DNA重組及基因工程技術(shù)對醫(yī)學和生命科學發(fā)展的貢獻

1、DNA重組及基因工程技術(shù)對醫(yī)學和生命科學發(fā)展的貢獻(2)細菌、昆蟲細胞、培養(yǎng)的哺乳細胞和植物中表達?；蚬こ炭贵w被稱為第三代抗 體，其研制雖然剛起步，但已展示出良好的應(yīng)用前景。三、轉(zhuǎn)基因動物和植物克隆的基因不僅導(dǎo)入細菌和培養(yǎng)的細胞，而且能轉(zhuǎn)入動植物體內(nèi)、改變其遺傳 特性。轉(zhuǎn)基因動物(t ransgenic animals)就是指在其基因組內(nèi)穩(wěn)定地整合有外源 基因、并能遺傳給后代的動物。1979年Min tz等將SV40病毒NDA導(dǎo)入小鼠早期胚胎的 囊胚腔，第一次得到載有人工導(dǎo)入外源基因的嵌合體小鼠(chimeic morse)198 2年P(guān)almi ter等將克隆的生長激素基因用顯微注射(mi

2、croinjec tion)的方法直接 導(dǎo)入小鼠受精卵細胞核內(nèi)，所得轉(zhuǎn)基因的小鼠的肝、肌、心等組織都能產(chǎn)生生長激 素，小鼠比原個體大幾倍，稱為“巨鼠”，使人們意識到轉(zhuǎn)基因技術(shù)的巨大潛力及 其在遺傳育種方面的劃時代意義，除受精卵外，從胚胎中分離的多潛能干細胞(ES 細胞embryonic st em cells )也能接受外源基因發(fā)育成個體，外源基因的導(dǎo)入還 可以采取逆轉(zhuǎn)錄病毒載體感染等方法。目前已經(jīng)得到的轉(zhuǎn)基因動物除鼠外還有轉(zhuǎn)基 因兔、羊、豬等。利用轉(zhuǎn)基因動物可以建立人類疾病的動物模型，為對人類疾病病因研究，以及 測試新治療方法提供了有力手段。例如用導(dǎo)入各種癌基因、致瘤病毒基因或其調(diào)控 序列等

3、的轉(zhuǎn)基因小鼠，可以觀察腫瘤發(fā)生的歷程和影響因素；導(dǎo)入相關(guān)突變基因的 轉(zhuǎn)基因動物可以造出糖尿病、鐮刀形細胞貧血、白內(nèi)障等疾病模型；用肝炎病毒基 因的轉(zhuǎn)基因動物可以研究肝炎病毒基因在肝炎病中的作用，利用導(dǎo)入各種細胞因子 基因、免疫功能基因、以及特定核酸序列的轉(zhuǎn)基因動物可以從整體研究細胞因子、 免疫調(diào)控、基因表達調(diào)控等問題。近年來轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)又有新的發(fā)展。ES細胞導(dǎo)入與目的基因同源的序列，則 在體內(nèi)可以經(jīng)同源重組使用的基因發(fā)生突變，這樣成長起來的動物有目的基因的缺 陷，這種技術(shù)稱為基因打靶(gene targetting)。用基因打靶可以在整體水平上 研究基因的功能，并能制造出遺傳缺陷的疾病模型。

4、用轉(zhuǎn)基因動物還能獲得治療人類疾病的重要的蛋白質(zhì)。例如導(dǎo)入了凝血因子IX 基因的轉(zhuǎn)基因綿羊分泌的乳汁中含有豐富的凝血因子IX,能在效地用于血友病的治 療。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在遺傳育種上闖出了新路。成功獲得“巨鼠”，激起了人們的創(chuàng)造 優(yōu)良品持家畜的熱情。我國水生生物研究所將生長激素基因轉(zhuǎn)入魚受精卵，得到的 轉(zhuǎn)基因魚生長顯著加快、個體增大；轉(zhuǎn)基因豬也正在研制中。轉(zhuǎn)基因植物在育種上也獲得成績。1994年比普遍西紅柿保鮮時間更長的轉(zhuǎn)基因 西紅柿投放市場，1996年轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因大豆相繼投入商品生產(chǎn)。美國最早研 制得抗蟲棉花，我國科學家將自己發(fā)展的蛋白酶抑制劑基因轉(zhuǎn)入棉花獲得抗棉鈴蟲 的棉樺株。到1996年全

5、世界已有250萬公頃土地種植轉(zhuǎn)基因植物。與按傳統(tǒng)孟德爾 遺傳規(guī)律育種比較，轉(zhuǎn)基因技術(shù)顯出其優(yōu)越和更大的潛力，提高光合作用、擴大固 氮能力、提高營養(yǎng)價值、抗蟲、抗病、抗旱等轉(zhuǎn)基因植物都在研究中。將人的基因 轉(zhuǎn)入植物還可能獲得醫(yī)學上的治療用途的藥物，例如將人抗體基因轉(zhuǎn)入煙草，從煙 葉中就能提取得人的抗體蛋白。四、基因診斷與基因治療基因克隆和基因分析的手段得到與人類疾病有關(guān)的基因異常變化、以及致病微 生物基因結(jié)構(gòu)方面的知識，就可能用檢測和分析基因的方法去診斷疾病。對與疾病 相關(guān)的基因及其調(diào)控了解，就有可能導(dǎo)入外源目的基因去糾正基因缺陷或改變基因 表達調(diào)控以期達到治療疾病的目的。這些都是分子生物學進展

6、在醫(yī)學上重要的應(yīng)用。 因而本書列出兩章專門討論，在此不再重復(fù)敘述。NDA重組技術(shù)和基因工程使人類進入了能動改造的生物界的新紀元，使醫(yī)學發(fā)展到分子醫(yī)學的新階段。但由于人類對生物基因組的結(jié)構(gòu)、基因表達調(diào)控等認識還 很有限，因而分子生物學的成果在醫(yī)學上的應(yīng)用還處在初級階段。新的基因工程藥 物雖然不斷涌現(xiàn)，但已應(yīng)用的還是少數(shù)，而且由于對基因產(chǎn)物的整體效應(yīng)等研究還 不夠充分，即使已批準投入市場的基因工程藥物，有的療效還不很理想?；蛟\斷 應(yīng)用的范圍尚有待擴大，基因治療理想成功的例子還不多。轉(zhuǎn)基因的工作還由于基 因?qū)牒笤诨蚪M上的定位整合等知識和技術(shù)尚不成熟，因而現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因的工作還 很盲目、成功率還很低

7、。這些都有待于進行許多扎實的基礎(chǔ)研究，了解更多分子遺 傳學方面規(guī)律，并改進和創(chuàng)建新的技術(shù)，才能得到提高。然而探索著生命本質(zhì)的分 子生物學已經(jīng)指出了光明的前程，隨著科學的進步，肯定將逐步實現(xiàn)能按人們的意 志去獲得理想的結(jié)果，可以說“前途光明燦爛，道路曲折而遙遠”。小結(jié)基因工程又稱遺傳工程，是生物工程的主導(dǎo)技術(shù)。DNA重組技術(shù)或分子克隆是 基因工程的核心。分子生物學研究中發(fā)現(xiàn)的許多核酸酶類都可用作基因工程的工具。 其中能識別特定的回文序列并切割DNA雙鏈的II類限制性核酸內(nèi)切酶在DNA重組技術(shù) 中被廣泛應(yīng)用。當前目的基因序列主要來源于自然界的生物，無性繁殖的純基因稱為基因克隆 目的基因或核酸序列必

8、須由載體攜帶進入宿主細胞復(fù)制繁殖才能分離到克隆。常用 的載體有質(zhì)粒、噬菌體、病毒、酵母人工染色體等，載體必須能攜帶目的序列有效 地進入宿主細胞復(fù)制繁殖，并應(yīng)當具有良好的標志可供識別和篩選，常用有抗藥性 和a互補藍白篩選標志等。為獲得目的基因克隆，可構(gòu)建生物的基因組文庫，完整 的基因組文庫是含有該生物全部遺傳信息的克隆集合體，從基因組文庫中可以克隆 得該生物的基因組基因；以mRNA為模板經(jīng)反轉(zhuǎn)錄酶催化合成與NRA序列互補的DNA稱 為cDNA，可以從組織細胞提取mRNA構(gòu)建cDNA文庫，完整的cDNA文庫可以獲得特定基 因的cDNA構(gòu)隆。目的基因也可以用PCR或人工合成核酸的方法得到，但還離不開

9、從 生物基因組和cDNA獲得基因序列知識。要設(shè)計嚴密的方案，借助工具酶的作用，將 目的基因或序列以適當?shù)倪B接方式插放載體，用轉(zhuǎn)化、感染或轉(zhuǎn)染的方法導(dǎo)入宿主 細胞繁殖，經(jīng)抗藥生長、呈色顯示，核酸分子雜交、PCR、免疫學親和結(jié)合或限制 性酶譜分析等方法篩選獲得克隆，最后要經(jīng)過核酸序列分析鑒定。克隆的基因可以插入表達載體中帶有宿主細胞中表達，這是研究目的基因功能 和獲取基因產(chǎn)物必需步驟。表達載體應(yīng)當具備在宿主細胞中復(fù)制繁殖、篩選、目的 基因插入、以及基因表達所需要的各種元件。大腸桿菌遺傳背景清楚、操作容易、 經(jīng)濟、表達水平高，是最常用的表達系統(tǒng)，但它不適用于真核基因組基因的表達并 缺乏真核轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯后加工等功能。DNA重組技術(shù)和基因工程是分子生物學發(fā)展的突出領(lǐng)域，開創(chuàng)了人類能動改造 生物界的新階段，推動了醫(yī)學和整個生命科學的進步，為基因診斷、基因治療、基 因工程藥物的發(fā)展開辟了道路，是分子生物學走向廣泛應(yīng)用的重要方面，目前基因 工程還只是發(fā)展的初