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基因工程技术及其应用进展分析

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孙明宇

摘要基因工程技术起源于20世纪70年代，经过近半个世纪的发展成为目前重要的现代科学技术，尤其是医药研发、生态环境保护和食品生产方面为人类做出了卓越的贡献。文章系统地介绍了基因工程技术目前的发展情况，并分析其面临的主要问题以及对未来的展望。

关键词基因工程；生物医药；生态保护；食品生产

A1674-6708（2019）231-0145-02

DNA分子双螺旋结构的发现标志生物学的研究进入分子生物学阶段，近些年来基因工程发展迅速，对人类的生活造成了深远的影响[1]。基因工程能够运用预先设计的重组DNA实现改变细胞功能，按照人类意愿获取表达产物。在医药方面，人们将基因工程技术应用于各种疫苗和药物研发、基因诊断和临床医疗，并取得了较好的临床成效。此外，基因技术还在改良农作物、治理农药污染和重金属污染方面有着积极的作用。未来的基因工程技术发展需要努力提高其安全性和有效性，相信随着科学技术的不断发展，基因工程技术能够成为人类做出更大的贡献。？

1基因工程技术

1.1基因工程简介

基因工程（又称基因拼接技术或DNA重组技术）的主要特点是人为地将一种生物的基因转入另一种受体细胞，并使其在受体细胞内表达，最终获得所需的生物活性产物。基因工程的操作依赖于限制性核酸内切酶、DNA连接酶、运载体三大工具。限制性内切酶是一类在特定DNA位点切断DNA的酶，它可水解目标DNA分子骨架的磷酸二酯键，特异地将所需基因切下。DNA连接酶是一种能催化DNA中相邻的3-羟基和5-磷酸基末端之间形成磷酸二酯键并把DNA拼接起来的核酸酶。载体作为DNA片段的运载工具，能够装载将外源DNA片段并送入宿主细胞进行扩增或表达，同时这种工具也是一种DNA分子，基因工程技术为生物体的遗传物质研究提供了良好的技术手段。

1.2基因工程技术发展现状

迄今为止，基因工程已经成功应用于细菌、植物和动物的研究领域[2]。如利用基因工程技术构建工程菌提取胰岛素，用于治疗糖尿病；通过基因工程改造植物使其具有抗病虫害的能力，在农业领域能够显著提高粮食产量；而在动物方面主要是培育转基因动物，将能够表达特定蛋白的基因转入动物体内，从而表达出原来没有的新型性状。近年来，基因工程发展迅速，已经成为生命科学领域中不可或缺的一项重要技术。

1.3基因工程技术的优势

基因工程的显著优势表现在两个方面，一个是跨物种性，打破了物种之间的界限，成功实现了原核生物与真核生物之间、动物与植物之间的遗传信息转移和重组，如在农业领域，提高畜养殖的品质，降低农药对人类的危害。基因工程的另一优势就是可以进行无性扩增，导入宿主细胞的外源DNA能够特异性扩增和表达，极大地方便了实验研究和实际应用，如在医药方面，将基因工程技术与工业化生产相结合，高效提取干扰素、疫苗等药物产品。

2基因工程技术的应用

2.1基因工程技术在医药方面的应用

许多药品的有效成分（如蛋白药物、疫苗等）其来源受限且造价高昂，需要利用生物工程技术从微生物组织中提取。微生物在营养充足、条件适宜的情况下，可以迅速繁殖、生长，实现大规模培养。利用基因工程技术体外构建含目的基因的重组DNA分子，然后导入微生物体内，可利用微生物的规模化培养大量生产所需的药物成分，从而生产降低成本。胰岛素是治疗糖尿病必不可少的蛋白类药物，然而过去人们只能从动物（如猪、牛等）的器官中提取，其产量低、高成本限制了该药物的工业化批量生产。而基因工程技术能将合成人胰岛素的基因导入大肠杆菌，使产量大幅提高，同时药品价格降低30%～50%[3]。通过基因工程技术还可以制备疫苗，将基因重组后的质粒注入机体，激活机体免疫功能产生免疫应答，这种疫苗抗原单一，易于制备，被成为DNA疫苗（又称核酸疫苗），能够用低廉的代价预防多种疾病，具有广泛的发展前景。另外，基因工程还能够制备白细胞介素-2[3]，这是一类能抗病毒、抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用的低分子糖蛋白，临床上用于病毒性疾病和多种肿瘤的治疗。因此，基因工程技术对新型药物的研发和生产具有重要的意义。

基因是具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构和功能的基本单位。因此，利用基因工程技术定向改造基因，可用于治疗多种疾病，缓解病人的痛苦，提高病人的生活质量。如利用基因工程技术将有某种功能的基因转入患者的靶细胞或个体基因组的某个位置，纠正缺陷基因或代替缺陷基因表达，进而根治疾病[2]。基因治疗具有特异性强、靶向性高和治疗效果好等特点。由于基因诊断的灵敏度高、适用性强、诊断范围广，使其在临床诊断上发挥着重要的作用。

2.2基因工程技术在生态保护方面的应用

目前，科学家们已经运用基因工程技术培养出具有降解功能的基因工程菌，将具有降解乙烷、辛烷、二甲苯和樟腦等功能的质