第一篇：基因工程論文（范文模版）

淺析基因工程技術的應用現狀

動物醫學專業

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摘要: 基因工程作為一門理論性與實踐性較強的學科,其方法與技術已經滲透到現代生命科學的各個分支領域,成為生命科學的一門核心技術。基因工程包含許多獨特的實驗方法和技術,不僅內容豐富,涉及面廣,實用性也強。基因工程是通過DNA 重組技術, 獲得具有特殊生物遺傳性狀和功能的遺傳工具生物體, 基因工程技術廣泛應用于農業、醫學、食品工業等。本文就基因工程的應用現狀綜合闡述。關鍵詞 : 基因工程;應用現狀

0.前言

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[1]。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。

1.基因工程

1.1 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。1.2 基因工程研究內容

(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。

2.基因工程的廣泛應用

2.1 在農業上的應用

2.1.1 抗除草劑的植物基因工程

資料表明, 每年雜草造成的經濟損失占農作物總產值的10%-20%左右盡管除草劑的使用, 對大規模機械化耕作, 減少勞力開支和提高量有極為重要的作用, 但一般除草劑的選擇性較差, 即除了殺草以外, 還會將作物殺死。現在利用生物技術, 將能抵抗除草劑的基因轉移到植物中, 獲得抗除草劑的植物, 如美國的孟山都公司將除草劑草甘磷的靶酶(EPSPS)的cDNA 克隆轉入油菜[2] , 目前, 已獲得的抗除草劑作物有大豆、棉花、玉米、水稻和甜菜等20 多種。2.1.2 抗蟲的植物基因工程

生物防治害蟲的工作已經開展多年, 主要是利用蘇云金桿菌中的毒蛋白(結晶蛋白)對害蟲有毒害作用, 使用這些桿菌來控制害蟲。現在, 人們可以通過克隆這些毒蛋白的基因(Bt 基因)并把這些基因轉移到植物細胞中, 從而獲得能抗蟲的轉基因植物。目前, Bt 基因已被轉入煙草、番茄、馬鈴薯、水稻、玉米及棉花等多種植物中。1996 年轉Bt 基因棉花在美國種植66 萬hm2 經中國農科院棉花所引進在華北試種兩年, 在多點表現突出, 在完全不噴殺蟲劑的情況下, 單產仍然高于噴撒2-3 次殺蟲劑的中國推廣棉花[3] , 顯示出了控制棉鈴蟲的極好前景。2.1.3 動物轉基因育種

動物基因工程研究主要集中在改良家畜、家禽的經濟性狀和通過轉基因動物進行藥物或蛋白質的生產等方面, 目前已取得了顯著的成就, 先后培育出轉基因豬、羊、牛和魚等, 另一種轉基因豬是帶有人體基因的豬, 這種轉基因豬客望能解決人體移植動物器官的遺體排斥問題。隨著動物基因工程技術的逐漸成熟和轉人體血紅蛋白的基因豬、轉人體血清蛋白的基因山羊等的問世, 不僅能生產出大量人類所需的血紅蛋白、白蛋白等藥物而且為動物育種開辟了一條全新的途徑。

2.2 在醫學上的應用 2.2.1 基因工程藥物

利用基因工程技術開發新型治療藥物是當前最活躍和發展最快的領域。自1982 年世界第一個基因工程藥物---重組胰島素投放市場以來, 基因工程藥物就成為制藥行業的一支奇兵, 每年平均有3-4 個新藥或疫苗問世, 開發成功的約50 個藥品, 諸如人胰島素、忍尿激酶、人生長激素、干擾素、激活劑、乙肝疫苗等廣泛應用于治療癌癥、肝炎、發育不良、糖尿病和一些遺傳病上, 在很多領域特別是疑難病癥上, 起

到了傳統化學藥物難以達到的作用[4, 5, 6]。為治愈癌癥正在研制的用單克隆抗體制成的“生物導彈”, 就是按照人類的設計, 把“生物導彈”發射出去, 精確的命中癌細胞, 并炸死癌細胞, 而不傷害健康的細胞, 比如專門用于腫瘤的“腫瘤基因導彈”等。可見, 生物工程藥物將成為21世紀藥業的支柱。而脫氧核糖核酸或者基因疫苗的問世, 變革了機體的免疫方式。如今, 人們翹首關注困擾人類的艾滋病病毒疫苗的早日問世。

盡管目前誘變育種技術仍是改良微生物工業生產菌種的主要手段,但是基因工程技術在改良工業生產菌種方面已有成功的報道。最常見的是將控制藥物合成關鍵步驟的酶基因克隆,通過適當的載體轉移到原生產菌中,以使控制限速步驟的酶水平,從而提高產量。Malmberg等[7]構建了一種帶有編碼賴氨酸ε-氨基轉移酶基因(lysine-ε-aminotranster-ase,LAT)這種控制Streptomyces clavuligerus生物合成頭霉素C的限速步驟的關鍵酶的基因(lat)的高拷貝質粒,并轉入這種頭霉素產生菌,使LAT提高活力提高了4倍,在2 L發酵罐中產生頭霉素的能力是原來的2倍,重組菌胞外LAT產物α-氨基己二酸的積累量也比原受體

菌高。伊維菌素(ivermectins)是一個市場很大的抗蟲

抗生素,其前體阿弗米丁(avermectins)的產生菌種的發酵液中有8個以上的組分,其中只有B1a組分才是制備伊維菌素的原料。Ikeda等[8]經過近十年的努力,已將阿弗米丁的生物合成基因簇全部搞清,并經過誘變與DNA重組,獲得了僅產阿弗米丁B2a單一組分和B1a、B2a組份的重組工程菌,這不僅大大提高了阿弗米丁有效組分的發酵效價,且給提取、精制、半合成等后處理工序帶來了很大的便利。可以預見,隨著對各種工業生產的微生物藥物生物合成途徑的深入了解以及基因重組技術的不斷進展,應用基因工程方法定向構建高產菌株的成功實例將越來越多。在抗生素發酵過程中供氧往往是一個限制因素,充足的氧氣供給是藥物工業發酵穩定和提高產量,降低成本的關鍵。傳統的解決方法如增加通氣量等對設備要求高,能量消耗大。20世70年代末在專性好氧菌透明顫(Vitreoscilla)中發現了血紅蛋白(VHb),它能促進氧氣擴散到細胞末端氧化酶上。于是人們想到了將其基因Vgb克隆到其它微生物中,以促進微生物在低氧條件下生長。

1988年Khosla等[9]從Vitreoscilla中分離出Vgb基因并將之轉入大腸桿菌(E·coli),提高了大腸桿菌在溶氧量低于5%時對氧的利用率。目前已用克隆表達VHb的方法提高了放線紫紅素、頭孢霉素C、紅霉素等產生菌及青霉素酰化酶基因工程菌的產量[10]。血紅蛋白基因工程的研究和應用,必將對抗生素工業和其它重組藥物發酵工業的節能等帶來美好的前景。作為半合成頭孢菌素類抗生素重要原料的7-氨基頭孢烷酸（7-ACA),目前國內外仍以化學裂解頭孢菌素C的工藝路線為主。國內外已報道可用經由GL-7-ACA的二步法(化學/酶法或二步酶法)來生產7-ACA,與化學裂解法相比不僅收率提高,且能大大減少環境污染,簡化生產工藝。但二步法中關鍵的GL-7-ACA酰化酶在假單胞菌中表達量低而且分離純化困難,限制了這種方法的應用。通過將GL-7-ACA酰化酶基因轉入大腸桿菌中表達恰好可以解決這一問題[11]。最近又報道可將編碼2個酶的基因直接轉入頭孢菌素C的生產菌種中,使其在發酵時直接產生7-ACA。調節基因在藥物的生物合成中也起著重要作用,增加調節基因的基因量能夠大幅提高藥物產量。Hopwood等將放線紫紅素生物合成的一個調節基因actⅡ導入原產生菌,盡管基因的拷貝數僅增加了2倍,放線紫紅素的產量卻增加了30~40倍。某些抗生素生產菌的產量不高,是由于其自

身對該抗生素的抗性不高。因此,利用高拷貝質粒的基因量效應,增加菌種對自身產生的抗生素的抗性,可能增加抗生素的產量。例如,將氨基糖苷-6-乙酰轉移酶基因導入卡那霉素和新霉素產生菌,由于提高了對氨糖類抗生素的抗性,產量提高了2~6倍 2.2.2 基因治療

基因治療是指由于某種基因缺陷引起的遺傳病通過轉基因技術而得到糾正。臨床實踐已經表明: 基因治病已經變革了整個醫學的預防和治療領域。比如白癡病, 用健康的基因更換或者矯正患者的有缺損的基因, 就有可能根治這種疾病。現在已知的人類遺傳病約有4000種, 包括單基因缺陷和多基因的綜合癥。運用基因工程技術或基因打靶的手段, 將病毒的基因殺滅, 插入矯正基因, 得以治療、校正和預防遺傳疾病的目的。目前, 基因治療已擴大到腫瘤、心血管系統疾病、神經系統疾病等的治療[12]。人類也已成功實現了腎、心、肝、胰、肺等器官的移植, 也有雙器官和多器官的聯合移植。

基因治療有兩種途徑: 一是體細胞的基因治療, 一是生殖細胞的基因治療。由于生殖細胞的基因治療操作技術異常復雜, 又涉及倫理緩行之理充足, 故尚無人涉足[13]。基因工程是20 世紀生命科學中最偉大的成績, 開辟了生命科學的新紀元。經過幾十年的發展, 基因工程技術已成為一個巨大的朝陽產業, 它可以超越動物、植物、微生物之間的界限, 創造出新的生物類型。基因工程不僅在醫學上應用廣泛, 而且也廣泛應用在工業、農業、冶金、環保、資源、能源、畜牧漁業等領域, 為人類的豐衣足食和健康長壽提供了持續的實用價值很高的產品, 發展前景極為廣闊。

參考文獻：

[1] 陳渝軍, 林晶.基因工程技術在醫藥衛生領域的應用及發展.藥品評價,2005, 2(2): 144-145.[2] 童克中.基因及其表達.北京: 科學出版社, 2001.[3] 李尉民, 樂寧, 夏紅民.轉基因生物及其產品的風險與管理.生物技術通報.2000(4)41-44.[4] 朱寶泉.基因工程技術在醫學工業中的應用及進展[ J].中國醫藥工業志.1997.28(2): 56-58.[5] 方鵬.基因工程應用簡述[ J].遼寧師專學報.2004.6(2): 29-30.[6] 周黎, 柯傳奎.基因工程藥物研究現狀與對策[ J].生命科學儀器2004.1: 22.[7] Malmberg LH, Hu WS, Sherman DH·Journal of Bacteriology,1993, 175(11): 6916~6924· [8] Haruo Ikeda, SatoshiOmura·Journal ofAntibiotics, 1995, 48(7):549~562· [9] Chaitan Khosla, JamesEB·Nature, 1988, 331: 633~635·

[10] 郭宏秋,楊勝利·微生物學通報, 1996, 23(4): 227~230· [11] 周煜,劉滌,胡之璧·藥物生物技術, 2000, 7(4): 251~253·

[12] 路正兵, 夏穎.基因工程在疾病防治及藥物研制上的應用[ J].安徽預防醫學雜志.2000.6(5): 398-400.[13] 王俊杰21 世紀基因工程在腫瘤防治中的應用[ J] 2000.6(6):62-67.分子生物學

—談基因工程技術如何應用于植物

摘要：通過基因工程改良品種在未來的農業生產中日益顯示出巨大潛力。盡管科學家們對轉基因植物的爭論仍在繼續，但可以肯定的是，轉基因植物作為一項新興的生物技術的產物，在解決日益膨脹的地球人吃飯問題和在解決長期困惑人類發展的資源短缺、環境惡化、經濟衰退三大難題中起著越來越重要的作用。本文綜述了基因工程技術在植物中的應用，就轉基因植物的技術、發展、安全性和發展前景作了探討。

關鍵詞：基因工程技術；轉基因植物；安全性；發展前景

所謂轉基因植物是指利用基因工程技術，在離體條件下對不同生物的DNA進行加工，并按照人們的意愿和適當的載體重新組合，再將重組DNA轉入生物體或細胞內，并使其在生物體內或細胞內表達的植物。自1983年首次獲得轉基因植物以來，轉基因技術發展十分迅速，成功的轉基因植物已達60多種，在世界上批準進入田間試驗的轉基因植物已超過500例。

1植物的轉基因技術

由于植物的體細胞具有全能性，即單個的細胞經過合適培養后可以生成完整的植株。將分離能夠編碼所需產物的DNA片段克隆到適當的載體DNA中形成重組DNA，利用細菌繁殖擴增重組DNA并將重組DNA中的目的基因導入所需的培育的植物細胞中，篩選出所需要的細胞，通過細胞的全能性將轉基因植株大規

模種植。

其中外源基因導入植物細胞的方法可分為DNA直接轉化和以載體為媒介的基因轉化。基因的直接轉移是通過物理化學法將外源基因轉入受體植物細胞的技術。常用的方法有化學刺激法、脂質體法、顯微注射法和基因槍法等。其原理是利用物理化學方法暫時改變膜通透性，使DNA進入細胞，并最終整合到植物基因組中。

以載體為媒介的基因轉化即使通過農桿菌或植物病毒介導感染受體植物將外源基因轉入植物細胞的技術。目前，載體法主要包括土壤農桿菌Ti質粒、Ri質粒及植物DNA病毒等介導的遺傳轉化法。

2轉基因植物的篩選與檢測

通過轉基因的方法將目的基因轉入目的植物的細胞后，轉化細胞與非轉化細胞相比都只占少數，兩者存在競爭，而轉化細胞的競爭力通常比非轉化細胞弱，因此必須對轉化細胞進行篩選和檢測。

在構建重組DNA時，人們已經引入了標記基因以對轉化子選擇和鑒定。報告基因由于其表達產物易于檢測，已廣泛用于轉基因植物中。根據報告基因編碼特點，大致分為兩類：抗性基因和編碼催化人工底物產生顏色變化的酶基因或發光基因。根據檢測的不同階段區分，有DNA檢測法、RNA檢測法及蛋白質檢測法。DNA檢測法只能檢測到外源基因是否已經整合到植物基因組中，而RNA檢測法得到的結果可判定外源基因是否轉錄，蛋白質檢測法則可檢測出外源基因是否翻譯。

3改進轉基因的技術

隨著植物轉基因技術的創立和發展，許多具有重要經濟價值的農作物獲得了轉基因植株，植物轉基因技術成為植物育種的一個重要手段，但仍有許多問題阻礙了轉基因技術在生產上的廣泛的應用。將外源DNA導入植物細胞后，只有外源DNA在宿主細胞及其子代細胞中穩定整合和有效的表達，才能培育出具有新的遺傳性狀的轉基因植物。大量研究表明外源基因在轉基因植物中有的能正常表達，有的表達量很低，甚至不表達，而且在不同的植株個體之間也存在著明顯差異。所以提高轉基因的表達，減少轉基因的失活是轉基因技術的一個重要內容。提高外源基因表達水平的措施有: 3.1農桿菌介導的遺傳轉化方法由于其產生的拷貝數相對較少，可以在一定程度上避免這個問題。

3.2使用信號肽，每種植物蛋白質的作用空間位置都是不同的，蛋白質分子的定向運輸需要特殊多肽信號的引導作用。3.3選擇強啟動子和誘導型啟動子

3.4使用強終止子 常用的終止子時CaMV35S終止子和根瘤土壤桿菌T-DNA的胭脂氨基酸合成酶基因的nos終止子。

3.5消除甲基化的影響 在載體上加上去甲基化功能的序列以防止甲基化。3.6使用植物偏愛的密碼子 3.7使用MAR序列 3.8使用增強子

3.9對外源基因進行修飾和改造 3.10以葉綠體作為轉化受體 3.11使用一些病毒編碼蛋白

3.12在有性生殖后代中篩選單拷貝植株

4基因工程在農作物上的應用

4.1抗蟲轉基因作物

最早獲得的轉Bt（蘇云金桿菌）毒素基因植物是煙草和番茄，隨后Bt毒素基因相繼被轉化到許多其他農作物中，如棉花、水稻、玉米等，獲得了一大批具良好抗蟲性的轉基因植物品種。4.2抗病毒作物

植物病毒感染時一個嚴重的問題，它可導致農作物生長緩慢、產量降低和質量減退。轉基因植物的成功使作物抗病毒成為可能并加速了作物抗病育種的研究進程。自1986年Powel-Abel首次將煙草花葉病毒（TMV）外殼蛋白（Cp）基因導入煙草，培育出抗TMV植株以來，已經將許多 病毒成功的構建了多種抗病毒植株，近幾年的研究結果表明病毒外殼蛋白在系統雜交保護中起著重要的作用，插入一段已克隆的CP基因可以延緩病毒的發展和阻止病毒在轉基因植株中進一步傳播。

4.3抗細菌和真菌作物

細菌和真菌病在全部植物病害中造成的損失最大，很多科學家都在嘗試從植物的生物體內尋找抗病原菌的蛋白及其基因，并將其用于植物基因工程。自1980年，瑞典科學家首次從美國惜古比天蠶種成功分離了3種誘導型的殺菌肽進行了深入的研究。它們對很多種植物病原菌有較強的殺傷作用。現在的實驗結果表明，殺菌肽作用于細胞的細胞膜，破壞膜的完整性，造成離子通道，最終導致細胞內含物泄露。目前，殺菌肽基因工程已經在煙草、馬鈴薯等植物上有了初步報道。

4.4抗除草劑轉基因作物

人類自有農業起就一直跟雜草作斗爭，它是農業生產中的大敵，但由于它具有較強的生態適應性和抗逆性，所以給雜草的防治帶來了困難。在大量使用化學除草劑的同時往往會對作物造成一定的傷害。為此人們在研究抗除草劑基因，將該基因轉入植物，在噴施除草劑殺死雜草時，不傷害作物。20世紀80年代中期，抗除草劑基因被轉入了作物體內，從而獲得了抗除草劑的轉基因大豆、棉花、玉米、油菜、小麥等。

4.5抗非生物脅迫作物

干旱時困擾農業生產的重要因素之一，它給農業生產帶來巨大的損失，這種損失甚至是毀滅性的。CMO基因是合成乙酰-甜菜堿第一步反應關鍵酶的基因，具有很強的抗旱性。Rathinasabathi等獎煙草中的CMO基因導入水稻中，獲得抗旱性較強的轉基因水稻。可以相信在未來培育出的耐旱的新作物品種應該是轉入多種共同作用的外源基因。

5轉基因植物的安全性

..5．1轉基因植物的優缺點 關于轉基因植物及其安全性問題，是近年來的熱 門話題，但目前國際上沒有統一說法，爭論不一。其主要優點：①增加食物供應，解決糧食短缺；②減少農藥使用，避免環境污染；③降低生產成本，降低食物售價；④增加食物營養，提高附加價值；⑤增加食物種類，提升食物品質；⑥提高生產效率，帶動相關產業發展。其主要缺點：①可能對蝴蝶等昆蟲造成傷害； ②可能影響周邊植物的生長；③可能使昆蟲或病菌在演化中增加抵抗力或產生新的物種，因此有可能會傷害作物。..5．2轉基因食品的安全性和可接受性

隨著轉基因技術的發展，轉基因食品的安全性越來越受到人們的關注。轉基因食品與傳統食品相比，區別在于：首先它含有利用轉基因技術導人的外源基因；其次可能存在外源基因在受體內的表達產物。由于這兩種成分的不確定性以及由

此引起的次級效應，對人類健康可能有潛在的危害。目前人t fx轉基因食品生物的擔憂基本上可以歸納為3類：(1)轉基因食品里加入的新基因無意中對消費者造成的健康危害；(2)轉基因作物中的新基因對食物鏈其他環節無意中造成的不良后果；(3)人為強化轉基因作物的生存競爭性，對自然界生物多樣性的影響。其中人們最為擔心的是轉基因食品對人體健康是否安全，轉基因食品與常規食品比較有無不安全的成分。這就需要對其主要營養成分、微量營養成分、抗營養因子的變化、有無毒性物質、有無過敏性蛋白以及轉入基因的穩定性和插入突變進行檢測。另外是人們對..“基因逃逸”的擔心。所謂..“基因逃逸”，就是指微生物之間可以通過轉導、轉化、接合進行基因轉移。人們主要是擔心轉基因作物及基因食品的有害基因是否會逃逸到人體或環境中，加快抗藥性問題。如野生植物種通過受粉可能會完成抗除草劑的基因改良，會變成..“超級雜草”，由此形成的具有非自然抗逆性的植物對那些以其為生的動物們來說，可能會導致生物鏈的斷裂。

6轉基因植物的發展前景

轉基因植物在人類發展史上，是人類對自然的認識和改造的結果，必將對人類的生存帶來重大影響。隨著人們對遺傳本質認識的深化和生物技術水平的不斷提高，大量的轉基因植物不斷涌現。通過轉基因技術來改良作物的品質是一個不可阻擋的趨勢，因為現在有許多問題是無法通過常規育種來解決的，特別是耐旱、耐貧瘠等作物品種的培育。例如非洲的沙漠地區，如果按照現在的育種手段，它的糧食產量根本不可能滿足基本生活保證，人們現在 寄希望于通過轉基因技術生產一些比較耐旱、耐貧瘠的作物，以解決因為土地可耕面積的減少而給人類帶來的壓力。另外，轉基因技術可以改良作物的營養成分，現在非常知名的一個例子就是瑞士聯邦技術研究所成功開發的金色大米，它是通過將胡蘿卜素合成途徑的關鍵基因轉到水稻中去，生產出的大米是金黃色的，這種水稻含有VA的合成原料，在解決吃飯問題的同時有助于治療因缺乏VA而導致的眼睛失明等疾病，這對于發展中國家非常重要。因此轉基因技術具有廣闊的發展前景。但是，在大力發展轉基因食品的同時，應建立完善的轉基因產品評價和監控體系。1 993年，世界經濟合作與開發組織發表了..“現代生物技術食品的安全評價——概念和原則”，提出了..“質量等同性概念”，其含義是..“當某個由轉基因技術生產的新食品的各項主要特征(分子學特征、遺傳形狀、主要營養成分等)與現有食品大致相同，則認為該新食品的安全性也與現有食品大體等同。”我國政府也于1 993年、1 996年和2 001年分別頒布了有關條例和規定，要求對轉基因食品的試驗、生產、應用等實行生產許可證和經營許可證制度，同時對違規試驗、生產、應用、進出口轉基因食品的機構和人員，規定了嚴厲的處罰措施。但如何維護消費者的知情權，對轉基因食品實行標志制，如何加強對進口轉基因食品的檢驗監管，保證我國的食品衛生安全等尚需進一步完善，加強研究。

綜上所述，基因工程技術作為一項新興的生物技術，其發展趨勢不可阻擋。但科學技術是把雙刃劍的理論同樣適合轉基因植物。為此，我們應該適當借鑒國外經驗，建立一套既符合中國國情，又與國際接軌，且科學合理的基因安全評價和監控體系，為日后我國轉基因植物走向世界奠定基礎。

參考文獻：

（1）李立家

肖庚富

基因工程

科學出版社 2010.8

（2）李書國，陳輝，莊玉亭．基因工程在食品工業中的應用．糧油與油脂，2001.2（3）夏煥章

熊宗貴 生物技術制藥

高等教育出版社 2010.3（4）談家楨．基因工程．北京：農業出版社，1979．..基因工程抗體研究進展及其臨床應用

摘要：基因工程抗體是繼多克隆抗體和單克隆抗體之后的第三代抗體，近年來隨著生物工程技術的發展，許多基因工程抗體陸續問世，本文詳細介紹了基因工程抗體的研究進展，概述了基因工程抗體在臨床方面的明顯優勢和應用潛力。關鍵詞：基因工程抗體；研究進展；臨床引用

Advances in Genetic Engineering Research and Clinical

Application of Antibody

Student majoring in Professional Veterinary Medicine Name DongChuanJun

Tutor Name MinLingJiang

Abstract:Genetic engineering antibody is the third generation antibody after polyclonal antibody and monoclonal antibody.In recent years,with the development of bio-engineering techniques,many genetically engineered antibodies have been presented to the public,and this article elaborates on research progress of the genetic engineering antibody,and its obvious advantages and potentials in clinical application.Key words: Genetically engineered antibodies;Research;Clinical application.轉基因技術迅速發展，其應用和發展的領域日益夸大。但轉基因技術的弊端日益凸現，引起眾多關注的目光。就轉基因技術本身而言，社會各界對它的態度各有異同。不同的國家不同的民族和不同的個體對轉基因技術的態度大相徑庭。如何看待轉基因技術？如何去應用和發展轉基因技術？這些都是我們亟待解決的問題。基因工程抗體介紹

1.1 基因工程簡介

基因工程抗體是借助DNA重組和蛋白質工程技術，在基因水平對免疫球蛋白分子進行切割、拼接、修飾和重新組裝的一種新型抗體。所制備的抗體去除或減少了可引起副作用的無關結構，但保留天然抗體的特異性和主要生物學活性，并可賦予抗體分子以新的生物學活性的總稱【1】。

由于目前制備的抗體均為鼠源性臨床應用時，對人是異種抗原，重復注射可使人產生抗鼠抗體，從而減弱或失去療效，并增加了超敏反應的發生，因此，在 80 年代早期，人們開始利用基因工程制備抗體，以降低鼠源抗體的免疫原性及其功能[2]。目前多采用人抗體的部分氨基酸序列代替某些鼠源性抗體的序列，經修飾制備基因工程抗體，稱為第三代抗體[3]。1.2 基因工程抗體種類

基因工程抗體主要包括嵌合抗體、人源化抗體、完全人源抗體、單鏈抗體、雙特異性抗體等。

1.2.1 嵌合抗體

嵌合抗體（chimeric atibody）是最早制備成功的基因工程抗體。它是由鼠源性抗體的V區基因與人抗體的C區基因拼接為嵌合基因，然后插入載體，轉染骨髓瘤組織表達的抗體分子【4】。因其減少了鼠源成分，從而降低了鼠源性抗體引起的不良反應，并有助于提高療效。

1.2.2 人源性抗體

是將人抗體的CDR代之以鼠源性單克隆抗體的CDR，由此形成的抗體，鼠源性只占極少，稱為人源化抗體。

1.2.3 完全人源化抗體

采用基因敲除術將小鼠Ig基因敲除，代之以人Ig基因，然后用Ag免疫小鼠，再經雜交瘤技術即可產生大量完全人源化抗體。

1.2.4 單鏈抗體

是將Ig的H鏈和L鏈的V區基因相連，轉染大腸桿菌表達的抗體分子，又稱單鏈FV（single chain fragment of variable region,sFv）。SFv穿透力強，易于進入局部組織發揮作用。

1.2.5 雙特異性抗體

將識別效應細胞的抗體和識別靶細胞的抗體聯結在一起，制成雙功能性抗體，稱為雙特異性抗體。如由識別腫瘤抗原的抗體和識別細胞毒性免疫效應細胞（CTL細胞、NK細胞、LAK細胞）表面分子的抗體（CD3抗體或CD16抗體）制成的雙特異性抗體，有利于免疫效應細胞發揮抗腫瘤作用。基因工程抗體的研究進展

2.1抗體工程的發展

最近，美FD強調：目前在臨床試驗中基因工程抗體約占生物制劑的30%。重組抗體的體積越來越小，或被重新構建成多價分子，或與其它分子相融合，如放射性核素、毒素、酶、脂質體和病毒的藥劑設計成為可能。

【5】

。重組技術的出現使篩選、人源化、抗體的生產得到革新，并取代雜交瘤技術，從而使以抗體為基礎

圖1：抗體的發展

2.2目前基因工程抗體制備的主要方法 2.2.1人鼠嵌合抗體

主要是利用基因重組技術，把鼠抗體的重輕鏈可變區部分與人抗體重輕鏈恒定區的進行重組，減少鼠源結構，增加人源結構，而保持抗體與原抗原的特異性結合【6】。

1.首先把小鼠編碼Ig重輕鏈的基因剔除。2.制備表達人的Ig重輕鏈的轉基因小鼠。

3.上二種小鼠回交，獲得只表達人Ig重輕鏈的基因的小鼠。當用抗原免疫后，小鼠可產生完全人源抗體。2.2.2 噬菌體抗體庫技術

1.人的Ig重輕鏈可變區基因片段展示在噬菌體表面,組成抗體庫。2.過噬菌體把抗體的表型和基因型相偶聯，易進行分子克隆和基因操作。3.抗體庫的來源影響篩選結果（免疫和正常人）。4.高通量篩選與抗原結合的抗體，但親和力低。2.2.3 用人的骨髓瘤細胞直接制備全人抗體

由于骨髓瘤細胞穩定性高和融合率高，所以要建立好的人骨髓瘤細胞。2.2.4 B細胞永生化技術

用EB病毒將人淋巴細胞永生化可產生分泌抗體的B細胞克隆【7】。這一技術較為成熟，但是存在抗體分泌不穩定的缺點，限制了其應用。或直接分離分泌抗體的B細胞,用PCR獲得重輕連,構建全人抗體。2.3抗體藥物發展現狀

1.FDA已批準上市的抗體藥物。

2.SFDA(中國)已批準上市及臨床研究的的抗體藥物。2.4工程抗體的未來發展與展望 2.4.1單克隆抗體的市場需求

圖2：單抗體市場的預測與分析 3.基因工程抗體藥物的應用

隨著生物工程技術的發展，許多基因工程抗體 陸續問世，并在醫學領域的許多方面都具應用潛力，如病毒感染、腫瘤、自身免疫性疾病、同種異體移植物注射、哮喘、中風和青光眼治療，尤其在診斷和治療腫瘤性疾病及抗感染方面優勢明顯。

3.1基因工程抗體藥物的臨床應用

3.1.1 在腫瘤性疾病診療方面的應用

放射性標記抗體在腫瘤影像和治療中很重要，并可有效進行藥代動力學評估．以標記抗體注入人體內顯示腫瘤部位抗原與抗體結合的放射濃集稱放射免疫顯像，由于基因工程抗體如單鏈抗體、Fab片段等分子量小、能很快清除、組織穿透力強，所以更適于放射免疫顯像【8】。

惡性腫瘤的導向治療，是通過重組技術將抗腫瘤相關抗原的抗體與多種分子

融合，這些分子在抗體結合靶分子后可提供重要輔助功能．這些分子包括：放射性核素、細胞毒藥物、毒素、小肽、蛋白、酶和用于基因治療的病毒．對腫瘤治療來說，設計的雙特異性抗體可有效針對低水平的腫瘤相關抗原，并將細胞毒物質輸送到腫瘤細胞．此外，抗體還可與攜帶藥物的脂質體、各種PEG偶聯，從而增強體內運輸和藥代動力學。作為免疫脂質體，轉鐵蛋白受體抗體可使藥物通過血腦屏障到達大腦．抗體酶復合物作為前體藥物也被用于基礎腫瘤治療。3.1.2基因工程抗體的抗感染作用

預防和治療感染性疾病常用的藥物是疫苗和抗生素，但對于一些尚無有效預防及治療手段的感染性疾病如 SARS、AIDS等，抗體治療可做為首選方案。如在治療AIDS方面，利用抗體工程技術已成 功地制備出HIV病毒整合菌的單鏈抗體ScAb2219，對HIV病毒感染的早期和晚期具有有效的抑制作用，并可望成為S基因治療的有效手段。呼吸道合胞病毒(RSV)易引起嬰兒呼吸道疾病，如細支氣管炎和肺炎，并可引起嚴重的并發癥，目前已有人源化單克隆抗體Palivizumab經美國FDA批準上市，臨床實驗證明無毒、副反應，并可顯著降低嬰兒的住院率。我國率先建立了針對SARS的基因工程抗體庫，這對于 SARS的預防、診斷和治療都將起到重要作用和深遠影響。對于中和其它病原分子，FDA已批準 Fab單體分子作為抗蛇毒藥物；scFv片段和寡克隆復合物作為抗細菌毒素藥物。3.1.3 細胞內抗體

隨著細胞信號轉導和抗體工程技術的發展，誕生了細胞內抗體技術。這項技術是指在細胞內表達并被定位于亞細胞區室如胞核、胞漿或某些細胞器，與特定的靶分子作用從而發揮生物學功能的一類新的工程抗體。最典型的是 scFv，被稱為內抗體。胞內抗體技術主要應用在抑制病毒復制特別是 HIV-1復制、腫瘤基因治療方面，現已逐漸拓展到中樞神經系統疾病、移植排斥和自身免疫性疾病等領域。體外培養來源于無關供體的角質形成細胞同種移植物用于嚴重的燒傷病人的治療，往往會引起排斥反應，而MHCI類分子是引起移植排斥的重要抗原。Mhashikar等用編碼抗 MHC I單鏈抗體的腺病毒轉染角質形成細胞，結果顯示明顯降低了MHCI的表達，細胞內抗體介導的表型敲除是否有利于同種移植物的存活還需要進一步研究。

3.1.4 用于未來診斷的生物傳感器和微矩陣技術

生物傳感器和微陣列技術在不久以后將有可能成為主要的體外診斷技術．對于大量診斷試劑盒，抗體有高敏感性和高特異性．從最初的玻璃界面到現在的多種蛋白親和界面，用于診斷的抗體微矩陣界面不斷發展．隨著體外機械人的出現，這一技術將進一步發展，并用于微生物污染、寄生蟲和生物病原體的檢測。

3.2基因工程抗體藥物的應用領域

1.腫瘤導向治療；

2.哮喘、銀屑病、類風濕性關節炎、紅斑狼瘡、急性心梗、膿毒癥、多發性硬化癥及其他自身免疫性疾病； 3.心腦血管疾病； 4.感染性疾病； 5.“生物導彈”

4.基因工程技術的發展方向

針對基因工程抗體藥物的應用，明確基因工程技術的發展方向，從而讓基因工程抗體對我們更有利[9]。

1.開發針對神經系統、腫瘤、心血管系統、艾滋病及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白質和核酸等新生物技術產品；

2.選擇一批市場前景好的生物技術產品及疫苗、診斷用單克隆抗體，開發重點是乙肝基因疫苗與單克隆抗體診斷試劑等；

3.開發靶向藥物主要是開發抗腫瘤藥物。目前治療腫瘤藥物確實存在一個所謂“敵我不分”的問題。在殺死癌細胞的同時，也殺死正常細胞。導向治療就是針對這個問題提出來。所謂導向治療就是利用抗體尋找靶標，如導彈的導航器，把藥物準確引入病灶，而不傷及其他組織和細胞；

4.人源化的單克隆抗體的研究開發。抗體可以對抗各種病原體，亦可作為導向器，但目前的單克隆抗體，多為鼠源抗體，其本身也被異種生物體視為抗原，當被注入人體后會誘導產生抗體或激發免疫反應。目前國外已研究噬菌體抗體技術，嵌合抗體技術，基因工程抗體技術以解決人源化抗體問題；

5.血液替代品的研究與開發仍然占重要地位。血液制品是采用大批混合的人體血漿制成的，由于人血難免被各種病原體所污染，如艾滋病病毒及乙肝病毒等，通過輸血而使接受輸血的人感染艾滋病或乙型肝炎的案例時有發生，因此利用基因工程開發血液替代品引人注目。

基因工程抗體的進展已使抗體制備技術進入了一個全新時代，尤其藥物抗體庫的進展，解決了人源抗體的研制，促進了各種性能優良抗體以及具有多種功能的抗體融合蛋白的開發，可以預見基因工程抗體的研制正在進入一個新的高峰。但是抗體的親和力減弱，與完整抗體結構相比，功能明顯就會降低。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的預測。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，充分重視轉基因抗體的安全性

【10】。

致謝：非常感謝閔令江老師在我大學的學習階段教給自己基因工程這門學科。我從中學到了很多知識，認識了關于基因工程方面的一些問題，使自己從一無所知到現在基本認識了這門學科，在此我向老師表示我誠摯的謝意，感謝老師的誠

摯教導。

【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，2002，27(2)：22 26。[3]Avivi I，Robinson S，Goldstone A．C1 inical use of rituximab in haematologica1 ma1ignancies[J]．Br．J．Cancer 2003，89：1389-1394．

[4]Cai X．，et a1．Proc．Nat1[J]．Acad．Sci．，USA 1995，92：6537-6541．

[5]Schi1lberg S．，Fischer R．，Emans N。Molecular farming of recombinant ant [6ibodies in plants[J]．Cel 1 Mo1．Life Sci．2003，60：433-445． ]Bouquin T．，Thomsen M．，Nie1sen L．K．，et a 1．Human ant i— rhesus D IgG1 ant ibody produced in transgenic plants[J]．Transgenic Res．2002，11：115-122．

[7]Wi seman G．A．，Leigh B．，ErwinW．D．，et a1． Radiation dosimetry results for Zevalin radioimmunotherapy of ritux。imab。refractory non—Hodgkin lymphoma．Cancer 2002，94：1 349—1 357． [8]沈孝宇。轉基因之爭[M]。北京:化學工業出版社,2008。

[9] 李彪;鼠－人嵌合抗體的研制及應用[J];國外醫學。放射醫學核醫學分冊;1996年04期。[10] 黃華梁;基因工程抗體的研究[J];中國腫瘤生物治療雜志。

基因工程在現代社會中的應用與前景

在基因水平上，采用與工程設計十分類似的方法，按照人類的需要進行設計，然后按設計方案創建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩定地遺傳給后代，這就是基因工程。

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，即“目的基因”。被稱為“分子剪刀”的“限制性轉切酶”可以在DNA分子上找到特定的“切點”，然后將認準的雙鏈交錯切斷。自70年代以來，人們已找到400多種形形色色的“分子剪刀”。二是將目的基因與質粒或病毒DNA連接成重組 DNA。在用同一種“分子剪刀”剪切的兩種DNA碎片中加上“分子針線”——“DNA連接酶”，就可以把兩種DNA片段重新連接起來。三是把重組DNA引入某種細胞。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。四是把目的基因能表達的受體細胞挑選出來。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。

科學家曾預言，21世紀是基因工程的世紀。基因工程對人類來說，作用是不可估量的，意義是深遠的。

隨著人類對基因研究的不斷深入，發現許多疾病是由于基因結構與功能發生改變所引起的。科學家將不僅能發現有缺陷的基因，而且還能掌握如何進行對基因診斷、修復、治療和預防，這是生物技術發展的前沿。這項成果將給人類的健康和生活帶來不可估量的利益。

所謂基因治療是指用基因工程的技術方法，將正常的基因轉如病患者的細胞中，以代病變基因，從而表達所缺乏的產物，或者通過關閉或降低異常表達的基因等途徑，達到治療某些遺傳病的目的。目前，已發現的遺傳病有6500多種，其中由單基因缺陷引起的就有約3000多種。因此，遺傳病是基因治療的主要對象。

基因治療的最新進展是即將用基因槍技術于基因治療。其方法是將特定的DNA用改進的基因槍技術導入小鼠的肌肉、肝臟、脾、腸道和皮膚獲得成功的表達。這一成功預示著人們未來可能利用基因槍傳送藥物到人體內的特定部位，以取代傳統的接種疫苗，并用基因槍技術來治療遺傳病。

目前，科學家們正在研究的是胎兒基因療法。如果現在的實驗療效得到進一步確證的話，就有可能將胎兒基因療法擴大到其它遺傳病，以防止出生患遺傳病癥的新生兒，從而從根本上提高后代的健康水平。

加快農作物新品種的培育

科學家們在利用基因工程技術改良農作物方面已取得重大進展，一場新的綠色革命近在眼前。這場新的綠色革命的一個顯著特點就是生物技術、農業、食品和醫藥行業將融合到一起。

基因技術的突破使科學家們得以用傳統育種專家難以想象的方式改良農作物。例如，基因技術可以使農作物自己釋放出殺蟲劑，可以使農作物種植在旱地或鹽堿地上，或者生產出營養更豐富的食品。科學家們還在開發可以生產出能夠防病的疫苗和食品的農作物。

基因技術也使開發農作物新品種的時間大為縮短。利用傳統的育種方法，需要七、八年時間才能培育出一個新的植物品種，基因工程技術使研究人員可以將任何一種基因注入到一種植物中，從而培育出一種全新的農作物品種，時間則縮短一半。

基因工程自20世紀70年代興起之后，經過二十多年的發展歷程，取得了驚人的成績，基因治療

特別是近十年來，基因工程的發展更是突飛猛進。基因轉移、基因擴增等技術的應用不僅使生命科學的研究發生了前所未有的變化，而且在實際應用領域——醫藥衛生、農牧業、食品工業、環境保護等方面也展示出美好的應用前景。

基因工程與醫藥衛生

目前，基因工程在醫藥衛生領域的應用非常廣泛，主要包括以下方面： 1.基因工程藥品的生產：

許多藥品的生產是從生物組織中提取的。受材料來源限制產量有限，其價格往往十分昂貴。

微生物生長迅速，容易控制，適于大規模工業化生產。若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產生相應的藥物，不但能解決產量問題，還能大大降低生產成本。⑴基因工程胰島素

胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產量之低和價格之高可想而知。

將合成的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養液就能產生100g胰島素！大規模工業化生產不但解決了這種比黃金還貴的藥品產量問題，還使其價格降低了30%-50%!⑵基因工程干擾素

干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。

基因工程人干擾素α-2b（安達芬）是我國第一個全國產化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調節人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。⑶其它基因工程藥物

人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現工業化生產，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發揮了重大的作用。基因工程藥品是制藥工業上的重大突破。

目前用基因診斷方法已經能夠檢測出腸道病毒、單純皰疹病毒等許多種病毒。

基因工程與農牧業、食品工業

基因工程在農牧業生產上的應用主要是培育高產、優質或具有特殊用途的動植物新品種。基因工程在農業方面的應用主要表現在兩個方面。首先，是通過基因工程技術獲得高產、穩產和具有優良品質的農作物。例如，用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質含量。其次，是用基因工程的方法培育出具有各種抗逆性的作物新品種。自然界中細菌的種類是非常多的，在細菌身上幾乎可以找到植物所需要的各種抗性，如抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等。如果將這些抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。

基因工程在畜牧養殖業上的應用也具有廣闊的前景，科學家將某些特定基因與病毒DNA構成重組DNA，然后通過感染或顯微注射技術①將重組DNA轉移到動物受精卵中。由這種受精 卵發育成的動物可以獲得人們所需要的各種優良品質，如具有抗病能力、高產仔率、高產奶率和高質量的皮毛等。

在工業上，由于用微生物進行發酵生產要比在大田中進行農牧業生產具有許多優越性，因而它已成為農牧業發展的一個遠景方向。而要實現這一目標，基因工程將是最有效的手段。例如，有人設想并正在試驗將抗生素生產菌放線菌或霉菌的有關遺傳基因轉移至發酵時間更短、更易于培養的細菌細胞中；將動物或人產胰島素的遺傳基因轉移至酵母或細菌的細胞中；將家蠶產絲蛋白的基因引入細菌細胞中；把人或動物產抗體、干擾素、激素或白細胞介素（interleukin）等的基因轉移至細菌細胞中；把不同病毒的表面抗原基因轉移到細菌細胞中以生產各種疫苗；用基因工程手段提高各種氨基酸發酵菌的產量；構建分解纖維素或木質素以生產重

要

代

謝

產

物的工

程

菌；

基因工程還可以為人類開辟新的食物來源。

基因工程與環境保護

基因工程的方法可以用于環境監測基因工程還可以用于被污染環境的凈化。造成環境污染的農藥，并試圖通過基因工程的方法回收和利用工業廢物。凡此種種，都是一些可望取得成功和發展前景十分光明的研究課題。

例如，目前用100000克胰臟只能提取3～4g胰島素，而用“工程菌”進行發酵生產，則只要用幾升發酵液就可取得同樣數量的產品。1978年，美國有兩個實驗室合作，使E．coli產生大白鼠胰島素的研究已獲成功。接著，又報道了通過基因工程使E．coli合成人胰島素實驗成功的消息。他們在實驗室中曾將人胰島素A、B兩鏈的人工合成基因分別組合到E．coli的不同質粒上，然后再轉移至菌體內。這種重組質粒可在E．coli細胞內進行正常的復制和表達，從而使帶有A、B鏈基因的“工程菌”菌株分別產生人胰島素的A、B鏈，然后再用人為 的方法，在體外通過二硫鍵使這兩條鏈連接成有活性的人胰島素。另外，在1977年，國外已利用基因工程技術，使E．coli生產出一種名為生長激素釋放因子“SRIH”的動物激素（一種十四肽，能抑制其他激素的釋放和治療糖尿病等），它原來要從羊的腦下垂體中提取，宰50萬頭羊也只能提取5mg的產品，而現在只要用10L發酵液就可獲得同樣的產量。近年來，應用遺傳工程獲得這類產品的例子正與日俱增，尤其是多肽類物質，如腦啡肽（大腦中的鎮痛物質）、卵清蛋白（即“OV”，389肽）、干擾素（用于治療病毒性感染）、胸腺素α-1（有免疫援助因子的作用，可治療癌癥）、乙型肝炎疫苗和口蹄疫病毒疫苗等。我國學者也急起直追，在腦啡肽、α-干擾素、γ-干擾素、人生長激素、乙型肝炎疫苗、含乙肝表面抗原基因的牛痘病毒株以及青霉素酰化酶等的基因工程研究中，取得了一系列令人鼓舞的成果。

（2）基因工程在農業上的應用基因工程在農業上應用的領域也十分廣闊。有人估計，到本世紀末，每年上市的植物基因工程產品的價值，相當于醫藥產品的十倍。幾個主要的應用領域包括：①將固氮菌的固氮基因轉移到生長在重要作物的根際微生物或致瘤微生物中去，或是干脆將它引入到這類作物的細胞中，以獲得能獨立固氮的新型作物品種。根據估算，利用前一方法，其研究經費僅及通過常規方法發展氮肥工業以達到同樣效果的二百分之一至二千分之一；而后一途徑則更省事，其成本還不到上述的二千分之一；②將木質素分解酶的基因或纖維素分解酶的基因重組到酵母菌內，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上貯量極大并可永續利用的廉價原料來直接生產酒精，并可望為人類開辟一個取之不盡的新能源和化工原料來源；③改良和培育農作物和家畜、家禽新品種，包括提高光合作用效率以及各種抗性基因工程（植物的抗鹽、抗旱、抗病基因以及魚的抗凍蛋白基因）等。

基因工程的前景

從70年代起逐步建立起來的基因工程技術，使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分離變得十分容易。這些基因或特殊DNA片段的一級結構（即它們的核苷酸序列）的測定也是十分容易的，由基因的核苷酸序列去推測蛋白質的氨基酸殘基的序列也變得輕易而舉。利用計算機技術可以很容易的對推測出來的蛋白質進行高級結構的分析，可以對來自不同生物種類的基因序列進行同源性分析。所有這些方法或技術的廣泛使用，不僅大大地推動了分子生物學的迅猛發展，而且也大大推動了生命科學各個分支領域的迅速發展。因此，基因工程技術的第一個重要應用領域就是大大的推動了科學理論研究的發展。

由于基因工程是從遺傳物質基礎上對原有的生物（常常稱之為受體生物）進行改造，經過改造的生物就會按照研究者的意愿獲得某種（些）新的基因，從而使該生物獲得某些新的

遺傳性狀。這種性狀可以用人的肉眼直接觀察到，也可能是通過某些反應或儀器間接觀察到。這種受體生物可能是微生物，植物或動物，因而它會涉及到許多生產行業。

基因工程技術幾乎涉及到人類的生存所必需的各個行業。比如將一個具有殺蟲效果的基因轉移到棉花、水稻等農作物種中，這些轉基因作物就有了抗蟲能力，因此基因工程被應用到農業領域；要是把抗蟲基因轉移到楊樹、松樹等樹木中，基因工程就被應用到林業領域；要是把生物激素基因轉移到支物中去，這就與漁業和畜牧業有關了；如果利用微生物或動物細胞來生產多肽藥物，那么基因工程就可以應用到醫學領域。總之一句話，基因工程應用范圍將是十分廣泛的

第二篇：基因工程論文

學號：13054107

基因工程結課論文

靶向MRP1基因pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒表達載體構建

院（系）名

稱： 理學院 專業

名

稱： 生物科學 學

生

姓名： 姜己玉 所

在班

級： 13-1

目錄

摘要............................................................................................................................................2 第一章 緒論..............................................................3 1..1RNAi的研究進展....................................................3 1.1.1RNAi的分子作用機制...........................................3 1.1.2 RNAi 的特點..................................................3 1.1.3 siRNA簡介.........................................................3 1.1.4 s iRNA 的設計原則..........................................3 1.2 用于 RNA i 的載體....................................................4 1.2.1 載體的選擇..................................................4 1.2.2 質粒人工構建的目的.................................................4 1.3 MRP1 的研究進展......................................................4 第二章 實驗材料與方法.....................................................5 2.1 實驗材料.............................................................5 2.1.1 宿主菌.............................................................5 2.1.3 載體通用引物................................................5 2.1.5 主要儀器..........................................................5 2.2 試驗方法.........................................................5 2.2.1 shRNA 的設計與退火..................................................5 2.2.2 合成干涉片段的退火..........................................6 2.2.3 重組載體的構建..............................................6 2.2.4 菌落PCR初步篩選陽性重組子..................................7 2.2.5 測序鑒定重組載體...............................................7 第三章 結果與分析.........................................................8 3.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后膠回收結果...........................8 3.1.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后結果.............................8 3.1.2 目的片段的回收................................................8 3.2 重組質粒的菌落PCR...................................................8 3.3 重組質粒大量提取......................................................8 3.4 重組質粒測序結果.................................................8 參考文獻..................................................................9

摘 要

癌癥嚴重威脅著人類的健康，其發病率呈上升趨勢。化療作為其常規臨床治療手段，在癌癥治療中具有手術和放射治療不能替代的作用。腫瘤細胞的多藥耐藥性（multidrug resistance, MDR）是導致腫瘤細胞化療失敗的主要原因。腫瘤細胞產生多藥耐藥的原因較為復雜，多藥耐藥相關蛋白1（Multidrug Resistance-associated Protein 1，MRP1）的過度表達是導致其產生多藥耐藥的主要原因之一。RNA干擾(RNA interference，RNAi)是近年來發現的能快速、高效、特異的沉默目的基因表達的技術，如能通過RNAi技術沉默MDR1基因，逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥性將為改善癌癥病人的化療效果奠定基礎。

目的：本課題選用pRNAT-H1.1/shuttle-RFP表達穿梭載體。構建針對mrp1 mRNA的RNA干擾表達載體。

方法：將預先根據MRP1基因序列設計合成的編碼siRNA的cDNA序列與pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒載體連接，構建靶向mrp1 siRNA重組質粒。將重組質粒轉化E.coli DH5α后大量提取重組質粒，經菌落 PCR和 DNA測序分析檢測重組載體構建結果。

結果：成功構建靶向MRP1基因pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒表達載體。為下一步抑制mrp1基因在腫瘤細胞中的表達奠定基礎。

關鍵詞：RNA干擾；MRP1；pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒；穿梭載體

第1章 緒 論

1.1 RNAi的研究進展

RNA干擾(RNA interference , RNAi)是由雙鏈RNA分子介導的序列特異性轉錄后基因沉默過程，為一種雙鏈RNA分子在mRNA 水平上關閉相關基因表達的過程，是一項新興的基因阻斷技術。RNAi有望成為分析人類基因組功能的有力工具，在腫瘤病因、免疫機制及治療等方面的研究上有廣闊的發展前景。

1.1.1 RNAi的分子作用機制

RNAi的作用機制在眾多學者的努力研究下日漸明朗。不同生物體內的RNA干擾作用機制也各有不同，但是主要可以分為兩種類型：特異效應作用機制與非特異效應作用機制。特異性效應一般發生在短雙鏈RNA（21～23nt）上，非特異性效應發生于長雙鏈RNA（30nt以上）。

1.1.2 RNAi的特點

RNAi具有高效性，也就是說與細胞內的mRNA的量相比，注入細胞內的siRNA的量要少得多。但由于循環放大機制的存在，仍可以有效地阻斷目的基因的表達；同時，RNAi也具有高特異性，小干擾RNA由dsRNA降解得到的，除在序列識別中不起主要作用的正義鏈3′端的兩個堿基以外，其余堿基均為必需。

1.1.3 siRNA簡介

RNA干擾作用是通過siRNA（small interfering RNA，siRNA）這類小RNA分子作為較穩定的中間介質實現的。通過對植物的研究證明，雙鏈RNA復合體降解為35nt左右的小RNA分子后通過序列互補與mRNA結合，進而降解mRNA。

1.1.4 siRNA的設計原則

RNAi 作用的成功與否，關鍵在于siRNA序列的結構，不同結構的siRNA序列沉默基因的效率差別很大，2001年，Elbashir S M等[應用化學合成法合成了siRNA，并發現可以誘導哺乳動物發生RNAi，他們進而據此提出了siRNA 設計方法：1)從起始密碼下游50~100nt開始搜索siRNA以避免出現于5′或3′端的UTRs 的蛋白結合位點，；

2)搜索5′AA(N19)UU序列，如果沒有相應序列，可以選擇5′AA(N21)或5′NA(N21)；3)G/C含量在32%~79%之間[16]； 4)要確定siRNA對靶基因的特異性，可以利用Blast軟件在基因組中進行比對，；5)設置在基因組中無對應序列的siRNA的對照siRNA。但是，Elbashir S M等的設計方法siRNA 篩選效率仍然很低，要更好的掌握RNAi。

1.2 用于RNAi的載體

基因工程中，攜帶目的基因進入宿主細胞進行擴增和表達的工具，稱為載體。是指能夠運載外源DNA片段進入受體細胞，具有自我復制能力，使外源DNA片段在受體細胞中得到擴增和表達，不被受體細胞的酶系統所破壞的一類DNA分子。載體具有以下的功能：（1）運送外源基因高效轉入受體細胞；（2）為外源基因提供復制能力或整合能力；（3）為外源基因的擴增或表達提供必要的條件。

1.2.1載體的選擇

質粒是為一種1-200kb不等的雙鏈、閉環的DNA分子。是染色體外穩定遺傳，并能以超螺旋狀態存在于宿主細胞中的因子。RNA干擾實驗通常選用質粒作為載體。質粒載體是為適應實驗室操作在天然質粒的基礎上人工構建的。但是，天然質粒的缺點是分子量大，拷貝數低，所以為使分子量盡可能減少，必須去掉大部分的非必需序列，以便于基因工程操作。

1.2.2 質粒人工構建的目的

天然存在的野生型質粒由于分子量大、拷貝數低、單一酶切位點少、遺傳標記不理想等缺陷，因而不適合用作基因工程的載體，必須對之進行改造構建

1.3 MRP1的研究進展

MRP1的底物 直接通過細胞毒性分析和底物刺激的ATP酶測量進行識別MRP1的底物的，底物是由大量的多樣化的疏水復合物，有機陰離子結合物以及陰離子非結合性底物所組成。典型的結合型底物包括：谷胱甘肽，葡糖醛酸和硫酸鹽結合物，MRP1的組織分布 MRP1在體內的表達可以說是無所不在。

第2章 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

2.1.1 宿主菌

E.coli DH5α：為感受態宿主菌由北京鼎國生物技術有限責任公司提供。

2.1.2 質粒載體

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒。pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒特性如下：pRNAT-H1.1/shuttle 是一種腺病毒siRNA穿梭質粒，shRNA的表達由人的轉錄啟動子H1 Promoter啟動，H1啟動子屬于PolⅢ啟動子，該啟動子總在其下游的固定距離開始轉錄合成RNA，轉錄過程遇到4~5個連續的U即終止，非常精確；同時CMV Promoter為真核生物啟動子，可在該質粒中高效啟動紅色熒光蛋白的表達；MCS為多克隆位點。

2.1.3 載體通用引物

正向引物（M13）：5′-GTTTTCCCAGTCACGAC-3′ 反向引物（Rev）：5′-GAGTTAGCTCACTCATTAGGC-3′

2.1.4 主要試劑、具酶及儀器

質粒快速提取試劑盒，Sanprep柱式DNA膠回收試劑盒，10×PCR buffer，dNTP，Marker(1kb,100bp)，Goldview DNA染料，EDTA Bio Basic Inc 溶菌酶，LiCl Amresco RNase Sigma bacto-typtone Bio Basic Inc bacto-yeast extract Bio Basic Inc PEG8000，HindⅢ NEB，BamHI NEB，T4DNA連接酶 NEB，Taq酶，微量振蕩器（MM-2型），微量振蕩器（MM-2型），恒溫空氣搖床，電子天平，紫外分析儀（ZF型），低溫離心機（SK18），低溫離心機（SK18），PCR儀（9600型），ABI 恒溫磁力攪拌器（2003-16），恒溫水浴鍋，自動雙重純水儀

2.2 實驗方法

2.2.1 shRNA的設計與退火

根據siRNA設計原則[34]，根據MRP1靶序列，設計合成四對互補反向重復脫氧核糖核酸序列，中間間隔9nt莖環序列(TTCAAGAGA)，5′端帶有BamHⅠ酶切位點，3′端帶有HindⅢ酶切位點，用BLAST進行同源性分析，確定與其他基因無同源性。shRNA的 5

DNA模板由上海生工合成，單鏈干涉片段退火后形成雙鏈。根據2個靶序列設計的2對DNA干涉片段mrp1-1，mrp1-2。

2.2.2 合成干涉片段的退火

合成片段的退火體系：各管混勻后90℃保溫3分鐘，37℃保溫1h，再取5μL退火溶液加45μL 滅菌雙蒸水混勻，使干涉片段終濃度為8ng/μL。

2.2.3 重組載體的構建

（1）將含有pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒的大腸桿菌接種入盛有200mL LB培養基（含2μg/mL氨芐青霉素）的500mL三角瓶中，置37℃振蕩培養過夜（置搖床中160r/min）。（2）實驗前預先配制溶液Ⅱ，溶菌酶。預冷溶菌酶、溶液Ⅰ和溶液Ⅲ。取出菌懸液，觀察菌體生長狀況，將菌懸液分裝于兩個250ml離心桶中，調平。預冷離心機至4℃，4℃下8000r/min離心5min，棄上清，得菌體。（3）加預冷的溶液Ⅰ50ml于每離心桶，混勻，洗滌沉淀。8000r/min離心5min，棄上清，得沉淀。此步驟的目的為出去培養基，以獲得更純的細菌沉淀物。（4）用17ml溶液Ⅰ吹散重懸細菌沉淀物，加3ml新配制的溶菌酶溶液，溫和混勻，室溫放置10min，裂解大腸桿菌。（5）加40ml新配制的溶液Ⅱ，以使菌體破碎，釋放質粒DNA等內容物。緩慢顛倒數次，防止破壞基因組DNA，室溫放置3min。（6）加30ml預冷的溶液Ⅲ，緩慢顛倒數次，防止SDS破壞基因組DNA，冰浴放置15min。4℃下以10000r/min離心10min，然后將上清液全部倒入新離心桶中。（7）將上清液在4℃下以10000r/min離心10min，然后將上清液經8層紗布過濾至新離心桶中。（8）加0.6倍體積（約54ml）的異丙醇，充分混勻，室溫放置15min，以沉淀核酸。8000r/min離心15min，小心倒掉上清，敞開瓶口倒置于紙巾上，使殘余上清液流盡，晾干。（9）加15ml水再加15ml LiCl（預冷）混勻，靜置沉淀15min，4℃下10000r/min離心15min，以出去蛋白質和RNA。（10）倒上清于新的離心桶中，加30ml異丙醇，劇烈震蕩，靜置沉淀15min，在4℃下以10000r/min離心15min。再次沉淀核酸。（11）棄上清，得到沉淀的核酸。敞開瓶口倒置于紙巾上使殘余上清液流盡。（12）用70%乙醇洗滌沉淀，4℃下以10000r/min離心5min，棄去乙醇，離心桶敞口倒置于紙巾上，使乙醇揮發殆盡。此步驟可以沉淀DNA。（13）加2ml無菌水溶解沉淀，將液體吸到10ml離心管中，再吸2ml ddH2O沖洗瓶壁，隨后將洗液加到同一10ml離心管中，隨后加100μl RNaseA，37℃，水浴30min。以使RNA徹底分解。（14）加等體積含13％（w/v）聚乙二醇（PEG 8000）的1.6mol/L NaCl,充分混合，用微量離心機于4℃以12000轉/分，離心15分鐘，以回收質粒DNA。（15）沉淀用3ml70%乙醇重懸清洗，以除去PEG，12000r/min離心8min。（16）重復上步操作，將離心管倒扣于紙巾上10min，加1ml H2O溶解，用等體積酚/氯仿/異戊醇再抽提一次蛋白質，室溫下8000r/miin離心10min。（17）小心吸上清與另一離心管中，加2倍體積的預冷無水乙醇，再加0.1體積的NaAC（3mol，pH5.2），冰上沉淀20min，4℃下10000r/min離心15min，使DNA沉淀出來。（18）去上清加入3ml 70%乙醇重懸清洗，10000r/min 離心15min，晾干，用500μl無菌水溶解沉淀。

2.2.4菌落PCR初步篩選陽性重組子

滅菌牙簽挑取LB篩選平板上圓滑單菌落，先在預先分隔并標記的另一LB平皿上劃板，然后點入制備好的PCR反應混合液，開始擴增。PCR反應條件為：94℃預變性2分鐘；94℃ 變性30s，55℃ 退火30s，72℃ 延伸45s，共35個循環；72℃ 延伸1分鐘，4℃保存，1.2％瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產物。劃板的平皿于37℃培養12-16h。

2.2.5 測序鑒定重組載體

將小提鑒定結果正確的質粒送交上海生工生物工程技術服務有限司，以載體反向引物為測序引物。將經鑒定后未發生突變的H1.1-

1、H1.1-2靶向MRP1基因siRNA重組質粒的宿主菌搖瓶擴大培養后，進行質粒大量提取,方法如2.1.2.3.1所述。

第3章 結果與分析

3.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后膠回收結果

3.1.1 質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切后結果

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質粒經HindⅢ和BamHI雙酶切，結果顯示單酶切產物大小約為6200bp，雙酶切產物略小于單酶切產物，與預期結果相符。

3.1.2 目的片段的回收

目的片段回收 ,結果顯示回收產物大小約為6Kb，與預期結果相符。

3.2 重組載體的菌落PCR 重組載體菌落 PCR電泳，結果顯示PCR擴增產物,電泳分析發現陽性產物可以擴增出560bp大小的條帶，假陽性產物不能擴增出560bp大小的條帶,與預期結果相符，可以初步篩選出陽性產物。

3.3 重組質粒大量提取

重組質粒大量提取后的電泳，結果顯示pRNAT-H1.1/shuttle-RFP 重組質粒大小約為6.2kb，與預期結果相符。

重組質粒大提并稀釋50倍以后在紫外分光光度儀Genespec上測其OD值。

3.4 重組質粒測序結果

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒測序鑒定，結果顯示重組質粒的堿基序列與預期結果一致，未發生堿基突變，說明pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質粒構建成功。

參考文獻

[1] 張淑華.小干擾RNA靶向VEGF基因在體內外抑制乳腺癌細胞增殖的研究[D].青島:青島大學碩士，2007.[2] Sharp PA.RNA interference-2001.Genes Dev.2001, 15: 485-490.[3] 康潔, 劉福林.RNAi的抗病毒作用及其機制[J].現代免疫學, 2004, 24(5): 439-441.[4] 林少微,王雪華,鄭高哲等.RNAi的研究進展 [J].中國醫藥導報, 2007, 4(29)_3.[5] 黃艷敏,賈欣秒.RNA干擾技術的研究進展 [J].河北化工, 2009, 32(1):213-216.[6] 鄧慶.E2F8及腫瘤-睪丸(CT)基因在肝癌中作用的研究[D].上海交通大學碩士.2009.[7] 賴長城.人類Pin1在食管癌組織中的表達[D].福建:廈門大學碩士.2008.[8] 魏群，分子生物學實驗指導（第二版）[Q]2007,11:3.[9] 陳愛葵,李梅紅.RNAi的研究及應用 [J].廣東教育學院學報, 2008, 28(3):5.[10] 王光海.MRP1與肺癌耐藥.臨床肺科雜志[J].2005,5，（3）：367.

第三篇：基因工程論文

基因工程論文

一． 定義

基因工程（genetic engineering）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。基因工程技術為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段

二，基本操作步驟：

1．提取目的基因：一條是從供體，的DNA中直接分離基因；另一條是人工合成基因（1）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：用限制酶將供體細胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運載體，然后通過運載體分別轉入不同的受體細胞，讓供體細胞提供的DNA（即外源DNA）的所有片段分別在各個受體細胞中大量復制（在遺傳學中叫做擴增），從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。

（2）工合成基因的方法主要有兩條。一條途徑是以目的基因轉錄成的信使RNA為模版，反轉錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。另一條途徑是根據已知的蛋白質的氨基酸序列，推測出相應的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對的原則，推測出它的基因的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。

2.目的基因與載體結合：將目的基因與運載體結合的過程，實際上是不同來源的DNA重新組合的過程。

3.將目的基因導入受體細胞：目的基因的片段與運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分子引入受體細胞中進行擴增。

4.目的基因檢測與表達：在全部的受體細胞中，真正能夠攝入重組DNA分子的受體細胞是很少的。必須通過一定的手段對受體細胞中是否導入了目的基因進行檢測。重組DNA分子進入受體細胞后，受體細胞必須表現出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達過程。

三．基因工程應用：

1．與醫藥衛生

（1）生產基因工程藥品（2）基因診斷（3）基因治療

2．與農牧業、食品工業

（1）農業：培育高產、優質或具特殊用途的動植物新品種。

（2）畜牧養殖業：培育體型巨大、品質優良的轉基因動物；利用外源基因在哺乳動物體內的表達獲得人類所需要的各種物質，如激素、抗體及酶類等。（3）食品工業：為人類開辟新的食物來源。

3．與環境保護

（1）用于環境監測：用DNA探針可檢測飲水中病毒的含量

（2）用于被污染環境的凈化：分解石油的“超級細菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌；能夠凈化鎘污染的植物；構建新的殺蟲劑；回收、利用工業廢物等。

生物081 馬明臣 0802030119

第四篇：基因工程論文

淮陰工學院生物課程論文 引言（或緒論）

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基因工程也稱遺傳工程，它主要是指通過DNA重組技術，對生物特定的基因進行復制（克隆）、改造（修飾、重組）或人工合成新的基因，以達到改造生物性狀乃至創造新的物種的目的。基因工程就是在基因水平（分子水平）上對生命體的操作。基因技術將可能給人類在疾病防治、健康保健直至延年益壽方面帶來的革命性變化勾起了人們對未來美好生活的無限憧憬。

1.1 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。

1.2 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 淮陰工學院生物課程論文

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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。

1.3 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。基因工程存在的爭議

目前普遍的看法是，人類在基因技術如何影響人類社會傳統倫理道德方面的研究遠遠落后于對基因技術本身的研究。塞萊拉基因公司老板文特爾就曾鄭重指出，人類 淮陰工學院生物課程論文

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基因圖譜雖然由人類各國共享，但決不能濫用。我認為所有的科學創造、發明都應該以改善人類生活為目的，基因工程方面的研究也如此。我們應鼓勵基因科學的深入發展，國家也應該加大投入。但是克隆人以及一些武器發展方面的問題，就要靠社會的約束和管理，要靠人類自己的抉擇，畢竟科學都是有正反兩面性的。就基因工程技術本身而言，也存在著不少爭議，不得不讓人重視。

2.1 對遺傳工程的生物能否給予專利保護

就像過去歐洲圈占無生命的公有資源土地一樣，“圈地運動”同樣存于今天：美國一家公司用一種植物為原料制成抗癌物質，賺取上億美元,而這一植物的自然資源地的人們卻沒有拿到一分錢補償，這時就涉 及到生物遺傳資源能否擁有私有知識產權的問題。

2.2 要不要反對生物剽竊

不少發展中國家擁有原始遺傳資源，而發達國家卻擁有生物技術革命的手段，可以把基因庫資源變成商品。印度有一種訥木樹，一家西方公司從其中分離出有效成份，申請和獲得多項訥木提取液生產工藝的專利，這種被生物資源地稱之為“生物剽竊”的做法是否妥當。

2.3 人類能否成為知識產權

美國衛生研究院從巴拿馬婦女血液中分離一種病毒，可以生成研究艾滋病和白血病的抗體，并申請專利；印度近親結婚多，成為國際基因勘察目標，對遺傳缺陷和遺傳基因感興趣的“基因獵手”們蜂擁而至。這些做法在世界上正受到強烈的抵制，1994 年，40 多個國家的婦女反對美國公司申請和獲得乳腺癌基因的專利，因為這些基因是自然產物，不是人類發明，不應成為知識產權。

2.4 基因工程會不會給地球帶來嚴重的環境后果

基因可以隨著技術的發展和人類的應用而產生流動，這種“基因流”就帶來“遺傳污染”。比如消化木質素的遺傳工程酶對造紙業有極大的價值，可一旦這種細菌進入森林，則導致森林毀滅。更可怕的是基因武器，故意釋放危險的遺傳工程病毒，造成世界污染。

2.5 遺傳工程使動物受難

在科學實驗中插入突變基因的小鼠，常常發生沒有后腿、面裂、腦缺，世界動物 淮陰工學院生物課程論文

保護協會對這些實驗一直都持反對態度。

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2.6 轉基因動物的爭論

有兩種意見：一種是稱贊轉基因動物突破傳統技術，產生全新的生物，帶來無限商機，是一個進化的表現，是一個革命；另一種理論表示這在道德上違反了生物類群的遺傳本質，對進化歷史和傳統飼養的徹底背離。

2.7 遺傳工程食品會不會危及人類健康

致敏性生物基因的遺傳工程食品會引發人群嚴重變態反應。

2.8 遺傳工程動物器官移植的新憂慮

這項技術可能導致動物跨種系傳播，造成全球擴散，比如艾滋病。人類很久以來所追求和艱難保存的個人和公共的安全，可能在追求完美自身的遺傳改造過程中不可逆地喪失。在這種情況下，生物技術雖然有一個清楚的開端，目前卻沒有一個清楚的結尾。對于這些爭議，作為科技界，應該在保持清醒頭腦和良知的同時做出認真選擇，讓基因工程趨利避害，真正為社會和人類服務。轉基因食品的隱患

雖然轉基因食品研究歷史只有短短幾十年，但其提高產量、增強自身抗病抗蟲等優點較為明顯，另一方面，其潛在的風險，如過敏性、毒性及對環境影響也令世人關注。

3.1 毒性問題

一些研究學者認為，對于基因的人工提煉和添加，可能在達到某些人們想達到的效果的同時，也增加和積聚了食物中原有的微量毒素。

3.2 過敏反應問題

對于一種食物過敏的人有時還會對一種以前他們不過敏的食物產生過敏，比如：科學家將玉米的某一段基因加入到核桃、小麥和貝類動物的基因中，蛋白質也隨基因加了進去，那么，以前吃玉米過敏的人就可能對這些核桃、小麥和貝類食品過敏。

3.3 營養問題

科學家們認為外來基因會以一種人們目前還不甚了解的方式破壞食物中的營養成分。淮陰工學院生物課程論文

3.4 對抗生素的抵抗作用

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當科學家把一個外來基因加入到植物或細菌中去，這個基因會與別的基因連接在一起。人們在服用了這種改良食物后，食物會在人體內將抗藥性基因傳給致病的細菌，使人體產生抗藥性。

3.5 對環境的威脅

在許多基因改良品種中包含有從桿菌中提取出來的細菌基因，這種基因會產生一種對昆蟲和害蟲有毒的蛋白質。在一次實驗室研究中，一種蝴蝶的幼蟲在吃了含桿菌基因的馬利筋屬植物的花粉之后，產生了死亡或不正常發育的現象，這引起了生態學家們的另一種擔心，那些不在改良范圍之內的其它物種有可能成為改良物種的受害者。淮陰工學院生物課程論文

結

論

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生物技術是20世紀末期在現代分子生物學等生命科學的基礎上發展起來的一個新興技術領域，目前人們常說的生物技術一般指基因工程技術，是現代生物技術的核心。利用基因工程技術改變基因組構成而形成的動植物、微生物及其產品被稱為轉基因生物產品。由于基因工程技術在生產上的應用打破了無中間天然雜交的屏障，不同物種間的遺傳物質可以互相交流，因此人們有理由相信這種技術的實際應用會對人類、動植物、微生物及其生態環境構成危險或潛在風險，即生物安全。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。淮陰工學院生物課程論文

參 考 文 獻

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共 7 頁 樓士林,楊盛昌,龍敏南,等.基因工程[M ].北京:科學出版社,2002.李慶軍,董艷桐,施冰.植物抗蟲基因的研究進展[ J ].林業科技, 2002, 27 3 吳乃虎，基因工程原理.北京：科學出版社，1998 4 張慧展，基因工程.上海：華東理工大學出版社，2005

第五篇：基因工程論文

淺談基因工程的應用

及發展前景

姓名：**** 課堂編號：*** 學號：******** 專業年級：******** 指導老師：*** 摘要：20世紀70年代以來基因工程技術在世界范圍內迅速興起，為揭開生命世界的奧秘打開了一條通道，它被人們寄予著緩解饑餓與貧困的期待，也凝聚這人們改善生活質量，提高生活水平的美好憧憬，這就是基因工程賴以存在與發展的意義所在。

關鍵詞：基因工程 農業 醫學 環保 前景

Abstract：70 years since the 20th century，genetic engineering technology in the world is rising rapidly，to uncover the mysteries of life and the world opens up a channel，it is the people sent to the expectations of hunger and poverty relief，but also unite the people improve their quality of life，improve living standards good vision，and this is genetic engineering which the meaning of existence and development.基因工程，又稱DNA 重組技術，是指在基因水平上，以人工的方法取得目的基因，在體外重組于載體上，形成重組DNA分子，然后將重組DNA 分子轉入受體細胞進行復制、轉錄和翻譯，從而產生人們所需要的目的基因的產物。基因工程技術打破了天然物種屏障，人們可以按照主觀愿望，將來自不同生物體的DNA 片段組合到一起，并獲得新的表達產物。

基因工程技術的不斷發展使其在農業、醫學、環保等方面取得了廣泛的應用，帶來了巨大的科學價值和經濟效益。基因工程通過基因重組實現產品的改良，例如獲得殺蟲或抗病活性，產生更多的代謝產物，或產生新型代謝產物等。通過基因工程技術產生的基因工程體一般可以產生經濟或社會效益，或具有明顯的產生經濟或社會效益的潛力。以下通過基因工程在農業、醫學和環保三個方面來說明基因工程的應用及發展前景。基因工程用于農業方面

農業是目前基因工程技術引用最廣泛的領域之一，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。例如：中國科學院把抗病毒基因轉到了水稻的細胞里，由此培育出的植株可以抵抗水稻常見的一些病害，并能穩定遺傳抗蟲。同時，植物基因工程技術的興起為創造植物雄性不育系提供了新的策略和可能[1]。人們采用特異性啟動子與RNA酶基因構建嵌合基因這一策略來實現創造雄性不育系。事實證明，這在煙草、油菜、小麥、水稻和一些果樹雨中中取得了成功。

另一方面，轉基因技術的實現也為農業創造高質量、高產量的新品種。轉基因技術能培養出多種快速生長的轉基因魚、轉基因羊、產奶量高的轉基因牛等[2]。隨著生活水平的提高，人們越來越關注農業產品的口味、口感、營養成分、欣賞價值等品質性狀。實踐證明，利用基因工程可以很好地改善植物的品質，在人們的不斷努力下，越來越多的基因工程農業產品進入了市場，利用基因工程改良作物品質也取得了不少進展，如美國Florida Gainesville大學的科學家將外源高分子量面筋蛋白基因導入普通小麥中，獲得了含量更多的高分子量面筋蛋白質的小麥，這樣的小麥面筋蛋白具有良好的延伸性和彈性[3]。基因工程用于醫學方面

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。我國科學家應用安福隆治療慢性乙型病毒性肝炎患者45 例，第1個月每天肌肉注射1 次安福隆500 萬u，后改為隔天肌肉注射1次，療程為6個月；與給予甘利欣、維生素C等保肝藥物治療的對照組47例進行了比較。結果治療組肝功能復常率、HBVDNA 陰轉率、HBeAg 陰轉率、HBeAb 陽轉率均明顯高于對照組并有顯著統計學意義。該臨床研究證明安福隆治療慢性乙型病毒性肝炎療效確切[4]。

同時了，基因工程的發展使得基因診斷得到廣泛的應用。一些遺傳病和癌癥的發病與基因的突變有關，在基因水平可以做出正確的診斷。常用的方法有DNA分子雜交，檢測基因的缺失、重排、基因拷貝數擴增等。在多聚酶鏈式反應技術發明后，使基因診斷方法趨于簡便。可以不必做DNA分子雜交，而直接從擴增的DNA分子做酶切分析。有的不需做酶切而從擴增片段的長度就可作為找診斷指標。用PCR法擴增片段做RFLP分析，又成俄日擴增片段長度多態性——AmpFLP [5]。

基因工程用于環保方面

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。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。

生物柴油作為一種新型可再生能源，其生產原料主要為含油植物，如大豆、油菜、棕櫚和蓖麻等。此外，將含油微藻作為生物柴油原料，也在逐漸成為一個新的研究領域。用微藻生產生物柴油具有更多優勢，科學家利用小球藻生產的生物柴油，不僅具有傳統化石柴油相當的密度、粘度和熱值，而且具有更低的冷濾點和良好的發動機低溫啟動性能[6]。

目前國外已有許多公司開始利用基因工程研究生物柴油及其他生物燃料，圣地亞哥藍寶石能源生物科技公司稱，他們有望在2011年前銷售由藻類生產出的“汽油”；科羅拉多州的Solix 生物燃料公司的第一個試點工廠，計劃于今年夏天正式投產營運[7]。鑒于基因工程所開發的生物燃料是能源發展的大勢所趨，致力于開發并大量生產生物燃料的公司，最后獲得的不僅僅是可觀的利潤，他們還將創造歷史。基因工程的發展前景

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。基因工程這一生物技術最大的特征就在于它與人類的生命健康和生活質量息息相關，而且這種相關性要強于其他任何科學技術。在解決這些倫理問題之前，我們必須要先確立解決這些倫理問題的基本思路。只有把基本思路規劃好，才能有針對性的解決問題，避免走彎路。解決基因工程倫理問題的基本思路可以概括為四個基本原則，即不傷害原則、有利原則、尊重原則以及公正原則[8]。

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。

基因工程技術還在發展階段，它的許多用途和功能仍有待我們去發掘，趨利避害是我們發展基因工程技術的基本原則，讓基因工程技術成為社會發展與人們生活水平提高的福音。

參考文獻：

[1]孫明 《基因工程》 高等教育出版社 2005 [2]孟瑞芝 淺談基因工程在農業生產中的應用 2009 [3]陳慧 基因工程技術在食品營養品質、風味改良中的應用 牧與飼料科學 2010 31（4）27-28 [4]賈志杰 我國基因工程藥物研究與應用新進展 長春中醫藥大學學報 2010 26（2）290-291 [5]翟中和 《生命科學和生物技術》 山東教育出版社 1996 [6]鄭明剛 基因工程在生物柴油原料中的應用研究 農業基礎科學 2010 22-26 [7]方陵生 源自基因工程的新一代生物燃料 世界科學 2009 8-10 [8]趙宏韜 淺析基因工程倫理中的有利原則 東方企業文化 2010 202 [9]閆新甫 《轉基因植物》 2002 [10]韋凱 植物基因工程的應用及其發展 魅力中國 2009 45