基因工程
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基因工程（英语：Genetic engineering，又称为遺傳工程）是利用DNA重組技術，將目的基因與載體DNA在體外進行重組，然後把這種重組DNA分子引入受體細胞，並使之增殖和表達的技術[1]。遺傳工程與傳統培育方式不同之處，在於物種在傳統培育方式中透過間接的形式變更，而遺傳工程是直接變更其基因。遺傳工程透過分子選殖和轉化來直接改變基因的構造與特性。
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語源[编辑]
「遺傳工程」譯自英語的「genetic engineering」，而這個概念最初是由傑克·威廉森在他於1951年出版的科幻小說《龍島》（Dragon's Island）[2]提出的。兩年後的1953年，詹姆斯·杜威·沃森與佛朗西斯·克里克展示了DNA很可能是傳遞遺傳信息的中介。
步驟[编辑]
如果將一種生物的DNA中的某個遺傳密碼片段連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的願望，設計出新的遺傳物質並創造出新的生物類型，這基因工程一般包括四個步驟：
- 取得符合人們要求的DNA片段，這種DNA片段被稱為“目的基因”；
- 构建基因的表达载体；
- 將目的基因导入受体细胞；
- 目的基因的检测与鉴定。
取得符合人们要求的DNA片段[编辑]
要把目的基因从供体 DNA长链准确地剪切下来，可不是一件容易的事。1968年，沃纳·阿尔伯、丹尼尔·内森斯和漢彌爾頓·史密斯第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶，它能够在DNA上寻找特定的“切点”，认准后将DNA分子的双链交错地切断。人们把这种限制性内切酶称为“分子剪刀”。这种“分子剪刀”可以完整地切下个别基因。自1970年代以来，人们已经分离提取了 400多种“分子剪刀”。有了形形色色的“分子剪刀”，人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链的切割了。
构建基因表达载体[编辑]
DNA的分子链被切开后，还得缝接起来以完成基因的拼接。1967年，科学家们在5个实验室里几乎同时发现并提取出一种酶，这种酶可以将两个DNA片段连接起来，修复好DNA链的断裂口。1974年以后，科学界正式肯定了这一发现，并把这种酶叫作DNA连接酶。从此，DNA连接酶就成了名符其实的“缝合”基因的“分子针线”。只要在用同一种“分子剪刀”剪切的两种 DNA碎片中加上“分子针线”，就会把两种DNA片段重新连接起来。
将目的基因导入受体细胞[编辑]
把“拼接”好的 DNA分子运送到受体细胞中去，必须寻找一种分子小、能自由进出细胞，而且在装载了外来的 DNA片段后仍能照样复制的运载体。理想的运载体是质粒，因为质粒能自由进出细菌细胞，应当用“分子剪刀”把它切开，再给它安装上一段外来的 DNA片段后，它依然如故地能自我复制。此方法适用于植物细胞的基因工程。此外，将目的基因导入动物细胞可选用显微注射法，导入微生物细胞可以使用钙离子（如氯化钙）处理细胞使其可以吸收外界的DNA分子。
目的基因的检测与鉴定[编辑]
目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。这是检测基因工程是否成功的一步。
- 首先，要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因。方法是采用DNA分子杂交技术，即将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等做标记，以此作为探针，使探针与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因与插入染色体DNA中。该方法因发现者而命名为“Southern”印记。
- 其次，还需要检测目的基因是否转录出了mRNA，检测方法同样是分子杂交技术，与上述方法不同的是需从转基因生物中提取mRNA，做上标记以进行检测。由于Southern印记名称的缘故，所以该方法被称为“Northern”印记。
- 最后，检测目的基因是否翻译成蛋白质。方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已经形成蛋白质产品。该方法又成为“Western”印记。
应用及成果[编辑]
生产新型疫苗[编辑]
用酵母菌生存的人乙型肝炎病毒疫苗
生产人胰岛素[编辑]
研制干扰素等[编辑]
动物基因工程与品种改良[编辑]
基因诊断和基因治疗[编辑]
风险和伦理学问题[编辑]
為了減少病蟲害，與增加產量，加入沒有立即危害的弱毒性基因。卻刻意忽視這些經由人類之手所產生的毒物，經由食物鏈的累積，所產生的影響。於是經過基因改造的馬齒玉米的外皮堅硬到難以入口，只能加工成玉米澱粉，或是食用酒精，再成為人類食物的原料。
参考文献[编辑]
- ^ Genetic engineering - Definitions from Dictionary.com. dictionary.reference.com. [2008-04-26].
- ^ Sterling, Bruce, Science fiction neologisms that passed into public use, WIRED. 2009-04-05
相關[编辑]
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