现代生物学导论

现代生物学导论

学院：材料科学与化学工程

学号：13031209

姓名：刘亮

浅谈克隆

生物学是重要的基础学科之一，现代生物技术的飞速发展给人类带来了极大的价值，为社会的进步做出了巨大的贡献。21世纪将会成为生物技术时代，现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程与蛋白质工程等几大支柱技术，其中以基因工程为核心的现代生物技术是近年来全球发展最快的高新技术产业之一。先从我接触生物这门学科开始谈起吧，在我上初中的时候，生物学科只是一门选修课，最后是以学业水平测试并且是在开卷形式中结束的，那时候根本没有学到什么知识；初中毕业，进入了一所县城中学的理科班，毫无疑问，理、化、生是我们必须学好的，我再次跟生物学科走到了一块。在天科大，我是一名工科生，专业也是化工方面的，但是阻止不了我对生物学科的喜爱。接下来，我将结合自己在高中以及大学期间选修《现代生物学导论》这门课程所学到的知识来谈谈基因工程和细胞生物学在生命学科领域中的地位。

一什么是基因工程

百度百科名片介绍如下：基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA 分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术。是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。

1974年，波兰遗传学家斯吉巴尔斯基称基因重组技术为合成生物学概念，1978年，诺贝尔生医奖颁给发现DNA 限制酶的纳森斯、亚伯与史密斯时，斯吉巴尔斯基在《基因》期刊中写道：限制酶将带领我们进入合成生物学的新时代。2000年，国际上重新提出合成生物学概念，并定义为基于系统生物学原理

的基因工程。

二基因工程的现状与前景

1 基因工程应用于植物方面

农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量, 改善品质, 增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展, 植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒( TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中, 在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状, 通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力, 已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面,也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战, 耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长, 从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来, 导入植物体可获得转基因植物, 目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。随着生活水平的提高, 人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明, 利用基因工程可以有效地改善植物的品质, 而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域, 近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展, 如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因, 成功地导入到马铃薯中, 培育出高蛋白马铃薯品种, 其蛋白质含量接近大豆, 大大提高了营养价值,得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究

2 基因工程应用于医药方面目前, 以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一, 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、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、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的作用。我们最为熟悉的干扰素( IFN )就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子, 在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症

和类风湿关节炎等多种疾病。目前, 应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试, 并进入临床验证阶段; 专门用于治疗肿瘤的肿瘤基因导弹!也将在不久完成研制, 它可有目的地寻找并杀死肿瘤, 将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂, 最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒, 修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中, 是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。

3 表面活性剂的发展前景目前, 表面活性剂在食品工业中的的广泛应用, 不仅可以改善加工条件、提高产品质量、延长食品保鲜期等, 而且还大大地推动了食品添加剂行业的发展。生物表面活性剂属于天然添加剂, 具有降低表面张力的作用, 对环境无毒害, 并且生物降解性能好。随着人们崇尚自然和环保意识的增强,生物表面活性剂应用将越来越广泛地应用在食品工业、精细化工、医疗卫生等行业, 与我们的日常生活密切相关, 并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品。总之, 随着人们生活水平的不断提高, 对食品营养、质量、品种多样化的需求不断提高, 高质量的食品加工是离不开表面活性剂的, 表面活性剂在食品工业中的应用将会得到更大的发展。

4基因工程应用于环保方面工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力, 已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接, 转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的超级细菌!, 用之清除石油污染, 在数小时内可将水上浮油中的2 /3烃类降解完, 而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫, 而对人畜无害, 不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90 年代后期问世的DNA 改组技术可以创新基因, 并赋予表达产物以新的功能, 创造出全新的微生物, 如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来, 再利用基因重