基因敲除技术的发现及应用

个人自主学习研究报告

本次研讨方向：掌握基因概念的本质与演变过程

本人承担的具体学习研讨主题：80年代基因敲除技术的突破

基因敲除是自20世纪80年代末以来发展起来的一种新型分子生物学技术，是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术。此技术是由马里奥·卡佩奇、马丁·埃文斯与奥利弗·史密斯所开发，最初是以基因敲除小鼠（knockout mouse，昵称：KO mouse）完成实验，三人并因此获得2007诺贝尔医学奖。

1. 基因敲除技术简介

基因敲除(Gene knockout)是指一种遗传工程技术，针对某个序列已知但功能未知的序列，改变生物的遗传基因，令特定的基因功能丧失作用，从而使部分功能被屏障，并可进一步对生物体造成影响，进而推测出该基因的生物学功能。

它克服了随机整合的盲目性和偶然性，是一种理想的修饰、改造生物遗传物质的方法。基因敲除借助分子生物学、细胞生物学和动物胚胎学的方法,通过胚胎干细胞这一特殊的中间环节将小鼠的正常功能基因的编码区破坏，使特定基因失活，以研究该基因的功能；或者通过外源基因来替换宿主基因组中相应部分，以便测定它们是否具有相同的功能，或将正常基因引入宿主基因组中置换突变基因以达到靶向基因治疗的目的。基因敲除是揭示基因功能最直接的手段之一。

2. 80年代实现基因敲除的原理和方法：

通常意义上的基因敲除主要是应用DNA同源重组原理，用设计的同源片段替代靶基因片段，从而达到基因敲除的目的。随着基因敲除技术的发展，基因敲除技术有很多，如同源重组法、插入突变法、RNAI法。然而，在80年代，基因敲除是应用DNA同源重组原理发展起来的。该方法通过同源重组将外源基因定点整合入靶细胞基因组某一确定的位点，以达到定点修饰改造染色体上某一基因的目的，克服了随机整合的盲目性和偶然性，是一种理想的修饰、改造生物遗传物质的方法。80年代初，胚胎干细胞（ES细胞）分离和体外培养的成功奠定了基因敲除的技术基础。1985年，首次证实的哺乳动物细胞中同源重组的存在奠定了基因敲除的理论基础。到1987年，Thompsson首次建立了完整的ES细胞基因敲除的小鼠模型。直到现在，运用基因同源重组进行基因敲除依然是构建基因敲除动物模型中最普遍的使用方法。

3. 基因敲除技术的前景

基因敲除技术现在以广泛的应用于各个领域并取得了快速的发展，应用此技术可以建立生物模型、培育新的生物品种、还可以用于疾病的分子机理研究和疾病的基因治疗等。80年代，基因工程技术是该世纪分子生物学史上的一个重大突破，而基因敲除技术则是另一重大飞跃。它为定向改造生物，培育新型生物提供了重要的技术支持。

4. 总结

随着基因敲除技术的发展，早期技术中的许多不足和缺陷都已经解决，但基因敲除技术始终存在着一个难以克服的缺点，即敲掉一个基因并不一定就能获知该基因的功能，其原因包括：一方面，许多基因在功能上是冗余的，敲掉一个在功能上冗余的基因，并不能造成容易识别的表型，因为基因家族的其他成员可以提供同样的功能；另一方面，对于某些必需基因，敲除后会造成细胞的致死性也就无法对这些必需基因进行相应的研究了。同时，基因敲除研究中还存在的主要问题有：基因敲除的成功率很低，检测发生同源重组干细胞的工作比较困难；重定向敲除基因的动物中筛选出具备理想基因型的动物依旧耗时长；基因敲除后的功能可能被其他基因的代偿作用补偿而不表现出表型缺陷。

基因敲除技术的研究为生命科学带来了不可估量的价值，也为人类的健康做出了巨大的贡献，但是，基因敲除中仍然存在着一部分作用机理未完全研究清楚以及相应的应用问题有待研究，我们应该站在巨人的肩膀上，使基因敲除技术的研究与应用更上一层楼。

参考文献

[1]陈其军，肖玉梅等.植物功能组研究中的基因敲除技术.植物生理学通讯.2004-1，40：121～126

[2]王又红. 基因敲除技术的应用现状与发展前景.国外医学. 1999,26-5

[3]卢丽，陈系古等. 中国实验动物学报. 2006