什么是基因工程？
什么是基因工程？简介
基因工程是生物工程的一个重要分支，它与细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程一起构成了生物工程。基因工程是在分子水平上操纵基因的复杂技术。它是通过体外重组将外源基因导入受体细胞，使该基因在受体细胞中复制、转录、翻译和表达的操作。它是一种全新的技术，通过人工提取供体生物所需的遗传物质——DNA大分子，在体外用合适的工具酶切割，与作为载体的DNA分子连接，然后与载体一起导入更容易生长繁殖的受体细胞，让外来物质在其中“安家落户”，进行正常复制表达，从而获得新的物种。
基因工程是20世纪70年代在分子生物学和分子遗传学综合发展的基础上诞生的一门全新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指基因层面的基因工程。它是人工提取一种供体生物的遗传物质——DNA大分子，在体外用适当的工具酶切割，连接上作为载体的DNA分子，然后与载体一起导入更容易生长繁殖的受体细胞，使外源遗传物质在其中“安家落户”，正常复制表达，从而获得。这一定义表明，基因工程具有以下重要特征:第一，外源核酸分子可以在不同的宿主生物中繁殖，可以跨越自然物种的屏障，将来自任何生物的基因放入新的生物中，新的生物可以与原生物无关。这种能力是基因工程的第一个重要特征。第二个特点是某个小的DNA片段在新的宿主细胞中被扩增，使得少量的DNA样本可以“复制”大量的DNA，大量绝对纯净的DNA分子群不被任何其他DNA序列污染。科学家将改变人类生殖细胞DNA的技术称为“生殖细胞疗法”，而所谓的“基因工程”则是针对改变动物和植物的生殖细胞。不管叫什么名字，改变一个个体生殖细胞的DNA，很可能会对其后代产生同样的改变。
到目前为止，基因工程还没有用于人体，但它已经在从细菌到家畜的几乎所有非人类生命体上进行了试验，并取得了成功。事实上，所有用于治疗糖尿病的胰岛素都来自一种细菌，它的DNA被人类插入到可以产生胰岛素的基因中，使细菌可以自行复制胰岛素。基因工程技术使许多植物具有抵抗害虫和杂草的能力；在美国，大约一半的大豆和四分之一的玉米是转基因的。目前，转基因动植物是否应该用于农业成为争论的焦点:支持者认为，转基因农产品更容易种植，含有更多的营养成分(甚至药物)，有助于缓解世界范围内的饥荒和疾病；反对者认为，在农产品中引入新基因会产生副作用，尤其会破坏环境。
诚然，还有很多基因的功能和共同作用的方式是人类所不知道的。但是，考虑到基因工程可以让西红柿具有抗癌作用，让三文鱼长得比自然界大几倍，让宠物不再引起过敏，很多人希望可以对人类基因进行类似的修改。毕竟，胚胎遗传病筛查、基因修复、基因工程不仅可以用来治疗疾病，还可以使改变眼睛颜色、智力等其他人类特征成为可能。目前，我们还远远没有设计和定制我们的后代，但已经有了借助胚胎遗传病筛查技术培养人的身体特征的例子。比如有了这项技术，孩子的父母就可以有一个骨髓和孩子匹配的孩子，然后这个孩子就可以通过骨髓移植来治愈。
随着DNA内部结构和遗传机制的秘密一点一点地呈现在人们面前，特别是当人们知道遗传密码是由RNA转录和表达的，生物学家不再满足于探索和提示生物遗传的秘密，而是渴望尝试和想象在分子水平上干预生物体的遗传特征。如果将一个生物体DNA中的遗传密码片段连接到另一个生物体的DNA链上，并对DNA进行重组，就可以根据人类的意愿设计出新的遗传物质，创造出新的生物类型，这与过去培养生物后代的传统做法完全不同。这种做法就像技术科学的工程设计。根据人类的需要，这个生物的这个“基因”和那个生物的那个“基因”进行重构，组装成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿进行的生物科学技术被称为“基因工程”或“基因工程”
基因工程的基本操作步骤
1.获得目的基因是基因工程的第一步。
2.基因表达载体的构建是基因工程的第二步，也是核心。
3.将目的基因导入受体细胞是基因工程的第三步。
4.目的基因导入受体细胞后能否稳定保持和表达其遗传特性，只有通过检测和鉴定才能知道。这是基因工程的第四步。
基因工程的前景科学界预测21世纪将是基因工程的世纪。基因工程是在分子水平上对生物遗传的人工干预。要理解它，先从生物工程说起:生物工程又称生物技术，是应用信息、化工等现代生命科学原理和技术，利用活细胞或其产生的酶对廉价原料进行不同程度的加工，并提供大量有用产品的综合性工程技术。
生物工程的基础是现代生命科学、技术科学和信息科学。生物工程的主要产品是为社会提供大量高质量的发酵产品，如生化药物、化学原料、能源、生物防治剂、食品饮料等，同时也为人类提供环境治理、金属提取、临床诊断、基因治疗、农作物品种改良等社会服务。
生物工程由五部分组成:基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程。其中基因工程就是人们改造生物基因，利用生物生产出人们想要的特殊产品。随着DNA内部结构和遗传机制的秘密一点一点地呈现在人们面前，生物学家不再满足于探索和提示生物遗传的秘密，而是渴望尝试和想象在分子水平上干预生物体的遗传特征。
美国的吉尔伯特是碱基排列分析的创始人。他带头支持人类基因组计划。如果把一个生物体DNA中的一个遗传密码片段连接到另一个生物体的DNA链上，DNA重组，难道我们就不能按照人类的意愿设计新的遗传物质，创造新的生物类型吗？这与过去繁殖生物后代的传统做法完全不同。它与技术科学的工程化设计非常相似，即根据人类的需要，将这种生物的这个“基因”和那种生物的那个“基因”重新构建组装成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿进行的生物科学技术被称为“基因工程”或“基因工程”
人类基因工程的主要课程是什么？1866年，奥地利遗传学家孟德尔神父发现了生物的遗传规律。1868年，瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核有两部分:酸性和蛋白质。酸性部分后来被称为DNA；1882年，德国胚胎学家沃尔特·弗莱明在研究蝾螈细胞时，发现细胞核中含有大量分裂的线状物体，即后来的染色体。1944年，美国研究人员证明了DNA是大多数生物的遗传物质，而不是蛋白质；1953年，美国生物化学家沃森和英国物理学家克里克宣布发现了DNA的双螺旋结果，奠定了基因工程的基础。1980年，第一只转基因老鼠诞生；1996，第一只克隆羊诞生；1999年，美国科学家破解了人类第22个基因组的序列图。未来的计划是根据基因图谱开出相关疾病的药物。
人类基因组研究是生命科学的基础研究。有些科学家把基因组图谱看作化学中的路线图或元素周期表；有科学家把基因组图谱比作一本字典，但无论从哪个角度看，为了促进人类健康、预防疾病、延长寿命，解读和破译人类遗传密码的应用前景都是极其美好的。65438+万个人类基因及相应染色体位置的信息被破译后，人类、动物、植物的遗传密码被破译，为攻克疾病、提高农作物产量开辟了广阔前景。它将成为医药和生物制药行业知识和技术创新的源泉。美国的贝克维茨正在器皿中观察菌落。他曾经警告过人类基因组计划。
科学研究证明，一些困扰人类健康的重大疾病，如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等，都与基因有关。根据解码的基因序列和功能，我们可以找出这些基因，根据相应的病理位置筛选药物，甚至可以根据现有的基因知识设计新药，从而修复或替换这些病理基因，从而治愈持续存在的疾病。基因医学将在21世纪成为医学界耀眼的明星。基因研究不仅可以为筛选和开发新药提供基础数据，还为利用基因检测、预防和治疗疾病提供了可能。比如，生活习惯、生活环境相同的人，由于基因序列不同，对同一种疾病的易感性也不同。一个明显的例子是，一些吸烟者容易患肺癌，而另一些人则不会。医生会根据不同人不同的基因序列给予不同的指导，让他们养成科学合理的生活习惯，尽可能的预防疾病。
随着人类基因工程的发展，解码人类全部DNA指日可待。
信息技术的发展改变了人类的生活方式，基因工程的突破将帮助人类延长寿命。目前一些国家的平均寿命已经超过80岁，中国也超过了70岁。有科学家预测，随着癌症、心脑血管等慢性病的有效治疗，2020年至2030年可能出现平均寿命超过1000岁的国家。到2050年，人类的平均寿命将达到90到95岁。
人类将挑战生命科学的极限。1953年2月的一天，英国科学家弗朗西斯·克里克宣布，我们发现了生命的秘密。他发现DNA是存在于细胞核中的双螺旋分子，决定了生物体的遗传。有趣的是，这位科学家在剑桥的一个酒吧里宣布了这一重要的科学发现。破译人类、动物和植物的遗传密码，为攻克疾病、提高农作物产量开辟了广阔前景。65438-0987年，美国科学家提出了“人类基因组计划”，其目标是确定人类所有的遗传信息，确定人类基因在23对染色体上的具体位置，找出每个基因的核苷酸序列，建立人类基因库。1999年，人类22号染色体的遗传密码被破译，“人类基因组计划”迈出了成功的一步。可以预测，在未来的四分之一世纪里，科学家可能会揭示约5000种人类遗传疾病的致病基因，从而找到癌症、糖尿病、心脏病、血友病等致命疾病的基因疗法。
继2000年6月26日科学家发表人类基因组“工作框架图”后，中国、美国、日本、德国、法国和英国的科学家与美国Celera公司于2006年2月2日联合发表了人类基因组图谱和初步分析结果。此次公布的人类基因组图谱是在原有“工作框架图”的基础上，经过整理、分类和排列，更加准确、清晰和完整。人类基因组包含了人类出生、衰老、疾病和死亡的大部分遗传信息。破译它将给疾病的诊断、新药的开发和新疗法的探索带来一场革命。人类基因组图谱和初步分析结果的公布将对生命科学和生物技术的发展起到重要的推动作用。随着人类基因组研究的进一步发展，生命科学和生物技术将随着新世纪进入一个新的时代。
基因工程在20世纪取得了巨大的进步，这至少有两个强有力的证明。一个是转基因动植物，一个是克隆技术。转基因动植物被植入了新的基因，这使它们拥有了以前没有的全新性状，从而引起了一场农业革命。现在转基因技术已经广泛应用，比如抗虫番茄，速生鲫鱼。克隆羊的诞生是1997年世界十大科技突破之首。这只名叫多莉的母羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物，它完全继承了给予它细胞核的母羊的遗传基因。“克隆”一时间成为人们关注的焦点。尽管存在伦理和社会问题，但生物技术的巨大进步给了人类更广阔的未来想象空间。
基因工程大事记
1860年至1870年，奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出了遗传因子的概念，总结了孟德尔的遗传规律。
1909年，丹麦植物学家、遗传学家约翰逊首次提出“基因”一词，表达孟德尔的遗传因素概念。
1944年，三位美国科学家分离出细菌DNA(脱氧核糖核酸)，发现DNA是一种携带生命遗传物质的分子。
1953年，美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型。
1969科学家成功分离出首个基因。
1980年，科学家首次培育出世界上第一只转基因动物转基因小鼠。
1983年，科学家首次培育出世界上第一株转基因植物转基因烟草。
1988 K.Mullis发明了PCR技术。
1990 10被称为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。
从65438到0998，一群科学家在美国罗克韦尔成立了赛莱拉基因公司，与国际人类基因组计划竞争。
1998 12一种小型线虫的完整基因组序列测定完成，这是科学家首次绘制出多细胞动物的基因组图谱。
1999年9月中国获准加入人类基因组计划，负责确定人类基因组总序列的1%。中国是继美、英、日、德、法之后第六个参与国际人类基因组计划的国家，也是唯一参与这一计划的发展中国家。
1999 65438+2月1日，国际人类基因组计划联合研究团队宣布，人类第22条染色体的遗传密码已被完全解码，这是人类首次成功完成人类染色体完整基因序列的测定。
2000年4月6日，Celera公司宣布破译了一名实验者的完整遗传密码，但遭到了众多科学家的质疑。
2000年4月底，我国科学家根据国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架。
2000年5月8日，德国和日本科学家宣布，染色体21的测序工作已基本完成。
2000年6月26日，科学家公布了人类基因组工作草案，这标志着人类向解读自己的“生命之书”迈出了重要一步。
2000年6月5438+2月65438+4月，美国和英国的科学家宣布绘制出了拟南芥基因组的完整图谱，这是人类第一次完全破译了一种植物的基因序列。
2001 2月12中、美、日、德、法、英科学家联合发表人类基因组图谱及初步分析结果。
科学家首次公布了人类基因组的“基因信息”草案。
[编辑本段]基因研究国家正在争夺基因时代的全球地图。
让我们来看看新世纪到来之际，世界各国对基因科学的研究情况。
英国:早在80年代中期，英国就有了第一家生物技术企业，在欧洲国家中是最早的。今天，它拥有560家生物技术公司，在欧洲70家上市的生物技术公司中，英国占了一半。
德国:认识到生物技术将是保持德国未来经济竞争力的关键，德国政府于1993年通过立法，简化生物技术企业的审批手续，并拨款150万德国马克成立了三个生物技术研究中心。此外，政府还计划在未来五年内花费6543.8+0.2亿马克用于人类基因组计划的研究。1999年，德国科研人员申请的生物技术专利占欧洲的14%。
法国:在过去的10年里，法国政府用于生物技术的资金增加了10倍。最典型的项目就是1998在巴黎附近建立的所谓“基因谷”科技园，这里聚集了法国最有前途的新兴生物技术公司。另外20个法国城市也准备模仿“基因谷”建立自己的生物技术园。
西班牙:Mar制药公司是这个国家生物技术企业的代表，专门从海洋生物中寻找抗癌物质。其中ET-743是最有价值的一种，是从加勒比海和地中海的海底喷出物中提取的红色抗癌药。ET-743计划于2002年在欧洲注册生产，将用于治疗骨癌、皮肤癌、卵巢癌、乳腺癌等常见癌症。
印度:印度政府资助全国50多个研究中心收集人类基因组数据。由于独特的“种姓制度”和一些偏远部落的通婚习俗，印度人口的基因库是世界上最完整的，是科学家寻找遗传疾病病理和治疗方法的非常有价值的数据库。然而，印度的私营生物技术企业仍处于起步阶段。
日本:日本政府计划明年将生物技术研究经费增加23%。一家私人企业还建立了龙基因中心，这将是亚洲最大的基因组研究机构。
新加坡:新加坡宣布了一项6000万美元的基因技术研究项目，研究疾病如何对亚洲人和白人产生不同的影响。该计划侧重于分析基因差异以及什么样的治疗方法对亚洲人有效，从而最终获得识别和治疗疾病的新知识；并成立高科技公司来制造由这项研究衍生的药物和医疗产品。
中国:参与人类基因组计划，测定了1%的序列，为21世纪的中国生物产业带来了光明。这个“1%项目”使中国进入了生物产业的国际先进行列，也使中国自然共享了人类基因组计划的所有成果、资源和技术。
[编辑本段]基因工程与农业、畜牧业和食品工业
利用基因工程技术，不仅可以培育优质、高产、抗病的农作物和畜禽新品种，还可以培育有特殊用途的动植物。
1.转基因鱼
生长快、耐恶劣环境、肉质好的转基因鱼(中国)。
2.转基因牛
牛奶中含有人类生长激素的转基因牛(阿根廷)。
3.转黄瓜抗青枯病基因甜椒
4.带有鱼类抗寒基因的番茄
5.转黄瓜抗青枯病基因马铃薯
6.不会引起过敏的转基因大豆
7.超级动物
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级鼠
8.特殊动物
通过引入人类基因而具有特殊用途的猪和老鼠。
9.抗虫棉
苏云金芽孢杆菌能合成毒蛋白杀死棉铃虫。将该基因在体外导入棉花细胞，然后进行组织培养，可以获得抗虫棉花。
[编辑此段]基因工程与环境保护
基因工程制造的DNA探针可以非常灵敏地检测环境中的病毒、细菌和其他污染。
基因工程培育的指示生物可以非常灵敏地反映环境污染，但不容易因为环境污染而大量死亡，甚至可以吸收和转化污染物。
基因工程与环境污染控制
基因工程制造的“超级细菌”可以吞噬和分解多种污染环境的物质。
通常情况下，一种细菌只能分解石油中的一种碳氢化合物，但通过基因工程成功培育的“超级细菌”可以分解石油中的多种碳氢化合物。有些还能吞食和转化汞、镉等重金属，分解DDT等有毒物质。)
[编辑此段]基因治疗可以等待医学革命。
“基因”的意思就是现在我们常见的“基因”一词，音译自“基因”基因是决定一个生物物种所有生命现象的最基本因素。科学家认为，这个词的翻译不仅声音通顺，而且意义贴切，是科学术语的外文翻译典范。基因作为体内的遗传单位，不仅可以决定我们的长相和身高，它的异常也必然会导致各种疾病。一些有缺陷的基因可能会遗传给后代，而另一些则不会。基因治疗最初是针对单基因缺陷的遗传病而提出的，旨在用一个正常的基因替代缺陷基因，或者补救缺陷基因的致病因素。
用基因治疗疾病，就是把功能基因导入患者体内进行表达，疾病之所以能得到治疗，是因为表达产物——蛋白质发挥了作用。基因治疗的结果就像是对一个基因做了手术，治病去根，所以有人形容为“分子手术”。
我们可以把基因治疗分为两种:性细胞基因治疗和体细胞基因治疗。性细胞基因疗法就是在患者的性细胞里做手术，让他们的后代再也不会得这种遗传病。体细胞基因治疗是目前基因治疗研究的主流。但是，它的缺点也很明显。并没有改变单个或多个基因缺陷患者的遗传背景，以至于有些人的后代不可避免地会患上这种疾病。
无论哪种基因治疗在临床试验初期，都没有稳定的疗效和完全的安全性，这就是目前基因治疗的研究现状。
可以说，在没有完全解释人类基因组的运行机制，没有完全了解基因调控机制和疾病的分子机制之前，进行基因治疗是相当危险的。增强基因治疗的安全性，提高临床试验的严谨性和合理性尤为重要。尽管基因治疗还有许多障碍需要克服，但总的趋势是令人鼓舞的。据统计，截至1998年底，全球已实施373项临床法案，共有3134人接受了基因转移实验，充分显示了其巨大的发展潜力和应用前景。正如基因治疗的创始人所预言的，基因治疗的出现将推动新世纪医学的革命性变化。
【编辑此段】基因工程将中医带入新时代。
参加5月3日“中药与天然药物”国际研讨会的中国专家65438+65438认为，转基因药用植物或器官的研究、有效次生代谢途径关键酶基因的克隆、中药分子标记、中药基因芯片的研究已成为中药研究的热点，将把中药带入一个全新的时代。
据北京大学天然药物与仿生药物国家重点实验室副主任郭德安介绍，转基因药用植物或器官组织的研究是近年来我国中药生物技术较为活跃的领域之一。
在转基因药用植物的研究中，中国医学科学院药用植物研究所分别用发根农杆菌和根癌农杆菌诱导丹参形成毛状根和冠瘿，然后分化成植株。他们对它们与栽培丹参的形态和化学成分进行了比较研究。结果表明，由毛状根再生的植株叶片皱缩，节间缩短，植株矮化，须根发达。而冠瘿组织再生植株株型高大，根系发达，产量高，丹参酮含量高于对照，对丹参育种和提高药材质量具有重要意义。
郭德安表示，研究中药化学成分的生物合成途径，不仅有助于这些化学成分的仿生合成，而且可以人为调控这些化学成分的合成，有利于所需化学成分的定向合成。国内在这方面的研究已经开始。
据了解，生物技术在我国中医药研究中的应用研究逐渐兴起。有些方面，如药用植物的组织和细胞培养，已经积累了二三十年的经验，理论和技术也相当成熟，在全国已经形成了一定的规模。其中，中草药细胞工程的研究正处于鼎盛时期。
郭德安说，面对许多野生植物濒临灭绝，一些特殊环境下难以引种的问题，我国科学家开始探索通过大量培养高等植物细胞和器官来生产有用的次生代谢产物。研究内容包括高产组织或细胞系的筛选、培养条件的优化和次生代谢产物生物合成途径的调控，以达到降低成本和提高次生代谢产物产量的目的。
此外，利用植物悬浮培养细胞或不定根、毛状根对外源化学成分进行生物转化的研究也在近期悄然兴起，并取得了一定进展。
而且，科学家们更加关注次生代谢产物生物合成途径的调控。这些研究取得了令人振奋的成果，表明我国药用植物的细胞培养进入了一个新时代。