基因工程

  基因工程是指对遗传信息的分子操作和施工，即把分离到的或合成的基因经过改造，插入载体中，导入宿主细胞内，使其扩增和表达，从而获得大量基因产物，或者令生物表现出新的性状。基因工程是在 20 世纪 70 年代开始出现的，三项关键技术的建立为基因工程奠定了基础，这三项技术是： DNA 的特异切割、 DNA 的分子克隆和 DNA 的快速测序。这项技术使人类能定向改造基因，编码特定蛋白，从此人类获得了主动改造生命的能力。目前一些基因工程产品如人胰岛素、生长激素、干扰素、 DNA 疫苗、工程植物等。基因工程巨大的经济潜力和开发前景将使其成为本世纪的一个宠大的产业。

一、基因工程的基本操作：

①目的基因获得

    获得基因的方法有化学合成法、基因文库法（指某生物染色体基因组各 DNA 片段的克隆总体）和 cDNA 文库法（指某生物全部 mRNA 的 cDNA 克隆总体）。

②载体的选择

    载体在细胞中能进行独立自主地复制；必须具有若干限制酶的单一切割位点，便于外源 DNA 的插入；载体必须具有可供选择的遗传标记。主要载体有：质粒载体、λ噬菌体、柯斯质粒载体、 M13 噬菌体载体、真核细胞的克隆载体、人工染色体等。

③目的基因与载体 DNA 的体外重组

    通过限制性核酸内切酶的作用来进行

④重组载体引入受体细胞

    通过转化、转染、转导、显微注射、电穿孔法等方式被导入细胞中去。

⑤重组体克隆筛选；

    通过菌落特征或噬菌斑等方法

⑥对克隆的基因进行鉴定或测序；

    遗传检测法、核酸杂交法、免疫化学法、物理检测法等

⑦控制外源基因的表达；

⑧得到基因产物或转基因动物、转基因植物。

二、微生物学与基因工程的关系

    微生物和微生物学在基因工程的产生和发展中占据了十分重要的地位，可以说一切基因工程操作都离不开微生物。从以下六个方面可以说明：①基因工程所用克隆载体主要是用病毒、噬菌体和质粒改造而成；②基因工程所用千余种工具酶绝大多数是从微生物中分离纯化得到的；③微生物细胞是基因克隆的宿主，即使植物基因工程和动物基因工程也要先构建穿梭载体，使外源基因或重组体 DNA 在大肠杆菌中得到克隆并进行拼接和改造，才能再转移到植物和动物细胞中；④为大规模表达各种基因产物，从事商品化生产，通常都是将外源基因表达载体导入大肠杆菌或是酵母菌中以构建成工程菌，利用工厂发酵来实现的；⑤微生物的多样性，尤其是抗高温、高盐、高碱、低温等基因，为基因工程提供了极其丰富而独特的基因资源；⑥有关基因结构、性质和表达调控的理论主要也是来自对微生物的研究中取得的，或者是将动、植物基因转移到微生物中后进行研究而取得的，因此微生物学不仅为基因工程提供了操作技术，同时也提供了理论指导。

三、基因工程的应用及展望

    20 世纪 70 年代兴起的基因工程，标志着人类改造生物进入一个新的历史时期。由于基因工程的迅速发展和广泛应用，它不仅对生命科学的理论研究产生深刻的影响，而且也为工农业生产和临床医学等实践领域开创了一个广阔的应用前景。

（ 1 ）基因工程药物：重组胰岛素、重组疫苗；干扰素等；

（ 2 ）转基因植物：抗病虫害、抗逆、耐除草剂等；

（ 3 ）转基因动物：瘦肉型猪、高产奶牛、快速生长的家畜等

（ 4 ）基因治疗