转基因动物技术的研究成果和前景展望

转基因动物技术的研究成果和前景展望

转基因动物是现代生物技术中一个举足轻重的研究领域,目前已有转基因小鼠、猪、牛、鱼、鸡等多种转基因动物问世。文章论述了转基因动物技术的原理、技术方法,以及转基因动物研究的部分成果,同时也指出了转基因动物存在的不足,展望了其发展前景。

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转基因动物技术从诞生的那天起,就在改良畜禽生产性状、提高畜禽抗病力,以及利用转基因畜禽生产非常规畜牧产品(如人类药用蛋白)等方面显示了广阔的应用前景。尽管转基因动物技术的实际应用还有许多关键性的技术问题需要解决,但科学家们还是对其寄予了厚望。随着基因工程技术的不断发展,转基因动物技术将会不断得到完善,从而在未来的社会生产中大显身手。

一、转基因技术的定义

将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中,由于导入基因的表达,引起生物体的性状的可遗传的修饰,这一技术称之为转基因技术。通俗的讲:转基因技术就是指利用分子生物学技术,将某些生物的基因转移到其他物种中,改造生物的遗传物质,使遗传物质得到改造的生物在性状、营养和消费品质等方面向人类需要的目标转变。

二、转基因动物技术的定义

所谓转基因动物,是用实验的方法,把外源基因导入到动物体内,这种外源基因与动物本身的染色体整合,这时外源基因就能随细胞的分裂而增殖,在体内得到表达,并能传给后代。世界上第一只转基因动物巨鼠,是将大白鼠生长激素导入小白鼠的受精卵中,再将这个受精卵移入借腹怀胎的母鼠子宫中,产下的小白鼠比一般的大一倍。这只在遗传学上具有重大意义的转基因动物的研究培育成功,展现出诱人的光明前景。

目前常用的动物转基因技术可以分为:(1)融合法,包括细胞融合,微细胞介导融合等;(2)化学法,包括DNA-磷酸钙沉淀法、DEAE-葡聚糖法、染色体介导法等;(3)物理法,包括显微注射法、电脉冲法、细胞冻存法等;(4)病毒感染法,包括重组DNA 病毒感染、重组RNA病毒感染等。但真正成熟并可以稳定生产转基因动物的方法只有三种,即核显微注射DNA法、精子介导法和核移植法等基因转移方法。

三、转基因动物技术的研究成果

1.利用转基因动物技术提高畜禽抗病力

利用转基因技术有可能在较短时间内培育出抗病力强的畜禽品种或种群。我

国湖北畜牧所与同济医科大学合作,已经获得表达外源hDAF的猪7头。使用转基因技术不仅可以加快动物改良进程,使选择效率提高,改良机会增多,而且不会受到有限繁殖的限制,是一项极有前途的研究领域。1986年,中国科学家第一次把生长激素基因成功地转移到金鱼体内,以后又成功地把人类、小鼠和其他鱼类的基因转移到多种鱼体内。美国科学家也成功地把某种生长基因转移到另一种鱼体内,转基因鱼生长速度加快了,体型变大了。这就是人们称谓的了“兰色革命”。

在对畜禽类病原体基因组结构进行深入研究的基础上,可将病原体致病基因的反义基因导入畜禽细胞,使侵入畜禽机体的病原体所产生的mRNA不能表达,从而起到抗病作用。1988年,有人将小鼠抗流感基因转入了猪体内,使转基因猪增强了对流感病毒的抵抗能力。

2.利用转基因动物技术改造动物粪便改善环境

携带细菌基因的转基因猪可产生更清洁,污染更少的绿肥。这些基因,可帮助猪除去食物中的磷酸盐,从而有助减少猪畜牧业中产生的对农业有害的废物。

在加拿大圭尔夫大学的猪研究小组成员Serge Golovan说:“植物含有许多有机磷,而普通猪不能使用它。”没吸收的磷流散在环境中,危害溪流中的生物,产生温室气体。

转基因猪经过遗传修饰,在唾液中产生肌醇六磷酸酶,从而可以吸收植物中的磷,而普通猪是不能消化磷的。对转基因猪产生的肥料进行分析发现,他们比普通猪的排磷量减少了75%。

圭尔夫大学研究小组使用来自大肠杆菌的肌醇六磷酸酶基因,将该基因插入到猪基因组中,猪的唾液中产生这种酶。这种污染性小的猪所排泄的磷比食用肌醇六磷酸酶的猪要少得多。

3.利用转基因动物技术生产“动物药厂”

利用转基因动物生产蛋白质、造药,是全新的生产模式。与细菌、细胞等生物工程制药相比,转基因动物的乳汁,可以方便收集,且不损伤动物;目的蛋白质,已经过动物体内加工和修饰,不必再进行后加工。而以往微生物、细胞等生物工程基因产物,要有后加工。用转基因动物生产,也不需投入大量资金建厂、添设施、雇用人员等。

曾培育出世界上第一只克隆羊“多利”的英国罗斯林研究所,近日又取得了一项重大的科学突破:该研究所的科学家成功培育出世界上第一批能下“神奇鸡蛋”的小鸡。这种经过基因改造的小鸡所下的蛋能用来制造治疗癌症和其他疾病的药物。这一重大科学突破无疑为大规模生产药物提供了非常广阔的前景。科学家用于研究的小鸡名为“依沙褐壳蛋鸡”,这种法国品种鸡每年可下约300颗鸡蛋。经过基因改造后的“依沙褐壳蛋鸡”,其DNA中含有人为加入的人类基因,当母鸡生下蛋后,科学家就能从鸡蛋的蛋白中提取用来制造药物的蛋白质。

4.利用转基因动物技术生产玩赏动物

利用转基因动物技术可以生产如同猫一样大的小马,如同鼠一样大的兔子,以及各种不同毛色和花纹的观赏动物。

2003年,美国得克萨斯的一家公司宣布,经过转基因技术他们已经研制出能发荧光的小型热带鱼——“荧光鱼”。这种“光芒四射”的红色荧光鱼,是利用转基因技术得到商标注册的第一种商业性荧光宠物鱼。改基因后的斑马鱼散发出粉红色荧光,远看像金鱼一样。目前,公司以GloFish的商标对红色荧光鱼进行了注册,这标志着转基因荧光鱼可以被当作家庭宠物出售。

斑馬鱼是一种常见的观赏鱼,身上有黑白相间的条纹。荧光斑马鱼被分别转入了水母绿色荧光蛋白或者珊瑚虫红色荧光蛋白的基因,在紫外线的照射下,能够发出绿光或红光。荧光鱼作为观赏鱼在市场上销售,是第一种上市的转基因动物。

5.利用转基因动物技术改进动物品质

将外源基因导入家畜,能改进动物品质,使家畜朝人类希望的目标靠拢,如肉质改善、饲料增效、个体增大、体重增加、奶量提高、脂肪减少等。例如将长瘦肉的基因导入猪细胞中,猪就成为瘦肉型;将促乳汁分泌的基因导入牛、羊细胞中,这些转基因牛、羊乳汁猛增;还有科学家将貂的长皮毛基因导入羊细胞中,培育出长出类似貂毛毛皮的羊。这些羊易养,繁殖快,且“羊貂皮”面积数倍于貂皮,将使“貂皮”时装进入寻常百姓家。

美国科学工作者在德克萨斯的豪斯顿农场试验育成了世界首批基因工程牛。这是一种含不饱和脂肪少的瘦肉型牛,而且能产出适于喂养婴儿的牛奶的奶牛。

这项在豪斯顿农场的研究始于20世纪80年代末,1989年3月他们获得了第一头转基因牛,这一牛犊经检测含有一种人雌性激素受体基因。研究者进行这项开创性试验的目的在于希望带有人雌性激素基因牛能加速生长。

在前一项试验后的几年中,他们仍采用转基因的方法又培育出了两头新类型牛,这两头转基因牛能产出胰岛素生长因子。实验者的目标是想利用外加的生长因子使牛长出更多的肌肉以提高肉类产量。进一步的试验表明实验场新出生的牛已携带有被导入的基因,其表型性状变化也实现了预期目标。

四、转基因动物开发存在的问题及前景展望

到目前为止,人类开发转基因动物已经历了20多年。从取得的初步成果看,转基因动物的研究成果在提高生产能力,改善肉和奶的质量,生产生物医药产品,研究人类疾病模型,特别是在治疗人类的疑难病症方面都显示出了广阔的应用前景。转基因动物已深刻地影响到农业、畜牧业、医药业等许多重要领域,同时也推动了生命科学的发展。