基因工程技术的发展历史现状及前景.doc

学号 基因工程课程论文 （ 2013 届本科）题 目： 基因工程技术发展历史、现状及前景学 院： 农业与生物技术学院 班 级： 生物科学 091 班 作者姓名： X X X 指导教师： XXX 职称： 教授 完成日期： 2013 年 3 月 16 日二 一 三 年 三 月基因工程技术发展历史、现状及前景摘 要：生物学已是现代最重要学科之一，而从20世纪70年代初发展起来基因工程技术，经过30多年来发展与进步，已成为生物技术核心。基因工程技术现应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等诸多领域。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要学科，基因工程技术及相关领域将成为21世纪主导产业之一。关键词：基因工程技术、发展历史、现状、前景引言基因工程是在分子生物学与分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生一门崭新生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上遗传工程，它是用人为方法将所需要某一供体生物遗传物质-DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当工具酶进行切割后，把它与作为载体DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖受体细胞中，以让外源遗传物质在其中"安家落户"，进行正常复制与表达，从而获得新物种一种崭新育种技术。基因工程具有以下几个重要特征：首先，外源核酸分子在不同寄主生物中进行繁殖，能够跨越天然物种屏障，把来自任何一种生物基因放置到新生物中，而这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系，这种能力是基因工程第一个重要特征。第二个特征是，一种确定DNA小片段在新寄主细胞中进行扩增，这样实现很少量DNA样品"拷贝"出大量DNA，而且是大量没有污染任何其它DNA序列、绝对纯净DNA分子群体。科学家将改变人类生殖细胞-DNA技术称为“基因系治疗”，通常所说“基因工程”则是针对改变动植物生殖细胞。无论称谓如何，改变个体生殖细胞DNA都将可能使其后代发生同样改变。一、 基因工程技术发展历史（一）基因工程发展简述人类与动物许多病害都是由单细胞原核生物细菌引起。在一段时间，细菌成为人类第一大杀手，成千上万生命被其感染吞噬。虽然青霉素以及磺胺类等搞菌药物出现拯救了无数生命，但是，好景不长，青霉素使用不到期10年，即在世界上20世纪50年代中期，就发现了严重细菌抗药性，并且这种抗药性还具有“传染性”，也就是说，一种细菌抗药性可以传给另一种细菌。基因工程“开山鼻祖”科恩，就是一位最早从事细菌抗药性专家。他本科毕业于生物专业，后在美国宾夕法尼亚大学获得医学博士学位，1968年来到美国斯坦福大学担任助教，并选择细菌抗菌药性作为自己主要研究课题。他实验室与其他研究组工作表明，细菌抗药性基因不是由染色体DNA编码，而是由一种叫“质粒”小环状DNA分子携带。质粒DNA中有一叫做“复制区”序列，它控制着质粒自主复制。由于这个复制区作用，质粒可以独立于染色体进行复制，科恩等人研究表明，细菌抗药性秘密就在质粒DNA上。1973年斯坦福大学与加州大学联合完成了“重组DNA技术”专利申请工作。这是一个非常典型、因基础理论研究突破而形成实用新技术事例，整个现代生物技术产业就是从这里萌芽。随着1953年DNA双螺旋模型建立、1966年64个遗传密码破译以及1971年DNA 限制性内切酶发现等一系列生命科学领域重大问题突破，人们已不再仅仅满足于探索 生命现象奥秘，而是设想在分子水平上去改造生命。一个大胆构思:将一种生物DNA 中某个墓因片段连接到另外一种生物DNA链上去，将DNA重新组织，不就可以按照 人类愿望，设计出新遗传物质并创造出新生物类型吗?这种做法史无前例，很像技术 科学工程设计，即依据人类需要把一种生物“基因”与另一种生物“基因”重新 “组装”成新基因组合.创造出新生命体。 在20世纪70年代，许多DNA新技术发展使得基因分离与操作取得了巨大成就. 1973年，S. Cohen等人首次获得体外重组DNA分子克隆锐良多DNA分子“拷贝”)。 1977年，A. Maxam与W. Gilbert化学裂解DNA RJ序技术问世;不久，Sanger及其同事 又提出了另一种DNA序列分析技术双脱氧测序法。DNA克隆与测序技术相结合，使 当代科学家可以从数千个甚至数万个荃因中分离、鉴定某一特定基因，并且可使任一基因在 一定受体细胞或宿主体内表达具有生物学功能蛋白质。在DNA克隆与测序技术基础 上，重组DNA技术即基因工程技术日臻完善，为20世纪90年代启动人类基因组计划 (human gennrne prnjert, HGP)定了A础。如今，重组DNA技术已被广泛应用于基因修 饰与改造、克隆动物、培育抗病植物、开发新药及临床诊断.同时，重组DNA技术也是分 子遗传学、分子生物学、分子医学等很多当代生命学科发展、融合桥梁;这些学科融 合、发展又促进了重组DNA技术成熟，使其发展为一个专门学科重组DNA技术学 (recombinant DNA technology)也称作基因工程。（二）基因工程大事记1860至1870年 奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。 1909年 丹麦植物学家与遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔遗传因子概念。 1944年 3位美国科学家分离出细菌DNA（脱氧核糖核酸），并发现DNA是携带生命遗传物质分子。 1953年 美国人沃森与英国人克里克通过实验提出了DNA分子双螺旋模型。 1969年 科学家成功分离出第一个基因。 1980年 科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠。 1983年 科学家首次培育出世界第一个转基因植物转基因烟草。 1988年 K.Mullis发明了PCR技术。 1990年10月 被誉为生命科学“阿波罗登月计划”国际人类基因组计划启动。 1998年 一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉遗传公司，与国际人类基因组计划展开竞争。 1998年12月 一种小线虫完整基因组序列测定工作宣告完成，这是科学家第一次绘出多细胞动物基因组图谱。 1999年9月 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列1%。中国是继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划惟一发展中国家。 1999年12月1日 国际人类基因组计划联合研究小组宣布，完整破译出人体第22对染色体遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列测定。 2000年4月6日 美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者完整遗传密码，但遭到不少科学家质疑。 2000年4月底 中国科学家按照国际人类基因组计划部署，完成了1%人类基因组工作框架图。 2000年5月8日 德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第21对染色体测序工作。 2000年6月26日 科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解读自身“生命之书”路上迈出了重要一步。 2000年12月14日 美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物基因序列。 2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6国科学家与美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。二、 基因工程技术现状及应用（一）基因工程技术现状概述迄今为止，基因工程还没有用于人体，但已在从细菌到家畜几乎所有非人生命物体上做了实验，并取得了成功。事实上，所有用于治疗糖尿病胰岛素都来自一种细菌，其DNA中被插入人类可产生胰岛素基因，细菌便可自行复制胰岛素。基因工程技术使得许多植物具有了抗病虫害与抗除草剂能力；在美国，大约有一半大豆与四分之一玉米都是转基因。目前，是否该在农业中采用转基因动植物已成为人们争论焦点：支持者认为，转基因农产品更容易生长，也含有更多营养（甚至药物），有助于减缓世界范围内饥荒与疾病；而反对者则认为，在农产品中引入新基因会产生副作用，尤其是会破坏环境。 诚然，仍有许多基因功能及其协同工作方式不为人类所知，但想到利用基因工程可使番茄具有抗癌作用、使鲑鱼长得比自然界中大几倍、使宠物不再会引起过敏，许多人便希望也可以对人类基因做类似修改。毕竟，胚胎遗传病筛查、基因修复与基因工程等技术不仅可用于治疗疾病，也为改变诸如眼睛颜色、智力等其他人类特性提供了可能。目前我们还远不能设计定做我们后代，但已有借助胚胎遗传病筛查技术培育人们需求身体特性例子。比如，运用此技术，可使患儿父母生一个与患儿骨髓匹配孩子，然后再通过骨髓移植来治愈患儿。 随着DNA内部结构与遗传机制秘密一点一点呈现在人们眼前，特别是当人们了解到遗传密码是由 RNA转录表达以后，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子水平上去干预生物遗传特性。 如果将一种生物 DNA中某个遗传密码片断连接到另外一种生物DNA链上去，将DNA重新组织一下，就可以按照人类愿望，设计出新遗传物质并创造出新生物类型，这与过去培育生物繁殖后代传统做法完全不同。 这种做法就像技术科学工程设计，按照人类需要把这种生物这个“基因”与那种生物那个“基因”重新“施工”，“组装”成新基因组合，创造出新生物。这种完全按照人意愿，由重新组装基因到新生物产生生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。 基因工程在20世纪取得了很大进展，这至少有两个有力证明。一是转基因动植物，一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新基因，使得动植物具有了原先没有全新性状，这引起了一场农业革命。如今，转基因技术已经开始广泛应用，如抗虫西红柿、生长迅速鲫鱼等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生哺乳动物，它完全秉承了给予它细胞核那只母羊遗传基因。“克隆”一时间成为人们注目焦点。尽管有着伦理与社会方面忧虑，但生物技术巨大进步使人类对未来想象有了更广阔空间。（二）基因工程技术在各领域应用 1. 基因工程技术在农业方面应用 基因工程培育优质、高产农作物品种进展植物基因移植于导入技术研究成功，为改变植物蛋白质、脂肪、淀粉与糖类含量与品质，提高其营养价值，为改变蔬菜、果品风味提供了可能与技术途径。2. 基因工程技术在畜牧业应用基因工程在畜牧养殖业应用也具有非常广阔应用前景，科学家将某些特定基因与病毒DNA构成重组DNA，然后通过感染或显微注射技术转移到动物受精卵中，由这种新受精卵发育成动物就会带有人们所希望新优良性状，如高产仔量、产奶量、抗病能力与高质量皮毛等等。3. 基因工程技术在食品行业应用基因工程可以为人类开辟新食物来源，据报道，科学家将鸡蛋蛋白基因在大肠杆菌与酵母菌中表达成功。这表明，有朝一日，人们能够用发酵罐培养大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需卵清蛋白，并且在不久将来，人们还可以利用基因工程方法从微生物中获取所需要糖类、脂肪、维生素等等。4. 基因工程技术在医药方面应用目前，以基因工程药物为主导基因工程应用产业已成为全球发展最快产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素与寡核甘酸药物等。它们对预防人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到作用。我们最为熟悉干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症与类风湿关节炎等多种疾病。5. 基因工程技术在能源方面应用在能源方面，目前正在研究能够再生生物能源，如用基因工程培养特殊细菌，把没有用植物纤维素分解成葡萄糖，生产酒精，用来补充或替代石油。6. 基因工程技术在工业方面应用在工业方面，可以用基因工程培养出特殊“超级细菌”。这种细菌喜爱吸收某种金属，这样不用花大力气就能够探明矿藏，并且利用它来进行采矿。据统计，全世界每年用“超级细菌”浸出铜高达20万吨。培养某种“超级细菌”还可以吸掉石油里某种杂质，相应减低石油产品成本。7. 基因工程技术在环保方面应用基因工程应用于环保，一方面基因工程方法可用于环境监测。据报道，用DNA探针可以检测饮用水病毒含量。具体方法：用一个特定DNA片段制成探针，与被测病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。与传统方法相比具有快速、灵敏特点。传统检测一次，需几天或几个星期时间，精确度不高，而用DNA探针只需一天。据报道，能从1t水中检测出 10个病毒来，精确度大大提高。 基因工程还可用于净化环境。随着石油工业迅速发展，石油这种含有多种烃类物质对环境造成很大污染。自然界中，假单相杆菌细菌能够分解石油，但是，每一种假单抱杆菌只能分解石油中某一种成分。1975年，科学家用基因工程方法，把能分解三种焊类基因都转到能分解另一种烃类假单抱杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类“超级细菌”。三、 基因工程技术发展前景 由于基因工程运用DNA分子重组技术，能够按照人们预先设计创造出许多新遗传结合体，具有新奇遗传性状新型产物，增强了人们改造动植物主观能动性、预见性。而且在人类疾病诊断、治疗等方面具有革命性推动作用，对人口素质、环境保护等作出具大贡献。所以，各国政府及一些大公司都十分重视基因工程技术研究与开发应用，抢夺这一高科技制高点。其应用前景十分广阔。我国基因工程技术尚落后于发达国家，更应当加速发展，切不可坐失良机。 但是，任何科学技术都是一把“双刃剑”，在给人类带来利益同时，也会给人类带来一定灾难。比如基因药物，它不仅能根治遗传性疾病、恶性肿瘤、心脑血管疾病等，甚至人智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造；还有，克隆技术如果不加限制，任其自由发展，最终有可能导致人类毁灭。还有，尽管目前转基因动植物还未发现对人类有什么危害，但不等于说转基因动植物就是十分安全，毕竟这些东西还是新生事物，需要实践慢慢地检验。转基因生物与常规繁殖生长品种一样，是在原有品种基础上对其部分性状进行修饰或增加新性状，或消除原来不利性状，但常规育种是通过自然选择，而且是近缘杂交，适者生存下来，不适者被淘汰掉。而转基因生物远远超出了近缘范围，人们对可能出现新组合、新性状会不会影响人类健康与环境，还缺乏知识与经验，按目前科学水平还不能完全精确地预测。所以，我们要在抓住机遇，大力发展基因工程技术同时，需要严格管理，充分重视转基因生物安全性。参考文献1 楼士林，杨盛昌，龙敏南，等.基因工程M.北京：科学出版社，2002.2 李庆军，董艳桐，施冰.植物抗虫基因研究进展J.林业科技，2002，27(2)：22 26.3 陈渝军, 林晶. 基因工程技术在医药卫生领域应用及发展. 药品评价,2005, 2( 2) : 144- 145.4 童克中.基因及其表达.北京: 科学出版社, 2001. 5 朱宝泉. 基因工程技术在医学工业中应用及进展 6 方鹏.基因工程应用简述 J .辽宁师专学报.2004.6(2): 29- 30. 7 王俊杰21 世纪基因工程在肿瘤防治中应用 J 2000.6(6):62- 67.第 8 页