基因工程技术对人类社会的影响(共7页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上基因工程技术对人类社会的影响 摘要:基因是决定生物性状的基本因子,随着人们对基因认识的不断深入,基因工程技术发展到了一个新的历史阶段。基因工程在现代科技进步和社会发展中发挥着日益重要的作用,同时基因工程技术在不断解决人类社会所面临日益尖锐的问题和矛盾的同时,也带来了许多令人担忧的社会问题。如何引导基因工程技术朝着有利于人类的方向发展,这是整个人类社会面临的重大课题。关键词:基因 基因工程 基因诊断 转基因动植物 转基因食品基因工程的兴起,是二十世纪科学技术最具革命性的成就之一,开创了人类认识自然、改造自然的新纪元。1996年诺贝尔奖获得者、莱斯大学的化学家罗伯特柯尔说
2、:“本世纪是物理学和化学的世纪,但下个世纪显然将是生物学的世纪。” 随着“人类基因组计划”的初步完成,及其基因工程操作技术的不断完善,人类在基因领域已经取得了巨大的进步,基因工程技术正在以令人目不暇接的速度和不可思议的方式改变着这个世界,已经或即将对人类社会产生重大影响。1 基因工程的基本概念1.1 基因工程的基本原理和特点“基因”是DNA分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称,是遗传物质的最小功能单位。基因一词是英语“gene”的音译,是“开始”、“生育”的意思。它源于印欧语系,后变为拉丁语的gens(氏族)以及现代英语中genus(种属)、genius(天才)、genital(生育)等诸多
3、词汇。1865年,奥地利科学家Mendel提出了遗传因子的分离和自由组合假说,为探索生命遗传的奥妙拉开了序幕。1909年,丹麦植物学家和遗传学家Johnson首次提出基因这一名词,用来指任何一种生物中控制任何遗传性状而其遗传规律又符合孟德尔定律的遗传因子。1944年,Avery证明遗传物质的本质是脱氧核糖核酸,即DNA。随着遗传学及相关学科的发展,一门走向改造生物的新科学基因科学应运而生。1972-73年间,Boyer、Cohen、Berg等生物学家在美国成功地将基因在体外重组并通过质粒转入细菌内,进行无性繁殖,宣告了基因工程的诞生。基因工程(genetic engineering),也叫基因
4、克隆、遗传工程,或重组体DNA技术。它是一项将生物的某个基因通过基因载体运送到另一种生物的活性细胞中,并使之无性繁殖(称之为“克隆”)和行使正常功能(称之为“表达”),从而使生物体的遗传性状发生定向变异,创造生物新品种或新物种的遗传学技术。即用生物化学的方法,在体外将各种来源的遗传物质(同源的或异源的、原核的或真核的、天然的或人工合成的目的DNA片段)与载体系统(病毒、细菌质粒或噬菌体)的DNA连接起来,引入宿主细胞中表达并最终获得所需的遗传性状(如蛋白质等)。基因工程技术是一项最具创造性的、非常实用的技术成果。其一,由于地球上所有的生命体遗传物质的基本结构非常近似、稳定,都由4种核苷酸组成,
5、具有高度的同源性,使得人们可在体外直接对微生物、动、植物本身不同种属之间的基因进行操作,而且可对它们之间不同来源的基因(如动物基因与微生物的基因)进行拼接、传递,使得基因的操作打破了种属间的界限。其二,人们可根据需要,对目的基因进行改造,获得人们所需的性状。其三,基因工程技术还可使目的基因DNA片段通过与载体DNA一起复制而大量扩增。1.2 基因工程的发生发展基因工程的出现是当代科学技术高速发展的背景和社会需求两个因素共同作用的结果。特别是分子生物学的最新理论成就和当代主要尖端技术(如微电子技术和电子计算机技术)对分子生物学的渗透。二十世纪五十年代Watson和Crick在X衍射实验的基础上提
6、出DNA的双螺旋结构,60年代关于基因表达调控的操纵子学说的出现,以及70年代初期DNA限制性内切酶与基因载体的发现和基因突变的分子基础等理论的突破,为基因工程打下了坚实的理论基础。另一方面,社会需求为基因工程的发展提供了原动力。人类面对癌症、遗传性疾病、艾滋病各种疑难杂症,人口迅猛增长,粮食供应不足,自然资源日益缺乏,以及一些珍稀动、植物濒临绝种等各种难题,而传统的遗传研究方法又显得无能为力,这就迫使科学家们必需采取新的技术方法来解决这些问题。正是由于这些因素,使得基因工程这一高新技术的诞生成为必然。再加上一些尖端仪器的运用,如高精密光学仪器、超速离心机、DNA合成仪、DNA测序仪等,促进了
7、基因工程技术迅速发展。从1972-73年间,Boyer、Cohen、Berg等生物学家在美国成功地将基因在体外重组并通过质粒转入细菌内,进行无性繁殖,宣告基因工程的诞生,到以后大量的基因工程产品问世以及一系列的转基因动植物的出现(特别是1997年从成体细胞克隆得到的Dolly羊),这短短几十年的时间内,基因工程已成为生命科学中起主导作用的生物技术。基因工程技术既反映了基础学科研究的最新成果,又充分体现了工程科学所开拓出来的新技术和新工艺。它的兴起标志着人类已经进入设计和创建新的基因、新的蛋白质和新的生物物种的时代,必将在各个领域对人类社会产生深远的影响。2 基因工程技术对人类社会进步和发展的促
8、进作用基因工程在其产生的短短30多年时间,已经发展到了相当成熟的地步。其应用范围之广、应用领域之多,已渗入到社会生活的方方面面。2.1 基因工程对医疗领域的影响随着人类对基因研究的不断深入,分子医学的新时代已经开始显现。这个新时代的特点不是治疗疾病的症状,而是寻找引起疾病的根本原因。医学研究人员还将能够根据新的药物和免疫疗法技术,设计新的治疗机制、避开可能引发疾病的环境条件、通过基因疗法更换出现缺损的基因。人类基因工程研究取得的技术成果和资源已开始对生物医学研究产生深刻的影响,并将给更广泛的生物学研究和临床医学带来革命。越来越详细的基因组图谱的绘制完成,有助于研究人员寻找诸如脆弱的X综合征、1
9、型和2型神经纤维瘤、遗传性结肠癌,阿耳茨海默氏症和家族乳腺癌等几十种与遗传疾病有关的基因。目前,已发现的遗传病有7746种,其中由单基因缺陷引起的就有约3000多种。因此,遗传病是基因治疗的主要对象。基因诊断是基因工程技术在医学上的一项重要应用。它是指用基因工程的技术方法,将正常的基因转入病患者的细胞中,以取代病变基因,从而表达所缺乏的产物,或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径,达到治疗某些遗传病的目的。第一例基因治疗是美国在1990年进行的。当时,两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症。科学家对她们进行了基因治疗并取得了成功。这一开创性的工作标志着基因治疗已
10、经从实验研究过渡到临床实验。1991年,我国首例型血友病的基因治疗临床实验也获得了成功。基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗。其方法是将特定的用改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着人们未来可能利用基因枪传送药物到人体内的特定部位,以取代传统的接种疫苗,并用基因枪技术来治疗遗传病。目前,科学家们正在研究的是胎儿基因疗法。如果现在的实验疗效得到进一步确证的话,就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病,以防止出生患遗传病症的新生儿,从而从根本上提高后代的健康水平。同时,基因工程技术在药物研究中的应用,带来了无与伦比的社会价值和经济价值。利用基因工
11、程技术生产临床治疗中非常有价值的活性多肽,不仅解决了来源困难的问题,降低了生产成本,而且可以利用在体外操作基因的优点,制造出更有效、副作用更少的药品。除此之外,基因疫苗也是医学界又一重大突破。传统的免疫方法一般是用去毒或低毒的病源微生物的抗原免疫人体,使人体产生抗体以抵抗疾病。但是,这种传统的免疫方法可能因为其抗原蛋白的毒性而对人体有害。现阶段发展起来的DNA疫苗则突破了这一缺陷,它是将能表达外源抗原蛋白的质粒DNA或其它形式的DNA注入机体后,产生对人体无危害或危害极低的抗原蛋白,令机体产生细胞免疫或体液免疫,抵抗外源微生物的侵害。而且DNA疫苗相对较稳定,成本低,使用方便,作用时间也长,所
12、以,DNA疫苗已广泛在临床上使用。目前正在研制的DNA疫苗有甲肝、乙肝疫苗、以及抗艾滋病病毒的疫苗等。除基因工程药物和疫苗之外,人们还正设法通过基因工程技术来改造一些动物(如猪)的器官,使其不被人体排斥,以便用于移植。目前,许多需要进行器官移植的病人在排队等待器官时丧失了生命,而且费用昂贵,基因工程器官若能成功的话,将给这些患者带来福音。现在科学家们的研究已经取得令人欣喜的成绩。所以,这些技术在医学的应用将在很大程度上改善人类健康状况,对增强人类体质,延长寿命起到重大作用。2.2 基因工程对农业现代化的影响基因的研究成果为绿色革命奠定了理论基础,基因工程技术由此进入一个崭新的时代。许多科学家认
13、为,基因工程技术能够把发展中国家的农业生产率提高25%,并且帮助防止作物收割后遭受损失。现代生物技术最伟大的成果之一就是转基因食品的迅速发展,其中最重要原因是它为解决全球性的粮食危机问题提供了有效的办法。这是世界各国经济可持续发展战略的要求。基因工程为打破物种界限、定向改良作物提供了有力的工具。转基因作物的应用、推广,为解决人类面临的粮食问题提供了希望,并可望为人类提供更多、更好、更理想的农产品。据预测,到2020年,世界人口将从现在的60亿增加到80亿,对粮食的需求量至少增加40%。现有耕地的生产力很难满足人口激增的需求。只有通过农业的生物技术革命才是解决全球粮食问题的最佳方法。转基因作物通
14、过增加作物的抗虫能力、耐高寒、抗高温、耐盐碱、抗倒伏、抗除草剂的能力等,来提高单位面积的产量,从而解决日益膨胀的地球人的吃饭问题。同时,转基因作物还可以增加食物的种类,改进食品的营养、味道和外观,延长货架期等等。因此,通过转基因所生产的作物,能极大地满足人们日益增长的物质需要,丰富了生物品种的多样性,从而会创造出巨大的经济效益和社会效益。自从20世纪80年代第一个转基因植物实验成功以来,在短短20年的时间里,转基因技术在植物品种改良的研究方面取得了重要进展。例如,普通西红柿在收获和运输过程中很容易发生软化而腐烂,研究发现这种软化过程受一种酶控制。科学家按照该酶的基因序列设计出它的反义RNA基因
15、,并转入西红柿,从而抑制了这种酶的软化作用,使西红柿的成熟过程延缓,有利于运输和保存。基因工程西红柿也是第一个批准商业化的基因工程农作物。再如,农业上的一种著名的微生物杀虫剂,叫苏云金杆菌,简称BT,在世界上推广应用了半个多世纪。这种细菌之所以能杀灭害虫,是因为它能产生一种叫“伴孢晶体”的大分子蛋白。当某些昆虫吃了喷洒有BT菌粉的作物叶片,伴孢晶体进入昆虫肠道,在肠道碱性条件和酶的作用下降解成毒蛋白片段。毒蛋白片段干扰虫体的正常代谢,使细胞自溶,并引起败血症,最终死亡。应用这一原理,科学家用毒蛋白片段的编码基因导入烟草、棉花、玉米、马铃薯、西红柿、水稻等作物,所形成的转基因作物都能产生BT毒蛋
16、白,使植株本身能够自动杀灭害虫,而用不着再喷洒农药。除此之外,科学家还培育出多种具有特殊功能的基因工程作物,如抗除草剂的大豆、玉米、油菜;抗某些病毒的马铃薯、油菜、大豆、木瓜和西葫芦。这些转基因作物在美国都已通过审批成为商品。至今,美国FDA公布的被批准的转基因作物品种有近50种。转基因动物是世界各国研究的另一热点领域。自1983年美国学者把大鼠生长激素基因导入小鼠产生重大突破之后,各国科学家利用转基因技术培育出的体大瘦肉型、产奶产卵多的家畜、家禽屡见不鲜。但由于人们心理和意识方面的原因,转基因动物的产业化进程滞后于其研究水平,至今还没有商品化的转基因动物养殖品种。转基因肉类食品最有希望取得突
17、破的动物是繁殖力较高、胚胎可以在体外发育的鱼类。实际上,世界上首例转基因鱼早在1985年就已在我国诞生。将草鱼生长激素基因转入鲤鱼,使鲤鱼具有明显的快速生长和节省饵料效应,且这种鱼具有高蛋白、低脂肪、干物质含量高的生化组成,是一种优质食用鱼。将这种鲤鱼推向市场,就技术条件而言已经成熟。因此,转基因鱼进入市场有望在我国首先实现。此外,加拿大的一种转基因超级鲑鱼也已在2000年初向美国FDA申报待批。目前,生长速率快、抗病力强、肉质好的转基因养殖畜禽相继在实验室获得成功。如澳大利亚科学家已经开发出一新品种的基因猪。与普通猪相比,饲养这种猪而产生的效率要高30%,可以提前七周上市销售。澳大利亚联邦科
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