基因工程及转基因食品

基因工程及转基因食品

刘江飞台州学院11 生物科学学号：1131210037

概要：基因工程，是人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。随着生物学和生物技术向纵深发展，不断有一些新的内容出现，特别是人类和生物的基因组学。转基因食品，是利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是“转基因食品”

关键词：基因工程；DNA重组技术；细胞核移植；克隆；细胞融合；转基因食品。

基因工程是指在基因水平上，按照人类的需要进行设计，然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系，并能使之稳定地遗传给后代。基因工程采用与工程设计十分类似的方法，明显地既具有理学的特点，同时也具有工程学的特点。DNA重组技术是基因工程的核心技术。重组，顾名思义，就是重新组合，即利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外切割后与适当的载体连接起来，形成重组DNA分子，然后将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。

一、基因工程中DNA重组技术和细胞核移植

1、物质基础（1）目的基因

基因工程是一种有预期目的的创造性工作，它的原料就是目的基因。所谓目的基因，是指通过人工方法获得的符合设计者要求的DNA片段，在适当条件下，目的基因将会以蛋白质的形式表达，从而实现设计者改造生物性状的目标。

（2）载体

目的基因一般都不能直接进入另一种生物细胞，它需要与特定的载体结合,才能安全地进入到受体细胞中。目前常用的载体有质粒、噬菌体和病毒。

质粒是在大多数细菌和某些真核生物的细胞中发现的一种环状DNA分子，它位于细胞质中。许多质粒含有在某种环境下可能是必不可少的基因。

噬菌体是专门感染细菌的一类病毒，由蛋白质外壳和中心的核酸组成。在感染细菌时，噬菌体把DNA注入到细菌里，以此DNA为模板，复制DNA分子，并合成蛋白质，最后组装成新的噬菌体。当细菌死亡破裂后，大量的噬菌体被释放出来，去感染下一个目标。噬菌体侵染细菌的过程。

质粒、噬菌体和病毒的相似之处在于，它们都能把自己的DNA分子注入到宿主细胞中并保持DNA 分子的完整，因而，它们成为运载目的基因的合适载体。因此，基因工程中的载体实质上是一些特殊的DNA分子。

（3）工具酶

基因工程需要有一套工具，以便从生物体中分离目的基因，然后选择适合的载体，将目的基因与载体连接起来。DNA分子很小，基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对DNA的切割、缝合与转运，必须有特殊的工具。

2、 DNA重组技术的一般操作步骤

（1）目的基因的获取

获取目的基因的方法主要有三种：反向转录法、从细胞基因组直接分离法和化学合成法。

反向转录法是利用mRNA反转录获得目的基因的方法。

从细胞基因组中直接分离目的基因常用"鸟枪法"。用"鸟枪法"分离目的基因，具有简单、方便和经济等优点。许多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用这种方法获得了成功的分离。

化学合成目的基因是20世纪70年代以来发展起来的一项新技术。应用化学合成法，可在短时间内合成目的基因。科学家们已相继合成了人的生长激素释放抑制素、胰岛素、干扰素等蛋白质的编码基因。

（2）DNA分子的体外重组

体外重组是把载体与目的基因进行连接。例如，以质粒作为载体时，首先要选择出合适的限制性内切酶，对目的基因和载体进行切割，再以DNA连接酶使切口两端的脱氧核苷酸连接，于是目的基因被镶嵌进质粒DNA，重组形成了一个新的环状DNA分子。

（3）DNA重组体的导入

把目的基因装在载体上后，就需要把它引入到受体细胞中。导入的方式有多种，主要包括转化、转导、显微注射、微粒轰击和电击穿孔等方式。转化和转导主要适用于细菌一类的原核生物细胞和酵母这样的低等真核生物细胞，其他方式主要应用于高等动植物的细胞。

（4）受体细胞的筛选

由于DNA重组体的转化成功率不是太高，因而，需要在众多的细胞中把成功转入DNA重组体的细胞挑选出来。应事先找到特定的标志，证明导入是否成功。

（5）基因表达

目的基因在成功导入受体细胞后，它所携带的遗传信息必须要通过合成新的蛋白质才能表现出来，从而改变受体细胞的遗传性状。目的基因在受体细胞中要表达，需要满足一些条件。例如，目的基因是利用受体细胞的核糖体来合成蛋白质，因此目的基因上必须含有能启动受体细胞核糖体工作的功能片段。

这五个步骤代表了基因工程的一般操作流程。

人们掌握基因工程技术的时间并不长，但已经获得了许多具有实际应用价值的成果，基因工程作为现代生物技术的核心，将在社会生产和实践中发挥越来越重要的作用。

基因工程中，还有称为分子克隆的，是科恩等在 1973年提出的。分子克隆发生在DNA分子水平上，是指从一种细胞中把某种基因提取出来作为外源基因，在体外与载体连接，再将其引入另一受体细胞自主复制而得到的DNA分子无性系。

2、细胞核移植技术

由于克隆是无性繁殖，所以同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的，这样有利于忠实地保持原有品种的优良特性。人们开始探索用人工的方法来进行高等动物克隆。哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。其中，细胞核移植是发展较晚但富有潜力的一门新技术。

细胞核移植技术属于细胞质工程。所谓细胞核移植技术，是指用机械的办法把一个被称为“供体细胞”的细胞核（含遗传物质）移入另一个除去了细胞核被称为“受体”的细胞中，然后这一重组细胞进一步发育、分化。核移植的原理是基于动物细胞的细胞核的全能性。

在核移植中，并不是所有的细胞都可以作为核供体。作为供体的细胞有两种：一种是胚胎细胞，一种是某些体细胞。

研究表明，卵细胞、卵母细胞和受精卵细胞都是合适的受体细胞。核移植的研究，不仅在探明动物细胞核的全能性、细胞核与细胞质关系等重要理论问题方面具有重要的科学价值，而且在畜牧业生产中有着非常重要的经济价值和应用前景。

3、细胞融合技术