與開發應用，搶奪這一高科技制高點。其應用前景十分廣闊。我國基因工程技術尚落后于發達國家，更應當加速發展，切不可坐失良機。

但是，任何科學技術都是一把“雙刃劍”，在給人類帶來利益的同時，也會給人類帶來一定的災難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術如果不加限制，任其自由發展，最終有可能導致人類的毀滅。還有，盡管目前的轉基因動植物還未發現對人類有什么危害，但不等于說轉基因動植物就是十分安全的，畢竟這些東西還是新生事物，需要實踐慢慢地檢驗。轉基因生物和常規繁殖生長的品種一樣，是在原有品種的基礎上對其部分性狀進行修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規育種是通過自然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉基因生物遠遠超出了近緣的范圍，人們對可能出現的新組合、新性狀會不會影響人類健康和環境，還缺乏知識和經驗，按目前的科學水平還不能完全精確地預測。所以，我們要在抓住機遇，大力發展基因工程技術的同時，需要嚴格管理，充分重視轉基因生物的安全性。

【參考文獻】

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第五篇：基因工程技術在廢水處理中的應用

基因工程技術在廢水處理中的應用

李孟 廖改霞

（武漢理工大學市政工程系，湖北 武漢 430070）

【摘要】基因工程技術是在DNA分子水平上按照人們的意愿進行的定向改造生物的新技術。利用基因工程技術提高微生物凈化環境的能力是用于廢水治理的一項關鍵技術。本文介紹了基因工程技術的原理、特點和主要研究內容，重點闡述了基因工程技術在廢水處理中的應用,并對其研究方向作了展望。關鍵詞：基因工程 技術 廢水處理 應用

The application of gene engineering technique to wastewater treatment

Li Meng

Liao Gaixia(Department of Municipal Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070)Abstract: Gene engineering technique was the new technique for modifying living beings according to human wishes on the DNA molecular level and the key technique for wastewater treatment by improving the purifying environment ability of microbes.The paper introduced the principle, characteristic, main research content of gene engineering technique, emphasized on formulating the application of gene engineering technique in wastewater treatment, and discussed its research orientation in the end.Key words: gene engineering

technique

wastewater treatment

application

利用基因工程技術提高微生物凈化污染物的能力是現代生物技術用于廢水治理的一項關鍵技術。20世紀50年代初,由于分子生物學和生物化學的發展,對生物細胞核中存在的脫氧核糖核酸(DNA)的結構和功能有了比較清晰的闡述。20世紀70年代初實現了DNA重組技術,逐步形成了以基因工程為核心內容,包括細胞工程、酶工程、發酵工程的生物技術。這一技術發展到今天,正形成產業化并列為世界領先專業技術領域之一,廣泛應用于食品、醫藥、化工、農業、環保、能源和國防等許多部門,并日益顯示出其巨大的潛力,將為世界面臨的水污染等問題的解決提供廣闊的應用前景[1]。基因工程技術概述

基因工程技術是一種按照人們的構思和設計,在體外將一種生物的個別基因插入病毒、質粒或其他載體分子,構成遺傳物質的重組,然后導入到原先沒有這類分子的受體細胞內，能持續穩定地進行無性繁殖,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品的操作技術。基因工程技術是一項極為復雜的高新生物技術,它具有高效、經濟、清潔、低耗、可持續發展、預見性和準確性等特點[2]。一個完整的基因工程技術流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、目的基因與載體的連接、基因的轉移、陽性克隆的篩選、基因的表達、基因工程產品的分離提純等過程[1]。基因工程技術在廢水處理中的應用

基因工程技術應用于廢水處理是水處理領域一項具有廣泛應用前景的新興技術。常規的廢水處理方法有物化法、生物法等。由于一般的物化方法只是污染物的轉移，不能從根本上治理，且容易造成二次污染，成本也較高，生物法逐漸成為廢水處理的主要方法。但是由于廢水的多樣性及其成分的復雜性，自然進化的微生物降解污染物的酶活性往往有限，如果能利用基因工程技術對這些菌株進行遺傳改造，提高微生物酶的降解活性，并可大量繁殖，就可以定向獲得具有特殊降解性狀的高效菌株，方便有效地應用于水污染處理。因此，構建基因工程菌成為現代廢水處理技術的一個重要研究方向，且日益受到人們的重視。

2.1 利用基因工程菌富集廢水中的重金屬離子

近幾十年來,經濟的高速發展導致各種有毒、有害金屬污染物,經生產和使用過程中的各種渠道進入環境。高穩定性和高脂溶性使其在環境中具有停留時間長、能沿著食物鏈富集等特點,嚴重威脅著人類的健康和生存。隨著國家對污染物排放標準的要求日益嚴格,單純使用傳統生物法處理這類重金屬廢水在適應性和高效性等方面存在局限性。針對這一問題,一些新型生物處理技術應運而生,其中利用基因工程菌代替普通微生物處理重金屬是近年來研究的熱點。此法采用生物工程技術將微生物細胞中參與富集的主導性基因導入繁殖力強、適應性能佳的受體菌株內,大大提高了菌體對重金屬的適應性和處理效率。

X.W.Zhao等[3]研究發現,宿主菌在Hg2+濃度為1mg/L的LB培養液中生長嚴重受抑,而基因工程菌E.coliJM109在Hg2+濃度為7.4mg/L時仍能增殖,且Hg2+富集量為2.97mg/g(細胞干重),去除率達96%以上。

Carolina Sousa等[4]構建了表達酵母金屬硫蛋白(CUP1)、哺乳動物金屬硫蛋白(HMT-1A)和外膜蛋白LamB的融合蛋白的基因工程菌E.coli,該菌種的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15～20倍。K.Kuroda[5]等在釀酒酵母細胞壁處的凝集素蛋白中表達了含His的寡肽,增強了酵母對Cu2+的抗性和吸附能力,其Cu2+富集能力比對比菌株提高了8倍多。

X.Deng等[6]構建了同時表達鎳轉運系統和金屬硫蛋白的基因重組菌E.coliJM10,將其用于處理含鎳廢水的試驗研究時,發現其對Ni2+的富集能力比原始宿主菌增加了6倍多。

趙肖為等[7]利用基因工程菌E.coli SE5000 對水體中的鎳離子進行富集研究。菌體細胞對Ni2+的富集速率很快,富集過程滿足Langmuir 等溫線模型。經基因改造的基因工程菌不僅最大鎳富集容量與原始宿主菌相比增加了4倍多,而且對pH值的變化呈現出更強的適應性。袁建軍等[8]利用構建的高選擇型基因工程菌生物富集模擬電解廢水中的汞離子。模擬電解廢水中除含有3.0 mg·L-1的汞離子外, 還含有十種以上的其它金屬離子。實驗表明,與重組菌對只含汞離子的水溶液的處理結果比較, 電解廢水中其它組份的存在意外地增大了重組菌富集汞離子的作用速率, 但同時卻使細菌的最大汞富集量降低了約30%。

張迎明等[9]利用基因重組技術構建出基因工程菌Staphylococcus aureusATCC6538，該工程菌在IPTG用量為1.00mmol·L-1,誘導時間為4 h的條件下培養對鎳離子的富集能力最高。在不同鎳離子濃度時,基因工程菌對溶液中Ni2+的平衡富集量為11.33mg·g-1,與原始宿主菌相比提高了3倍。對基因工程菌吸附鎳和鈷的實驗表明,Staphylococcus aureusATCC6538的NiCoT對鎳具有較高的特異性和富集容量,屬于第Ⅲ類鎳鈷轉運酶。

2.1 利用基因工程菌降解廢水中的有機污染物

生物處理法是廢水中有機污染物降解的主要方法，但是部分難降解有機污染物需要不同降解菌之間的協同代謝或共代謝等復雜機制才能最終得以降解,這無疑降低了污染物的降解效率。首先,污染物代謝產物在不同降解菌間的跨膜轉運是耗能過程,對細菌來說這是一種不經濟的營養方式；其次,某些污染物的中間代謝產物可能具有毒性，對代謝活性有抑制作用；此外,將不同種屬、來源的細菌的降解基因進行重組,把分屬于不同菌體中的污染物代謝途徑組合起來以構建具有特殊降解功能的超級降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力[10]。

Satoshi Soda等[11]將基因工程菌P.putidaBH(pSl0-45)接種到SBR反應器的活性污泥中,用于處理500mg/L的苯酚廢水,在大大提高苯酚去除率的同時改善了污泥沉降性能。南京大學、揚子石油化工有限責任公司、香港大學、國家環保總局南京環境科學研究所聯合完成了跨界融合構建基因工程菌處理石化廢水的生物工程技術。在優化調控技術的基礎上,該菌株對二甲苯、苯甲酸、鄰苯二甲酸、4-羧基苯甲醛和對苯二甲酸的降解率分別高達86%、94%、99%、97%和94%,比原工藝提高了20%～30%,總有機碳去除率達到了94%；污水經過處理后,銅、錳、鋅、硒的濃度符合國家規定排放標準,生物毒性明顯降低。

劉春等[12]以生活污水為共基質,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反應器中對阿特拉津的生物強化處理效果,以及生物強化處理對污泥性狀的影響。結果表明,基因工程菌在MBR中對阿特拉津具有很好的生物強化處理效果,阿特拉津平均出水濃度為0.84 mg/L,平均去除率為95%,最大去除負荷可以達到70mg/(L·d)。生物強化的MBR對生活污水中COD的平均去除率為71%,COD平均出水濃度65mg/L。

陳俊等[13]采用跨界原生質融合技術,構建基因工程特效菌Fhhh,實現廉價工業化生產Fhhh菌劑,在10m3/d精對苯二甲酸廢水處理實驗裝置中,容積負荷率達到3.0 kg/(L·d)以上,生物負荷率達到1.42d-1,出水水質達到國家一類標準,與國內外同類裝置相比,生物負荷率處于先進水平。

蔣建東等[14]采用同源重組法成功構建了分別含1個和2個mpd 基因插入到rDNA位點且不帶入外源抗性的多功能農藥降解基因工程菌株CDS2mpd和CDS22mpd。基因工程菌遺傳穩定,能同時降解甲基對硫磷和呋喃丹。甲基對硫磷水解酶(MPH)的比活在各生長時期均高于原始出發菌株,比活最高達6.22mu/μg。

劉智等[15]采用基因工程技術構建出具有耐鹽、降解苯乙酸和水解甲基對硫磷的功能的基因工程菌H2pKT2MP和H2pBBR2MP,其中H2pBBR2MP水解酶活性與親本菌株甲基對硫磷降解菌(Pseudomonas putida)DLL2E4相當,而H2pKT2MP水解酶活性要提高1倍左右。

呂萍萍等[16]研究發現，克隆有苯降解過程中的關鍵基因——甲苯加雙氧酶的基因工程菌E.coli.JM109(pKST11)對苯具有較高的降解效率和降解速度,應用于固定化細胞反應器中效果突出。在較短的水力停留時間內,可以將1500mg/L苯降解70%,降解速度為1.11mg/(L·s),延長水力停留時間,可以使去除率達到95%以上。該反應器對高濃度的苯具有突出的處理效果。同時所得到的產物為環己二烯雙醇,可以被野生非高效菌W3快速利用。展望

隨著基因工程菌的出現,基因工程技術將不斷應用于更多的廢水治理工程中。培養出新的特效物種并進一步提高其應用效率、降低應用成本；運用各種相關技術加以優化組合,尤其是高效、低能耗、易普及的特種微生物與特殊工藝的最佳結合；加強不同專業、不同學科之間的合作,如將毒理學和微生物學和環境工程學相結合；從根本上消除污染源,充分協調人與自然之間的關系,充分實現廢水資源化,引入DNA 擴增和其它生物技術的環境監測方法等將是基因工程技術研究的側重方向。基因工程技術作為一種新興技術以極快的速度發展。以下兩方面的研究將對水資源保護有著重要意義。一是對基因工程菌的深入研究,如基因工程菌對污染物的代謝途徑、控制目的基因表達的啟動子基因序列、降解基因表達的調控條件的優化等方面的研究；二是對環境中微生物的習性及基因工程菌與環境中微生物和污染物之間的相互作用進行研究。目前的研究主要是利用單一的基因工程菌對污染物進行處理,隨著研究的不斷深入,利用多種基因工程菌相結合對污染物進行處理,將對水資源保護起到更為重要的作用。

參考文獻

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