转基因技术的应用
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转基因技术的应用
摘要:转基因技术作为一门强有力的研究手段,在农业、医学、动植物优良种类的培养、生命科学研究等方面都具有广泛应用。在医学方面,可以用来为治疗遗传性疾病、恶性肿瘤、艾滋病等提供出路;在植物培育方面,可以用来改良植物的遗传性质,使具有以前所不具有的优良特性,如高产量、抗虫害、抗逆性等方面;转基因动物的出现可以使人类获得性状更好的动物,并且可以通过转基因动物生产出目的产物,如血红蛋白、乳铁蛋白等;在工业上,转基因技术也能为能源问题出谋献策。在最后,介绍转基因作物及食品在备受争议的现今,其发展状况如何。
关键词:转基因技术,遗传改良,基因治疗
转基因简介
转基因技术是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(Transgene technology)。
1 转基因技术在医学上的应用
转基因技术在开发新药物、开发新原料和为研究疾病提供新手段等方面具有重要的意义,为防治危害人类的各种疾病如传染病、内分泌疾病、恶性肿瘤和心血管疾病等开辟了新的天地。
人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)于1990 年正式启动,其目的是阐明人类基因组DNA 长达3 X109 碱基对的序列,发现所有的人类基因并阐明它们在染色体上的位置,从而揭示出人类遗传信息。人类基因组计划提出的原因一部分就是为了解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题,因为人类基因组测序的完成将有利于这些疾病的定位、克隆和鉴定,从而为这些疾病的基因诊断和未来的基因治疗奠定了基础。
1 .1 基因治疗的原理
基因治疗是指将正常的外源基因导入生物体内以弥补所缺失的基因、关闭或降低异常表达的基因,以达到治疗遗传性疾病的目的。目前基因治疗的方法在治疗恶性肿瘤、心血管疾病及传染病有重要应用。
因治疗中最合适的受体细胞能够自我更新的造血干细胞群体。这种细胞可以容易地从骨髓中取出,在体外进行操作之后,再重新放回患者的体内。现在也可应用其他细胞,如肝和皮肤细胞,作为基因治疗受体细胞。
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2 基因治疗的应用
(1)遗传性疾病的基因治疗
世界上大多数人类遗传疾病是由于单基因缺陷引起的。转基因技术的发展,为治疗这些遗传疾病开辟了一条新的希望之路。世界上第一次真正的基因治疗是美国加州大学的科学家给两名晚期!地中海贫血患者进行的,但最终失败。世界上第二次真正的基因治疗发生于1990 年。美国国立卫生院的科学家用反转录病毒作为载体,把腺苷脱氨酶(adenosine deaminase,ADA)基因转染至一名患ADA 缺陷症女孩的淋巴细胞,使这个患者先天缺损的免疫系统趋于正常。ADA 缺陷最主要是影响到造血细胞,积累的脱氧腺苷导致未成熟的T 细胞(产生胸腺的细胞)解体。在正常的细胞中,ADA 酶是组成
地表达,而且只需要少量即可阻止dATP(deoxyadenosinetriphosphate,脱氧腺苷三磷酸)
的累积。
(2)恶性肿瘤的治疗
用反转录病毒将毒素基因导入癌细胞中,在靶细胞中表达毒素并发挥杀伤作用,但对其他细胞的毒性较低。目前这类载体已被改造为只攻击带有特殊标记的细胞,这样就可以运送常规的治疗蛋白,从而具有普遍意义。
(3)传染病的基因治疗
前几年,人们“谈癌色变”,而近几年,由于艾滋病患者数量不断增加,加上艾滋病的致死特点,使得人们有了“谈艾滋病色变”的感觉。美国科学家用反转录病毒将编码CD4 分子的基因导入上皮细胞及小鼠的成纤维细胞并使之表达,目的是抑制艾滋病病毒HIV 的繁殖。还有将编码艾滋病病毒RNA 降解的核酸酶基因转染淋巴细胞,可以抑制HIV 病毒的传播。利用类似的方法还可以治疗人乳头瘤病毒、巨细胞病毒及肝炎病毒的感染。
2植物转基因在农业中的应用
现在转基因研究遍布全世界,转基因作物的种植面积迅速增加,其产值也逐年升高,其中美国和加拿大的田间试验最多。植物转基因在农业上的应用主要表现在以下几个方面:2.1品质遗传改良
作物的优质一直是人们追求的目标,目前利用转基因植物可以有效地改良植物的品质特性。如韩国用转基因技术育成了一种便于淀粉加工的特异性微型薯种,个体如葡萄,结果性状也似葡萄,产量高达普通马铃薯产量的3倍,淀粉含量达40%。
目前用于改良作物产品质量的基因主要有:控制果实成熟的基因;谷物种子贮藏蛋白基因;控制脂肪合成基因等。如中国农业大学成功地将高赖氨酸基因导人玉米,获得的转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高10%;华中农业大学和中国科学院植物研究所分别获得了延迟成熟的转基因番茄,储藏时间可延长1~2个月,有的可达80d以上L2引。
2.2抗虫害遗传改良
植物病害和虫害往往使农业生产蒙受严重损失。人们通过使用农药,采用高水平的生产管理技术和培育、种植抗病虫的作物品种等手段与病虫害做斗争,虽然取得了长足进步,但并未完全成功。基因工程的发展为培育抗病虫的作物提供了新的手段,从而开辟了植物抗病虫育种的新时代。
近年来这方面的成就主要有:(1)将病毒外壳蛋白基因移植到农作物中,使农作物能抵抗病毒感染,培育出抗病毒番茄、烟草、黄瓜等作物新品种。如从烟草花叶病毒(TMV)和黄瓜花叶病毒(CMV)中提取外壳蛋白基因,通过载体拼接到烟草基因上,实现基因重组,育成双价抗病转基因烟草。(2)将外源抗真菌基因导入小麦,防治小麦赤霉病、纹枯病、根腐病等真菌性病害。(3)抗植物虫害的基因有多种,目前经常使用的主要有3种:一是从微生物苏云金杆菌分离出的苏云杆菌杀虫结晶蛋白基因,简称Bt基因;二是从植物中分离出的昆虫的蛋白酶抑制剂,其中应用最广泛的是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI);三是植物凝集素基因(1ee—tin gene)。这些转基因作物能减少杀虫剂和农药的用量,降低杀虫剂和农药及其残留物对食物链、水体造成的污染,有利于保护生态环境。
2.3抗逆性遗传改良
植物在自然界生长过程中易受外界环境影响,如旱涝、盐碱、强光、寒冷、高温、低温等作用于植物,会引起植物体内发生一系列的生理代谢反应,表现为代谢和生长的可逆性抑制,严重时甚至引发不可逆伤害导致整个植株死亡。
研究发现,将与脯氨酸、甜菜碱及脂质合成有关的酶的基因克隆后转入植物,可提高植物相应的抗逆性。我国在抗盐基因工程研究方面已取得了一些进展,克隆了肺氨酸合成酶、山菠菜碱脱氢酶、磷酸甘露醇脱氢酶等与耐盐相关的酶的基因,通过遗传转化获得了耐盐的