高中生物《基因工程的发展前景》素材备课资料浙科版

第四节基因工程的发展前景
备课资料：
近年来，我们经常在电视、报纸、杂志和互联网等诸多媒体上见到生物反应器一词，而且出现的频率颇高，那么，什么是生物反应器，生物反应器有什么样的特点和作用，为什么会引起众多媒体的关注呢？现在，让我们走近被称作绿色药物工厂的生物反应器，一起去领略生物反应器的魅力吧！
什么是生物反应器
生物反应器是指将外源基因的信息转变为蛋白质的生物体，分微生物反应器、植物反应器和动物反应器等。

以植物反应器为例打个通俗的比方，科研人员把控制人生长激素合成的基因转移到烟草细胞中，这些烟草细胞发育成烟草植株后，就有可能生产出人的生长激素，科研人员就可以从烟草中提取人的生长激素了。

这里提到的控制生长激素合成的那个基因称作外源基因，而能够合成人生长激素的烟草就是一种生物反应器。

由于用生物反应器制备药物蛋白具有成本低、纯度高、无污染等特点，世界各国科学家均致力于生物反应器的研究和开发。

动物生物反应器
奶牛、山羊、绵羊、猪、家蚕等动物已经成了科学家感兴趣的对象，人们利用它们来大量生产人类急需的抗病毒干扰素、治疗血友病的凝血因子、预防乙型肝炎的疫苗等。

人乳铁蛋白能够促进婴儿对铁元素的吸收，从而提高婴儿的免疫力，但这种珍贵的蛋白只有人的母乳中才具有。

不过，在1990年，荷兰的费莱明公司把人的乳铁蛋白合成基因转移到奶牛的细胞中，最终培育出了能够生产人乳铁蛋白的转基因牛，这种转基因牛每年能够提供价值达10多亿美元的乳铁蛋白奶粉。

抗胰蛋白酶用于治疗慢性肺气肿等疾病，每位病人每年平均需要这种酶2022，如采用常规的方法制造这种药物的造价极高，很少有病人能支付得起昂贵的药费。

但这种病的发病率很高，治疗费用可想而知了，就我国而言，每年因治疗这种疾病需耗费80亿元之巨。

幸运的是，英国PPL公司的科学家把能够控制抗胰蛋白酶合成的基因转移到绵羊细胞中，经培育获得了2只能够生产抗胰蛋白酶的转基因绵羊，分别命名为“戴安娜”和“丘比特”，它们的乳汁中含有大量的抗胰蛋白酶，病人只要每天饮用羊奶就可以达到治病的目的，所以把一只羊被称作一座药物生产的工厂一点也不为过。

血友病是一种比较可怕的疾病，患者的血液中缺少凝血用的因子，一旦受伤就会流血不止，如果不及时治疗就会失去生命，这类病人需服用一种凝血药物。

但是，采用传统的方法生产这类药物的费用很高，以生产治疗人A型血友病的特效药凝血因子IX为例，该药的年需要量为人均12022如果这12022血因子用传统生产方法由血浆中提取，则至少需要人血浆100万升，以每人献血2022升计算，则需要500万人献血才能满足要求，这是一般的病人所不能负担的。

另外，人血提取物中，还可能带来肝炎病毒、艾滋病病毒等，这会导致病人雪上加霜。

而用奶牛、山羊等动物作为生物反应器来生产药物则是解决问题的最佳办法，一头羊每年的产奶量是800千克以上，如果每千克乳汁中含有250毫克凝血因子，那么只需1头转
基因羊就可满足一个病人的要求了。

目前，科学家已经培育出了能生产人凝血因子的转基因山羊，不久的将来，普通人治疗血友病不再是梦想。

人们还利用转基因奶牛来生产用于治疗烧伤、烫伤及休克等的人血清蛋白，利用转基因母鸡生产用来治疗癌症的人体干扰素等等。

利用动物反应器生产药物，可大大节约成本和缩短生产周期，据估计，利用常规方法生产1克药用蛋白，大约需要数百到数千美元，而利用反应器则不到1美元，在生产周期上，一种新药物的研制到上市需要10年甚至更多，而采用动物反应器的话，生产周期只需要5年左右。

植物生物反应器
水稻、香蕉、胡萝卜、西红柿、烟草、马铃薯等农作物现在也成了科学家的新宠，它们也开始被用来生产治疗疾病的药物。

我们知道，乙肝是困扰人类的一种主要疾病，目前世界上乙肝病毒感染者高达3亿人，我国有亿的乙肝病毒携带者。

乙肝病毒由感染者母亲传给新生儿最为常见，对于新生儿，只要注射免疫球蛋白制剂和乙肝疫苗就完全能够预防乙肝的发生。

以前，制取免疫球蛋白制剂是用曾经被乙肝病毒感染过的人的血液精制而成的，同时的制取也需要高超的技术。

千叶丈教授等人把能产生乙肝病毒抗体的基因转移到水稻中，然后进行栽培，最后从水稻的叶子中成功获得乙肝抗体，每公顷大约能生产100克球蛋白，可供几十万个新生儿使用。

细菌性痢疾在全球的发病率很高，居传染病之首，虽然这种传染病可用药物治疗但效果不是很理想。

美国科研人员将能生产抗痢疾的疫苗基因转入到香蕉细胞中，经过培育获得了能用于治疗痢疾的药物，人们只要食用香蕉即可达到治病和防病的目的了，据临床试验，防治效果极佳。

目前，我国已经有生产这种食用疫苗的能力。

德国科学家最近培育出了一种可以生产乙肝疫苗的胡萝卜，他们将能控制乙肝疫苗合成的基因导入到胡萝卜的细胞中，细胞经过培育长成的胡萝卜中含有乙肝疫苗，人们只要生吃或者榨汁食用，便可达到接种疫苗预防乙肝的目的，很是方便，科学家正在进一步试验，以证明其药用效果。

科学家还利用土豆生产治疗腹泻用的食用疫苗，利用玉米生产治疗癌症用的抗癌蛋白等等。

利用植物反应器生产药物，同样具有产量高、成本低和安全的特点，而象西红柿、胡萝卜等人们可以通过生吃来达到防病治病的目的，可谓一举两得。

微生物生物反应器
微生物的个体虽小，但对人类的贡献却不小。

糖尿病是由于病人分泌的胰岛素不足，造成糖类代谢受影响，结果尿液中含有较多的葡萄糖。

以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从100千克猪、牛等动物的胰腺只能提取3－4克胰岛素，治疗一个患者需宰杀40－50头牛，这种药物的造价就可想而知了。

目前，科学家已经将能产生胰岛素的基因引入到大肠杆菌内，由大肠杆菌来生产胰岛素，据说：100升这种转基因大肠杆菌的发酵液能够生产2022左右的胰岛素，相当于1600头牛或猪的胰岛素总量。

侏儒症病人的身高比常人要小得多，成年的病人身高平均为米左右，这是由于缺乏足够的生长激素造
成的。

但侏儒症不是一种不治之症，只要在合适的时候注射生长激素就可以长得象平常的人一样高。

过去生长激素是从动物体内提取的，600个人（指尸体）的脑垂体中提取的量仅能治疗1个侏儒病人，在50万只羊脑中仅能提取到克。

科学家将能产生生长激素的基因转移到大肠杆菌内，100升的培养液中能够提取到的生长激素相当于万具尸体的产量。

人们还利用大肠杆菌生产乙肝疫苗、干扰素等药物，小小的大肠杆菌已经成了生产廉价清洁药物的工厂。

利用微生物反应器生产药物，可以大大节约能源、节省土地、减少污染和提高产量等优点，深受科研人员的青睐。

生物反应器的出现已经为人类创造了大量的财富及为病人带来了无比的欢乐，随着基因技术的不断进步和生产工艺的不断完善，绿色的药物工厂一定会有更多更好更廉价的药物蛋白生产出来，治愈疑难病症不是梦。