基因工程及转基因食品

基因工程及转基因食品
刘江飞台州学院11 生物科学学号：1131210037
概要：基因工程，是人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。

随着生物学和生物技术向纵深发展，不断有一些新的内容出现，特别是人类和生物的基因组学。

转基因食品，是利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。

以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是“转基因食品”
关键词：基因工程；DNA重组技术；细胞核移植；克隆；细胞融合；转基因食品。

基因工程是指在基因水平上，按照人类的需要进行设计，然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系，并能使之稳定地遗传给后代。

基因工程采用与工程设计十分类似的方法，明显地既具有理学的特点，同时也具有工程学的特点。

DNA重组技术是基因工程的核心技术。

重组，顾名思义，就是重新组合，即利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外切割后与适当的载体连接起来，形成重组DNA分子，然后将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。

一、基因工程中DNA重组技术和细胞核移植
1、物质基础（1）目的基因
基因工程是一种有预期目的的创造性工作，它的原料就是目的基因。

所谓目的基因，是指通过人工方法获得的符合设计者要求的DNA片段，在适当条件下，目的基因将会以蛋白质的形式表达，从而实现设计者改造生物性状的目标。

（2）载体
目的基因一般都不能直接进入另一种生物细胞，它需要与特定的载体结合,才能安全地进入到受体细胞中。

目前常用的载体有质粒、噬菌体和病毒。

质粒是在大多数细菌和某些真核生物的细胞中发现的一种环状DNA分子，它位于细胞质中。

许多质粒含有在某种环境下可能是必不可少的基因。

噬菌体是专门感染细菌的一类病毒，由蛋白质外壳和中心的核酸组成。

在感染细菌时，噬菌体把DNA注入到细菌里，以此DNA为模板，复制DNA分子，并合成蛋白质，最后组装成新的噬菌体。

当细菌死亡破裂后，大量的噬菌体被释放出来，去感染下一个目标。

噬菌体侵染细菌的过程。

质粒、噬菌体和病毒的相似之处在于，它们都能把自己的DNA分子注入到宿主细胞中并保持DNA 分子的完整，因而，它们成为运载目的基因的合适载体。

因此，基因工程中的载体实质上是一些特殊的DNA分子。

（3）工具酶
基因工程需要有一套工具，以便从生物体中分离目的基因，然后选择适合的载体，将目的基因与载体连接起来。

DNA分子很小，基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对DNA的切割、缝合与转运，必须有特殊的工具。

2、 DNA重组技术的一般操作步骤
（1）目的基因的获取
获取目的基因的方法主要有三种：反向转录法、从细胞基因组直接分离法和化学合成法。

反向转录法是利用mRNA反转录获得目的基因的方法。

从细胞基因组中直接分离目的基因常用"鸟枪法"。

用"鸟枪法"分离目的基因，具有简单、方便和经济等优点。

许多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用这种方法获得了成功的分离。

化学合成目的基因是20世纪70年代以来发展起来的一项新技术。

应用化学合成法，可在短时间内合成目的基因。

科学家们已相继合成了人的生长激素释放抑制素、胰岛素、干扰素等蛋白质的编码基因。

（2）DNA分子的体外重组
体外重组是把载体与目的基因进行连接。

例如，以质粒作为载体时，首先要选择出合适的限制性内切酶，对目的基因和载体进行切割，再以DNA连接酶使切口两端的脱氧核苷酸连接，于是目的基因被镶嵌进质粒DNA，重组形成了一个新的环状DNA分子。

（3）DNA重组体的导入
把目的基因装在载体上后，就需要把它引入到受体细胞中。

导入的方式有多种，主要包括转化、转导、显微注射、微粒轰击和电击穿孔等方式。

转化和转导主要适用于细菌一类的原核生物细胞和酵母这样的低等真核生物细胞，其他方式主要应用于高等动植物的细胞。

（4）受体细胞的筛选
由于DNA重组体的转化成功率不是太高，因而，需要在众多的细胞中把成功转入DNA重组体的细胞挑选出来。

应事先找到特定的标志，证明导入是否成功。

（5）基因表达
目的基因在成功导入受体细胞后，它所携带的遗传信息必须要通过合成新的蛋白质才能表现出来，从而改变受体细胞的遗传性状。

目的基因在受体细胞中要表达，需要满足一些条件。

例如，目的基因是利用受体细胞的核糖体来合成蛋白质，因此目的基因上必须含有能启动受体细胞核糖体工作的功能片段。

这五个步骤代表了基因工程的一般操作流程。

人们掌握基因工程技术的时间并不长，但已经获得了许多具有实际应用价值的成果，基因工程作为现代生物技术的核心，将在社会生产和实践中发挥越来越重要的作用。

基因工程中，还有称为分子克隆的，是科恩等在 1973年提出的。

分子克隆发生在DNA分子水平上，是指从一种细胞中把某种基因提取出来作为外源基因，在体外与载体连接，再将其引入另一受体细胞自主复制而得到的DNA分子无性系。

2、细胞核移植技术
由于克隆是无性繁殖，所以同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的，这样有利于忠实地保持原有品种的优良特性。

人们开始探索用人工的方法来进行高等动物克隆。

哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。

其中，细胞核移植是发展较晚但富有潜力的一门新技术。

细胞核移植技术属于细胞质工程。

所谓细胞核移植技术，是指用机械的办法把一个被称为“供体细胞”的细胞核（含遗传物质）移入另一个除去了细胞核被称为“受体”的细胞中，然后这一重组细胞进一步发育、分化。

核移植的原理是基于动物细胞的细胞核的全能性。

在核移植中，并不是所有的细胞都可以作为核供体。

作为供体的细胞有两种：一种是胚胎细胞，一种是某些体细胞。

研究表明，卵细胞、卵母细胞和受精卵细胞都是合适的受体细胞。

核移植的研究，不仅在探明动物细胞核的全能性、细胞核与细胞质关系等重要理论问题方面具有重要的科学价值，而且在畜牧业生产中有着非常重要的经济价值和应用前景。

3、细胞融合技术
细胞融合技术属于细胞融合工程。

细胞融合技术是一种新的获得杂交细胞以改变细胞性能的技术，它是指在离体条件下，利用融合诱导剂，把同种或不同物种的体细胞人为地融合，形成杂合细胞的过程。

细胞融合术是细胞遗传学、细胞免疫学、病毒学、肿瘤学等研究的一种重要手段细胞融合的主要步骤是：第一步，获取亲本细胞。

将取样的组织用胰蛋白酶或机械方法分离细胞，分别进行贴壁培养或悬浮培养。

第二步，诱导融合。

二、转基因食品种类、优缺点和转基因食品发展现状及安全性问题。

1、转基因食品的种类
为了提高农产品营养价值，更快、更高效地生产食品，科学家们应用转基因的方法，改变生物的遗传信息，拼组新基因，使今后的农作物具有高营养、耐贮藏、抗病虫和抗除草剂的能力，不断生产新的转基因食品。

（1）植物性转基因食品
植物性转基因食品很多。

例如，面包生产需要高蛋白质含量的小麦，而目前的小麦品种含蛋白质较低，将高效表达的蛋白基因转入小麦，将会使做成的面包具有更好的焙烤性能。

番茄是一种营养丰富、经济价值很高的果蔬，但它不耐贮藏。

为了解决番茄这类果实的贮藏问题，研究者发现，控制植物衰老激素乙烯合成的酶基因，是导致植物衰老的重要基因，如果能够利用基因工程的方法抑制这个基因的表达，那么衰老激素乙烯的生物合成就会得到控制，番茄也就不会容易变软和腐烂了。

美国、中国等国家的多位科学家经过努力，已培育出了这样的番茄新品种。

这种番茄抗衰老，抗软化，耐贮藏，能长途运输，可减少加工生产及运输中的浪费。

（2）动物性转基因食品
动物性转基因食品也有很多种类。

比如，牛体内转入了人的基因，牛长大后产生的牛乳中含有基因药物，提取后可用于人类病症的治疗。

在猪的基因组中转入人的生长素基因，猪的生长速度增加了一倍，猪肉质量大大提高，现在这样的猪肉已在澳大利亚被请上了餐桌。

（3）转基因微生物食品
微生物是转基因最常用的转化材料，所以，转基因微生物比较容易培育，应用也最广泛。

例如，生产奶酪的凝乳酶，以往只能从杀死的小牛的胃中才能取出，现在利用转基因微生物已能够使凝乳酶在体外大量产生，避免了小牛的无辜死亡，也降低了生产成本。

（4）转基因特殊食品
科学家利用生物遗传工程，将普通的蔬菜、水果、粮食等农作物，变成能预防疾病的神奇的“疫苗食品”。

科学家培育出了一种能预防霍乱的苜蓿植物。

用这种苜蓿来喂小白鼠，能使小白鼠的抗病能力大大增强。

而且这种霍乱抗原，能经受胃酸的腐蚀而不被破坏，并能激发人体对霍乱的免疫能力。

于是，越来越多的抗病基因正在被转入植物，使人们在品尝鲜果美味的同时，达到防病的目的。

2、转基因食品的优点和缺点
转基因食品有较多的优点：可增加作物单位面积产量；可以降低生产成本；通过转基因技术可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力；提高农产品的耐贮性，延长保鲜期，满足人民生
活水平日益提高的需求；可使农作物开发的时间大为缩短；可以摆脱季节、气候的影响，四季低成本供应；打破物种界限，不断培植新物种，生产出有利于人类健康的食品。

转基因食品也有缺点：所谓的增产是不受环境影响的情况下得出的，如果遇到雨雪的自然灾害，也有可能减产更厉害.
3、转基因食品发展现状和安全性问题。

近十余年来，现代生物技术的发展在农业上显示出强大的潜力，并逐步发展成为能够产生巨大社会效益和经济利益的产业。

1999年，全世界有12个国家种植了转基因植物，面积已达3990万公顷。

其中美国是种植大户，占全球种植面积的72%。

世界很多国家纷纷将现代生物技术列为国家优先发展的重点领域，投入大量的人力、物力和财力扶持生物技术的发展。

但是，转基因食品在世界各个国家和地区之间的发展是不均衡的。

近年来，我国现代生物技术的研究开发已经取得了很多成果。

我国的转基因食品技术仅次于美国与加拿大。

欧洲国家的转基因食品技术并不是非常的发达，这是因为他们明白转基因食品危害十分大，并通过立法来达到防止转基因食品的过分播种，甚至有些国家完全禁止转基因食品的播种与生产，欧洲各国民众也纷纷抵制，发生过很多起民众破坏转基因实验田的事件，所以我们也要认识到转基因食品所存在的潜在危害，而不能把利益放在民众健康的前面。

（1）、转基因作物种类。

①抗除草剂转基因作物，②抗虫转基因作物，③其他转基因作物。

（2）、转基因作物的生产现状
①转基因作物在世界广泛种植，美国、阿根廷、加拿大为全世界种植转基因作物最大的国家。

②我国转基因作为种植量居世界第四，主要为转基因棉花。

主要的转基因作物有：大豆、棉花、玉米、油菜籽、甜菜、水果等。

（3）、转基因食品的安全性问题
①转基因作物可能本身成为杂草，转基因作物的亲缘野生种成为杂草或超级杂草。

②转基因作物可能产生新的病毒疾病。

③转基因作物对非目标生物的危害。

④破坏生物多样性。

⑤转基因作物对生态系统及生态过程的影响。

⑥转基因生物所引入的外源基因往往可以表达出蛋白质，可能会引起生物的代谢发生变化，造成该生物营养成分的改变。

⑦转基因生物成分的改变，特别是有毒物质、抗营养因子、过敏原等的含量发生变化，将影响该生物作为食品的安全性，转基因食品对人体可能会造成的危害。

⑧转基因作物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用。

⑨作物中的免疫或致敏物质可使人类机体产生变态或过敏反应。

⑩转基因食品中的主要营养成分、微量营养素及抗营养因子的变化，会降低食品的营养价值，使其营养结构失衡。

（4）、转基因食品的五大隐患。

首先是毒性问题。

一些研究学者认为，对于基因的人工提炼和添加，可能在达到某些人们想达到的效果的同时，也增加和积聚了食物中原有的微量毒素。

其次是过敏反应问题。

对于一种食物过敏的人有时还会对一种以前他们不过敏的食物产生过敏。

第三是营养问题。

科学家们认为外来基因会以一种人们目前还不甚了解的方式破坏食物中的营养成分。

第四是对抗生素的抵抗作用。

当科学家把一个外来基因加入到植物或细菌中去，这个基因会与别的基因连接在一起。

人们在服用了这种改良食物后，食物会在人体内将抗药性基因传给致病的细菌，使人体产生抗药性。

第五是对环境的威胁。

在许多基因改良品种中包含有从杆菌中提取出来的细菌基因，这种基因会产生一种对昆虫和害虫有毒的蛋白质，这引起了生态学家们的另一种担心，那些不在改良范围之内的其它物种有可能成为改良物种的受害者。

转基因食品是新的科技产物，现在还存在这样或那样的问题，但随着科技的发展，它的所有利弊都会彻底展现在世人面前。

只有按照严格的不对人与环境有害的立法规定去做，我国生物技术的发展会是健康、有序的，我们的生活也会因生物技术带来的转基因食品而变得更加丰富精彩。

参考文献：[1]《生物技术概论》第二版，宋思扬，楼士林等编，科学出版社，2003
[2] 刘祥林《基因工程》科学出版社,2005.
[3] 一民《转基因食品:天使还是魔鬼》北京:中国人民大学出版社.2010.
[4] 王彤彤《转基因食品的现状与未来》中国果菜2004.
[5] 林影，石磊，杜红丽编著《食品与基因工程》化学工业出版社,2008.1.
[6]杨洋、吴春兰《国内外转基因食品现状及其安全管理》.食品工业科技，2004.6。