什么是轉(zhuǎn)基因技術(shù)
什么是轉(zhuǎn)基因技術(shù)
轉(zhuǎn)基因技術(shù)的理論基礎(chǔ)來源于進(jìn)化論衍生來的分子生物學(xué)。那么你對轉(zhuǎn)基因技術(shù)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
轉(zhuǎn)基因技術(shù)的目的
(1)提取目的基因 從生物有機(jī)體復(fù)雜的基因組中,分離出帶有目的基因的DNA片段，或者人工合成目的基因，或從基因文庫中提取相應(yīng)的基因片段和PCR技術(shù)進(jìn)行目的基因的增殖。
(2) 將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 在細(xì)胞外, 將帶有目的基因的DNA片段通過剪切、粘合連接到能夠自我復(fù)制并具有多個選擇性標(biāo)記的運(yùn)輸載體分子(通常有質(zhì)粒、T4噬菌體、動植物病毒等)上， 形成重組DNA分子。
(3) 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 將重組DNA分子注入到受體細(xì)胞(亦稱宿主細(xì)胞或寄主細(xì)胞) ,將帶有重組體的細(xì)胞擴(kuò)增，獲得大量的細(xì)胞繁殖體。
(4) 目的基因的篩選 從大量的細(xì)胞繁殖群體中，通過相應(yīng)的試劑篩選出具有重組DNA分子的重組細(xì)胞。
(5) 目的基因的表達(dá) 將得到的重組細(xì)胞，進(jìn)行大量的增殖，得到相應(yīng)表達(dá)的功能蛋白，表現(xiàn)出預(yù)想的特性，達(dá)到人們的要求。
轉(zhuǎn)基因技術(shù)的主要分類
轉(zhuǎn)基因過程按照途徑可分為人工轉(zhuǎn)基因和自然轉(zhuǎn)基因，按照對象可分為植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)、動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)和微生物基因重組技術(shù)。
人工轉(zhuǎn)基因
將人工分離和修飾過的基因?qū)氲缴矬w基因組中，由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體的性狀的可遺傳的修飾，這一技術(shù)稱之為轉(zhuǎn)基因技術(shù)(Transgene technology)。人們常說的“遺傳工程”、“基因工程”、“遺傳轉(zhuǎn)化”均為轉(zhuǎn)基因的同義詞。如今，改變動植物性狀的人工技術(shù)往往被稱為轉(zhuǎn)基因技術(shù)(狹義)，而對微生物的操作則一般被稱為遺傳工程技術(shù)(狹義)。
經(jīng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)修飾的生物體在媒體上常被稱為“遺傳修飾過的生物體”(Genetically modified organism，簡稱GMO)。
自然轉(zhuǎn)基因
不是人為導(dǎo)向的，自然界里動物、植物或微生物自主形成的轉(zhuǎn)基因現(xiàn)象，例如慢病毒載體 里的乙型肝炎病毒DNA整合到人精子細(xì)胞染色體上、噬菌體將自己DNA的插入到溶源細(xì)胞DNA上，農(nóng)桿菌 和 花椰菜花葉病毒(CMV)等。
植物轉(zhuǎn)基因
植物轉(zhuǎn)基因是基因組中含有外源基因的植物。它可通過原生質(zhì)體融合、細(xì)胞重組、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、染色體工程技術(shù)獲得，有可能改變植物的某些遺傳特性，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)场⒖果}堿、抗除草劑等的作物新品種，如玉米稻 、北極鱷梨、轉(zhuǎn)基因三倍體毛白楊。而且可用轉(zhuǎn)基因植物或離體培養(yǎng)的細(xì)胞，來生產(chǎn)外源基因的表達(dá)產(chǎn)物，如人的生長激素、胰島素、干擾素、白介素2、表皮生長因子、乙型肝炎疫苗等基因已在轉(zhuǎn)基因植物中得到表達(dá)。
動物轉(zhuǎn)基因
動物轉(zhuǎn)基因就是基因組中含有外源基因的動物。它是按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，通過細(xì)胞融合、細(xì)胞重組、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、染色體工程和基因工程技術(shù)將外源基因?qū)刖?、卵?xì)胞或受精卵，再以生殖工程技術(shù)，有可能育成轉(zhuǎn)基因動物。
通過生長素基因、多產(chǎn)基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生蟲基因、抗病毒基因等基因轉(zhuǎn)移，可能育成生長周期短，產(chǎn)仔、生蛋多和泌乳量高，轉(zhuǎn)基因超級鼠比普通老鼠大約一倍。生產(chǎn)的肉類、皮毛品質(zhì)與加工性能好，并具有抗病性，已在牛、羊、豬、雞、魚等家養(yǎng)動物中取得一定成果。
但由于轉(zhuǎn)基因動物受遺傳鑲嵌性和雜合性的影響，其有性生殖后代變異較大，難以形成穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因品系。因而，嘗試將外源基因?qū)刖€粒體，再送入受精卵中，由于線粒體的細(xì)胞質(zhì)遺傳，其有性后代可能全都是轉(zhuǎn)基因個體，從而解決這一問題。
微生物重組
在所有轉(zhuǎn)基因技術(shù)中，以微生物基因重組技術(shù)應(yīng)用最為寬泛和常見。
與動植物不同的是，微生物重組技術(shù)通常需要用到專門的重組基因載體——質(zhì)粒。質(zhì)粒是一種細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，因此具有不穩(wěn)定的遺傳特性。但相比于動植物，微生物重組技術(shù)具有周期短、效果顯著、控制性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥和酶制劑行業(yè)。經(jīng)過多年的理論奠基，現(xiàn)已在微生物領(lǐng)域中開發(fā)出酵母表達(dá)系統(tǒng)、大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)和絲狀真菌表達(dá)系統(tǒng)，其中畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)和大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)最受歡迎，具有表達(dá)效率高(外源蛋白占細(xì)胞總蛋白的10%至40%)、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，一般常見的諸如胰島素、白細(xì)胞介素、α-高溫淀粉酶、重組人p53腺病毒注射液、啤酒酵母乙肝疫苗、抗生素、飼料用木聚糖酶、殼聚糖酶等都由這兩種表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)的。
轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理
轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理是將人工分離和修飾過的優(yōu)質(zhì)基因，導(dǎo)入到生物體基因組中，從而達(dá)到改造生物的目的。由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體的性狀，可遺傳的修飾改變，這一技術(shù)稱之為人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)(Transgene technology)。
人工轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是把一個生物體的基因轉(zhuǎn)移到另一個生物體DNA中的生物技術(shù)。具有不確定性。常用的方法和工具包括顯微注射、基因槍、電破法、脂質(zhì)體等。轉(zhuǎn)基因最初用于研究基因的功能，即把外源基因?qū)胧荏w生物體基因組內(nèi)(一般為模式生物，如擬南芥或斑馬魚等)，觀察生物體表現(xiàn)出的性狀，達(dá)到揭示基因功能的目的。
植物
轉(zhuǎn)基因植物是基因組中含有外源基因的植物。通過原生質(zhì)體融合、細(xì)胞重組、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、染色體工程技術(shù)獲得，改變植物的某些遺傳特性，培育優(yōu)質(zhì)新品種，或生產(chǎn)外源基因的表達(dá)產(chǎn)物，如胰島素等。
在過去的二十年里，隨著分子生物學(xué)各領(lǐng)域的不斷發(fā)展，植物基因的分離、基因工程載體的構(gòu)建、細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化細(xì)胞的組織培養(yǎng)、植株再生及外源基因表達(dá)的檢測等各項(xiàng)技術(shù)日趨成熟和完善，有關(guān)植物基因工程的研究日新月異，許多以前根本不可能的基因轉(zhuǎn)化工作在越來越多的植物上獲得成功。
研究轉(zhuǎn)基因植物的主要目的是提高多肽或工業(yè)用酶的產(chǎn)量，改善食品質(zhì)量，提高農(nóng)作物對蟲害及病原體的抵抗力。常規(guī)的藥用蛋白大部分是利用生化的方法提取或微生物發(fā)酵獲得的，這類活性物質(zhì)一般在活細(xì)胞中含量甚微，且提取過程復(fù)雜，成本高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了社會的需要。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因植物來生產(chǎn)這些藥用蛋白，包括疫苗、抗體、干擾素等細(xì)胞因子，可以利用植物大田栽種的方式大量生產(chǎn)，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量，還可以獲得常規(guī)手段無法獲得的藥物。
利用植物來生產(chǎn)疫苗的最大優(yōu)點(diǎn)是他可以作為食品直接口服。通過各種植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)將多臺疫苗基因轉(zhuǎn)入植物，從而得到表達(dá)多肽疫苗的轉(zhuǎn)基因植物。隨著抗體基因工程能將抗體基因(從小的活性單位到完整抗體的重、輕鏈基因)從單抗雜交瘤中分離出來，人們就開始想辦法利用轉(zhuǎn)基因植物來表達(dá)這些抗體。
1989年Hiatt將鼠雜交瘤細(xì)胞產(chǎn)生的抗體基因轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞獲得了植物抗體，并且發(fā)現(xiàn)植物抗體具有雜交瘤來源抗體同樣的抗原結(jié)合能力，既有功能性。在這之后，全長抗體、單域抗體和單鏈抗體在轉(zhuǎn)基因植物中均獲得成功表達(dá)。用植物抗體進(jìn)行局部免疫治療將是一個引人矚目的領(lǐng)域，應(yīng)用高親和性抗體進(jìn)行局部治療可以治愈齲齒及其它一些常見病。植物轉(zhuǎn)基因可獲得更多的新品種，蔬菜，水果，花卉都能夠在保留其優(yōu)良品質(zhì)的情況下優(yōu)化。
動物
人工轉(zhuǎn)基因動物就是基因組中含有外源基因的動物。它是按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，融合重組細(xì)胞、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、染色體工程和基因工程技術(shù)將外源基因?qū)刖?、卵?xì)胞或受精卵，再以生殖工程技術(shù)，有可能育成轉(zhuǎn)基因動物。
通過生長素基因、多產(chǎn)基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉精基因、角蛋白基因、抗寄生蟲基因、抗病毒基因等基因轉(zhuǎn)移，可能育成優(yōu)良的可養(yǎng)殖品種。
基因動物是指用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入的方法將外源基因在染色體基因內(nèi)穩(wěn)定整合并能穩(wěn)定表達(dá)的一類動物。1974年，Jaenisch應(yīng)用顯微注射法，在世界上首次成功地獲得了SV40DNA轉(zhuǎn)基因小鼠。其后，Costantini將兔-珠蛋白基因注入小鼠的受精卵，使受精卵發(fā)育成小鼠，表達(dá)出了兔β-珠蛋白;Palmiter等把大鼠的生長激素基因?qū)诵∈笫芫褍?nèi)，獲得“超級”小鼠;Church獲得了首例轉(zhuǎn)基因牛。到目前為止，人們已經(jīng)成功地獲得了轉(zhuǎn)基因鼠、雞、山羊、豬、綿羊、牛、蛙以及多種轉(zhuǎn)基因魚。
還可將轉(zhuǎn)基因動物作為生物工廠(Biofactories)，包括，乳腺生物反應(yīng)器和輸卵管生物反應(yīng)器等，如以轉(zhuǎn)基因小鼠生產(chǎn)凝血因子IX、組織型血纖維溶酶原激活因子(t-PA)、白細(xì)胞介素2、α1-抗胰蛋白酶，以轉(zhuǎn)基因綿羊生產(chǎn)人的α1-抗胰蛋白酶，以轉(zhuǎn)基因山羊、奶牛生產(chǎn)LAt-PA，以轉(zhuǎn)基因豬生產(chǎn)人血紅蛋白等，這些基因產(chǎn)品具有高效、優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)與相應(yīng)的人體蛋白具有同樣的生物活性，且多隨乳汁分泌，便于分離純化，基于系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)生物技術(shù)-合成生物學(xué)成為不僅單基因而且多基因乃至基因組設(shè)計(jì)、合成與轉(zhuǎn)基因的新一代生物技術(shù)。
但由于人工轉(zhuǎn)基因動物，它們受遺傳鑲嵌性和雜合性的影響，其有性生殖后代變異較大，難以形成穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因品系。因而，嘗試從受體動物細(xì)胞中分離出線粒體，以外源基因?qū)ζ溥M(jìn)行離體轉(zhuǎn)化，再將人工轉(zhuǎn)基因線粒體導(dǎo)入受精卵，所發(fā)育成的人工轉(zhuǎn)基因動物，雌性個體外培養(yǎng)的卵細(xì)胞與任一雄性個體交配或體外人工受精，由于線粒體的細(xì)胞質(zhì)遺傳，其有性后代可能全都是人工轉(zhuǎn)基因個體。
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