例说基因工程的应用前景

例说基因工程的应用前景 周应章工作室 选修3教学参考 例说基因工程的应用前景 沈益雷,普陀中学 316100, 30多年来，基因工程在理论和实际应用方面都取得了惊人的成绩，它不仅使整个生命科学领域发生了前所未有的深刻变化，而且已向基因工程产业化发展。 突破了传统杂交育种的局限性 基因工程技术拓宽了传统生物科学技术的领域，可以克服物种之间的遗传屏障，按照人们的愿望，定向培养或创造出新的生命形态，以满足社会发展的需要。我国第一个获准进行商品化生产的基因工程番茄品种华番1号，经测定在13,30?下可贮藏45天左右，大大延长了保鲜期，解决了由于果实具有呼吸跃变期而难贮藏的难题。 北京农林科学院的工作人员经4年的努力，将来自美国优质面包小麦品种CHEYENNE的谷蛋白亚基导入到北京地区推广种植的抗病、高产品种，获得蛋白质含量较高的小麦类型，具有比较好的前景。 加州戴维斯的一家基因工程公司从矮牵牛中 分离出一种新编码蓝色基因，导入玫瑰花中获得开 蓝色花的玫瑰。 有人将编码高含硫氨基酸的蛋白质基因导入 豆牧草，使之在茎中高度达，大大提高了其作为 饲料的营养价值。在改变油料作物油脂的组成方面， 近几年已取得一系列重要的突破。通过导入硬脂酸ACP脱氢酶的反义基因，在转基因油菜和芜菁的种子中硬脂酸的含量由2%增加到40%，增加20倍。 21世纪的重点课题之一是利用已完成的水稻等植物基因图谱，分离和克隆出与农作物产量、品质、抗性等性状相关基因，搞清楚这些基因的结构与功能无疑将会对农作物育种以及整个农业生产带来革命性的变化。 上述的研究还只是着眼于改良植物本身，现在有科学家在进行更加深入的研究，希望把基因工程技术应用到更广的范围中。比如科学家希望植物也能用来生产疫苗。这样就能免除注射疫苗带来的痛苦，并能大量节约费用。也许有一天，我们接种疫苗的过程不在是注射，而是每人发一根香蕉。 动物生物反应器为医药事业开辟了新途径 动物反应器是指利用转基因活体动物，高效表达某种外源蛋白的器官或组织，进行工业化生产功能蛋白质的技术。动物反应器的研究开发重点是 动物乳腺反应器和动物血液反应器。即，把人体相关基因 整合到动物胚胎里，使生出的转基因动物血液中，或长大 后产生的奶汁中，含有人类所需要的不同蛋白质。作为生 物反应器的转基因动物又可无限繁殖来扩大产量。例如让 奶牛产出人的胰岛素、干扰素等药物，这已成为实现～科 学家通过把人的干扰素基因转移到奶牛中，从而使得转基 1 周应章工作室 选修3教学参考 因奶牛的乳腺中源源不断地产生目的基因的产物(药物蛋白质)，不但产量高，而且表达的产物已经过充分的修饰和加工，具有稳定的生物活性。与以往的制药技术相比，具有成本低、周期短、效益好的优点。 2006年6月，全球最著名的研发企业美国GTC研制成功的世界上第1个利用转基因动物乳腺生产的基因工程蛋白药物——重组人抗凝血酶?的上市许可申请获得了欧洲医药评价署人用医药产品委员会肯定的批准意见。据估计该药的全球潜在市场每年高达1.5亿美元。 全世界有二三十家公司致力于开发动物乳腺生物反应器重组蛋白药物，表达水平达到可以进行商业生产的药用蛋白有近30种，其中正在进行临床试验的蛋白有10余种，另外还有上百种重组蛋白正处在研发阶段。 用转基因动物作器官移植的供体 20世纪的一项伟大创举是人体器官移植，这项技术拯救了无数重危病人的生命，而且带来了近代医学的一场深刻革命。该领域的先驱者马斯博士因此获得了1990年诺贝尔医学奖。器官移植面临着两个难题:一是供移植用的器官来源不足;二是人体对移入的导体器官产生免疫排斥反应。想解决供移植器官的严重不足，人们很自然会 想到利用动物器官来进行“动物—人体”异种器官移植，并认 为猪是最理想的动物器官来源。因为猪是多胎动物，繁殖力强， 器官大小又与人相近。因此1996年英国批准了应用猪的器官进 行异种器官移植的申请。对于“人和人”之间同种器官移植后 产生的免疫排斥反应，医学科学家已有了用免疫抑制剂等些有 效控制办法。 但对于“人和猪”之间的异种器官移植后的“超急性免疫排斥反应”仍无良策。但是人们相信，应用转基因技术，配合特别设计的免疫抑制药物疗法，人一猪异种器官移植不久将会获得成功。 蛋白质工程的崛起 基因工程还延伸到基因的产物——蛋白质，我们称之为蛋白质工程，研究的是蛋白质结构的修饰改造，以便改变其功能使之更符合人类的需要，不但可以改造蛋白质而且可以实现从头合成全新的蛋白质。 例如，佩里(Perry)通过将溶菌酶中第三位的异亮氨酸改成半胱氨酸，并进一步和第九十七位半胱氨酸形成二硫键，使酶热稳定性提高，显著改进了这种食品工业用酶的应用价值。福什特通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的天冬氨酸(第99位)和谷氨酸(第156位)改成赖氨酸，而导致了活性中心组氨酸(第64位)对pH值的性质改变，使该酶在pH,6时的活性提高10倍。而通过将人工合成的富含必需氨基酸的DNA片段(基因)导入马铃薯，并在马铃薯块茎的特定贮藏蛋白基因的作用下，使之在块茎中高效表达而提高产率。 2 周应章工作室 选修3教学参考 蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景。如今，生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。 可以肯定，随着基因工程的不断发展必将对人类的生产、生活乃至生存发展产生积极而深远的影响。 3 周应章工作室 选修3教学参考 4