动物转基因技术及其应用

动物转基因技术及其应用摘自（作者：幸宇云任军江西农业大学来源：《百名专家谈转基因》）转基因是指利用现代分子生物学技术，将某些生物的基因导入到其他物种中，由于导入基因的表达，引起这些物种性状发生可遗传的变化。

转基因动物就是利用转基因技术获得的、具有正常表达和可稳定遗传外源基因的动物。

自1982年第一只转基因动物——一只因导入大鼠生长激素基因而使生长速度倍增的转基因鼠诞生以来，各种转基因动物，如鱼、兔、猪、牛、羊等先后问世，1997年，举世轰动的“多莉”克隆羊的诞生使转基因克隆动物成为现实，转基因动物研究得到了进一步发展。

生产转基因动物的方法有很多，如：显微注射法、精子载体法、逆转录病毒载体法、胚胎干细胞介导法、体细胞克隆介导法、人工染色体介导的基因转移法等，这些方法各有其优缺点，在转基因动物生产中有着不同程度的应用。

显微注射法是动物转基因技术中最早使用的方法。

1982年，美国人Gordon就是利用这种方法获得了名噪一时的转基因鼠。

其基本原理是在显微镜下直接将目的基因注射到受精卵细胞的原核内，在目的基因与胚胎基因组融合后进行体外培养，最后移植给受体母畜“借腹怀胎”。

这种方法的优点是：可靠性高，重复性好，目的基因的整合效率相对较高，导入基因片段的大小和类型不受限制，转基因在世代之间可以稳定遗传。

该方法也有其缺点，主要体现在导入基因整合的随机性和不可见性，这样会导致基因表达不稳定及可能出现不希望的插入突变。

该方法成功的范例很多，如：美国科学家Hammer等在1985年获得一批转基因兔、绵羊和猪；荷兰科学家KrimPenfort等于1991年获得了转基因牛；1985年，我国朱作言院士等成功获得了世界上首例转基因鱼；由中国农业大学李宁院士领导的课题组于2008年获得了一头导入人CD20抗体基因的转基因奶牛——贝贝。

有的学者另辟蹊径，创立了精子载体转基因法。

该方法是将精子与目的DNA进行预培养后，使精子具有携带目的基因进入卵子的能力，精子与卵子结合后，该基因被整合到受精卵的DNA 中。

同显微注射法相比，该方法有几个明显的优点：无需显微注射操作，不会对胚胎造成损伤，整合率高，成本很低，不需要对动物进行胚胎移植手术处理等。

但该方法成功率不高、效果不稳定，有待科研人员进一步探索和改进。

与显微注射法相比，该方法成功的例子不多。

1989年意大利Lavitrano等首次报道利用精子载体法获得转基因鼠；1996年意大利Sperandio科研小组报道了采用该方法生产转基因牛和猪。

谈到病毒，人们往往面容失色，殊不知病毒在科学上有很多妙用。

逆转录病毒是一种RNA病毒，在转基因技术中有着独特的应用。

人们将目的基因结合到逆转录病毒上，通过病毒感染可将目的基因插入到宿主基因组中去。

该方法具有可同时感染大量胚胎、不需要昂贵的显微注射设备等优点，但也存在插入外源DNA大小有限、外源基因易发生重排和丢失、逆转录病毒的序列可能干扰转基因表达等缺点。

应用该方法，美国人Salter等（1987）生产出转基因鸡；德国学者Hofmann等获得绿色荧光蛋白转基因猪（2003），随后又生产出转基因牛（2005）；来自冷泉港实验室的Michael获得能够发荧光的山羊（2006）。

胚胎干细胞是生命体中保留的未成熟细胞，具有再分化形成其他细胞和组织器官的潜力，被称为“万能细胞”。

利用胚胎干细胞生产转基因动物的原理是将外源基因导入分离好的胚胎干细胞，然后将转基因的胚胎干细胞注射于受体动物胚胎后，参与宿主的胚胎融合形成嵌合体，从而得到转基因动物。

这一方法的优点是可以对胚胎干细胞进行特定选择。

缺点是目前只有小鼠干细胞系比较成熟，而家畜干细胞系还未完全建立，有不少问题尚待解决。

体细胞克隆介导的转基因是动物转基因技术中的“高级版本”。

说到体细胞克隆，很多人都会想到一位“动物明星”——多莉羊，它是于1997年由英国Wilmut等获得的杰作。

转基因克隆技术是转基因技术和动物克隆技术的有机结合，其基本原理是将目的基因导入动物体细胞遗传物质中，然后通过显微操作技术，将携带目的基因的体细胞核移植到去核的卵母细胞中，形成重构胚，再移植到受体动物中，待妊娠、分娩后获得转基因克隆动物。

该方法虽然胎儿的死亡率高，但其优势非常明显：可以事先筛选阳性细胞，转基因后代遗传背景及遗传稳定性一致，目前成为制备转基因动物的主流技术之一。

动物转基因技术已有近30年的研究历史，作为一项生物高新技术，其在农牧业、医药和环境保护等诸多领域显示了广阔的应用前景，带来了巨大的经济效益和显著的社会效益。

转基因技术可使畜禽、水产等动物的经济性状改良更为有效，如可提高生长速度、改善肉质、提高饲料报酬、提高繁殖性能等。

在这类的研究中，GH（生长激素）基因作为一个热点基因在动物转基因技术中得到充分的应用。

自1982年GH基因被导入“超级小鼠”成功后，该基因被广泛应用于鱼、猪、牛等动物的转基因研究中。

1985年，我国朱作言等将人GH基因导入鲫鱼受精卵，得到了生长速度快、耐受性强、肉质好的转基因鱼，该项研究成果被1989年美国出版的《科学年史》记录为近代中国两大重要开拓性科研成果之一。

美国科学家Hammer （1985）和Pursel（1989）分别将人和牛的GH基因转入猪，生产出的转基因猪与非转基因猪相比，生长速度和饲料报酬明显提高。

除GH基因外，加拿大的Fletcher等将抗冻蛋白基因导入大西洋鲑鱼，以增强其抗寒能力；新西兰科学家将小鼠超高硫角蛋白启动子转入绵羊，使其产毛性能得到提高。

我们坚信，随着转基因动物技术的不断发展，科研工作者将获得更多的具有优异生产性状的转基因动物。

动物疾病长期以来困扰着畜牧业的发展，不仅影响了畜禽产品生产，同时也为食品安全带来隐患。

利用转基因技术将某些抗病毒基因转入畜禽的基因组中，可以让其获得相应的抗病能力。

例如，乳房炎是奶牛最常见的、也是对奶牛生产危害性最大的一种疾病，金黄色葡萄球菌是引起乳房炎的主要病原体之一。

美国学者Donovan等（2005）将编码溶葡萄球菌酶的基因转入奶牛中，所获得的转基因牛可以有效地预防由葡萄球菌引起的乳房炎。

还有一种为人熟知的疾病——疯牛病，该病能由家畜传染给人，曾一度引起全球的高度关注甚至是恐慌。

疯牛病学名牛海绵状脑病，朊病毒蛋白体是引起疯牛病的病原体。

2007年，美国学者Richt等通过基因打靶技术获得朊病毒蛋白基因缺失的转基因牛，该实验的成功预示着生产无疯牛病种群的可能性。

转基因动物作为一种新型生物反应器，可以为人们生产一些珍贵的蛋白质，这些蛋白一般是药用蛋白或营养保健蛋白。

目前获得成功的动物生物反应器有血液、膀胱、鸡蛋蛋清、乳腺等，乳腺是最理想也是目前发展最成熟的一种模式。

因为乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，对动物本身的生理活动不会造成影响，且从乳汁中获取目的产物具有产量高、易提纯等优点。

2006年，美国食品和药物管理局批准首个转基因表达的药物——由美国GTC Biotherapeutics公司利用转基因羊生产的ATryn，这也是全球首例成功上市的转基因动物药物。

该药品是从导入了人抗凝血酶Ⅲ的奶山羊的羊乳中提取，用于治疗一种发病率较高的遗传性抗凝血酶缺乏症的疾病。

它的上市为众多患有该遗传疾病的人带来了福音，堪称为生物技术产业里程碑式的成就。

中国农业大学李宁院士等在2005年利用转基因体细胞克隆技术，分别获得了导入“人乳铁蛋白”、“人α-乳清白蛋白”、“溶菌酶”及“岩藻糖化蛋白”的转基因牛，这几种蛋白是人乳中重要的营养保健成分，有多种抗菌和抗癌等药用功能，这些成果为开发“人乳化”牛奶提供了航向。

2008年，李宁院士的团队又获得携带人CD20抗体基因的转基因奶牛，可以从其乳汁中提取CD20单克隆抗体，该抗体是治疗B淋巴细胞瘤等恶性肿瘤的特效药物。

疾病问题一直伴随着人类文明的进程，虽然科学在不断地进步，但很多疾病问题短期内仍然看不到攻克的希望，如艾滋病、乙肝、癌症等。

转基因动物为这类疾病研究提供了新型模型。

通过将产生某些疾病的外源基因转入动物体内，建立模拟人类疾病遗传的模式动物，可直接或间接地反映疾病的发生和发展过程，在了解疾病的基础上开创和优化疾病的治疗。

转基因动物模型可以避免直接实验于人所造成的危险，可以根据研究的需要复制疾病，样品易得。

正是由于这些优点，转基因动物模型现已广泛应用于人类疾病的发病机理和治疗研究。

例如，中国有约1.2亿乙肝病毒携带者，乙肝病毒由于具有坚硬的蛋白质外壳、复制方式特殊等原因，医学上尚无攻克办法。

上海复旦大学闻玉梅院士课题组将乙肝病毒基因组转入小鼠受精卵内，获得了携带乙肝病毒的小鼠，为我国科学家深入地研究乙肝提供了宝贵的“替身”。

目前该课题组研制的治疗性乙肝疫苗已进入Ⅲ期临床实验。

除此之外，现已建立起动物模型的疾病还有：癌症、贫血、帕金森、糖尿病、高血压、动脉硬化等，这些疾病均是长期以来一直危害人类的健康杀手。

众所周知，转基因作物引起了全世界的激烈争论，转基因动物一样面临诸多争议，如安全性问题、转基因动物的福利问题等。

在我国，转基因生物的安全性是公众高度关注的话题，不少人对其安全性存在担忧。

但一个基本事实是，作为世界上食品安全级别最高的国家之一——美国，转基因植物上市已有20年的历史，转基因动物的研究也大大早于中国。

事物的发展是循序渐进的，转基因动物作为只有近30年历史的新鲜事物，达到完善水平尚需时日。

但毋庸置疑的是，转基因动物技术具有巨大的应用前景，其重要影响会更加深入地渗透到生命科学、畜牧生产、医药学、环境保护等诸多领域。

相信随着科学的进步和科研工作者的不懈努力，动物转基因技术会不断完善，未来将会有越来越多的转基因动物产品进入产业化市场，更好地为人类服务。