基因工程与其在医学上的应用

基因工程与其在医学上的应用

郭冬阳

材料与化工学院生物工程2班

摘要:基因工程，作为生物工程技术的核心，在医学方面的广泛应用已成为了人们日益关注的焦点。近年来，科学家们通过不懈的努力，在基因诊断、基因治疗、基因工程制药及抗病毒疫苗等方面都取得了相当不错的进展，使基因工程迅速成为一种热门的医疗手段，在医疗领域发挥着前所未有的作用，为现代医学朝着高效高产的生物化进程奠定了基础，并不断给人类带来健康与幸福。本文将从以上几个方面，综述基因工程技术在现代医学中的应用。

关键词:基因工程医学应用

正文:

通过《生物工程专业英语》与《Gene cloning and DNA analysis》（李东栋老师授）这两门课的学习，我对基因工程，这一生物工程技术的核心有了更进一步的认识，结合我已学到的专业知识，并参考了中外一些较有影响力的权威文献，我将在本文中就基因工程在医学上的应用作简单的介绍。

一、基因工程概念

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。

二、基因工程在医学上的应用

随着基因工程的迅速发展，医学制药也在不断地前进中。使人们寻找新药不再局限于自然界的矿物，动植物和实验中化学合成。在研究应用人体自身内部生理，生化系统和预防系统中所产生的活性蛋白多肽，激素和抗体来治疗，这类自身产生的活性物质作为药物，它的针对性，专一性和疗效都必然绝对优于来自外界的药物。临床上的诊断和治疗也不再困限于从体外所表达指标（例如量体温和血压等）和各种仪器透视和测示数据来间接分析进行诊断而是直接采用产生病因根本原因的基因突变或缺损情况来进行正确诊断和直接治疗。

1、基因诊断

基因诊断是上世纪70年代末迅速发展一项诊断技术，不仅及时推广应用于临床，并且也很快的被公安部门采用来侦破刑事案件。基因诊断是利用DNA分子杂交和PCR等分子学技术直接探查人体基因组DNA存在的缺损或基因表达产物的异常以及患病毒、细菌、寄生虫，真菌等感梁性疾病时病原体的基因组织或其基因的表达产物作出迅速正确诊断；并取量相微。病毒，细菌等原体得入人体内后需要潜伏一定时间才能出现显示症状，因此采用通常形态学，生化学或血清方法诊断很难及时诊断出来，往往延迟了有效的治疗时间；只有基因诊断技术才能做到病原体尚没有出现症状前就能作出准确的诊断。应用分子杂交和PCR 等基因测定技术检查输血用的血源及各种生物细胞制剂时可以灵敏地检出1100000―11000000携带病毒的细胞，这是对药检部向检查输血用的血源及临床用的生物制品的可靠保障；这对当前防止艾滋病和肝炎等重大传染病的流行非常重要。

2、基因治疗

人类疾病可分为自身遗传性疾病和获得性疾病；自身遗传性疾病可分为单基因遗传性疾病，（例如糖尿病）和读多基因遗传性疾病，（例如恶性肿瘤，心血管系统疾病和免疫性疾病等）。单基因疾病是某个基因的突变或缺损。多基因遗传性疾病往往是积累性，多因素、多步骤DNA的损失或突变产生的，例如恶性肿瘤。

基因治疗是基因转移的基础，将外源基因导人体内达到治疗目的的一种治疗方法。

目前基因治疗的方式可分为下列几种：

（1）基因补偿（gene addition）：基因补偿是把有正常功能的基因转入靶细胞，以补偿由于相应内源基因的缺失或突变失活所引起的某一活性蛋白缺失。

（2）基因纠正（gene correction）或基因置换：基因纠正是切除原异常基因，以外源正常基因固取而代之。

（3）代偿性基因置换：代偿性基因置换是通过外源的基因固导入，使正常基因表达水平超过原有异常基因表达水平，起到补偿作用。

（4）基因修饰：基因修饰指特异地修饰变异基因序列而不附加住外源基因。

（5）反义策略：反义策略是通过反义技术阻断变异基因为表达。

基因治疗目前在临床实践中虽尚面临许多困难，但是在当前分子生物学，分子的表达医学领域迅速发展下自上世纪90年代起单以美国就已有上百例的基因治疗临床实验，并已有一定成功病例，可以预计在本新世纪不久将给人类代来福音。

3、基因工程制药

近十几年来，在利用生物技术制取新药方面取得了惊人的成就，已有不少药物应用于临床。例如人胰岛素、人生长激素、干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（Epo）、GM－集落刺激因子（GM－CSF）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素－2及白介素－11等。正在研究的有降钙素基因相关因子、肿瘤坏死因子、表皮生长因子等140多种。随着生物技术药物的发展，多肽与蛋白质类药物的研究与开发，已成为医药工业中一个重要的领域，同时给生物制剂带来了新的挑战。在实际应用中，基因工程药物受到一定限制，如口服应用时生物利用度低，会受到消化酶的破坏，在胃酸作用下不稳定，在体内半衰期较短等，因此只能注射给药或局部用药。为了克服这些缺陷，已开始改为合成这些天然蛋白质的较小活性片段，即所谓“多肽模拟”或“多肽结构域”合成，又叫“小分子结构药物设计”。这类药物可口服，有利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、HIV感染、变态反应性疾病、风湿性关节炎等，其制造成本也更低。这种设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计，所设计的分子能替代原先天然活性蛋白与特异靶相互作用。

目前，应用基因工程技术生产的药物和制剂包括：

(1)免疫性蛋白，如各种抗原和单克隆抗体；

(2)细胞因子，如各种干扰素、白细胞介素、集落刺激生长因子、表皮生长因子、凝血因子；

(3)激素，如胰岛素、生长激素、心素纳；

(4)酶类，如尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型纤维蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。

基因工程药物生产的基本过程

(1)获得目的基因→(2) 组建重组质粒→(3)构建基因工程菌→(4)培养工程菌→(5)产物分离纯化(→6)除菌过滤→(7)半成品检定→(8)包装；

其中，上游阶段：首先获得目的基因,然后用限制性内切酶和连接酶将其插入适当的载体质粒或噬菌体中并转大肠杆菌或其它宿主菌（细胞），以便大量复制目的基因。选择基因表达系统主要考虑的是保证表达功能，其次要考虑的是表达量的多少和分离纯化的难易.其