微生物在基因工程中的應用

張子旭

微生物與我們的生活息息相關，在我們的生活中占有的非常重要的地位。微生物在當下生物技術及生物工程中均起到了至關重要的作用。本文將重點闡述微生物在基因工程中的應用及在當下基因工程對人類發展的影響。

1前言

微生物（microorganism）通常是各種的微小生物的統稱，其特征為結構簡單、肉眼難以觀察、繁殖速度極快、分布廣泛、數量極多等。其包括細菌、真菌、放線菌、藍細菌、古生菌、原生生物在內的一大類細胞生物群體以及病毒和亞病毒等非細胞生物群體。在基因工程、細胞工程、發酵工程等生物工程中，微生物都充當著重要的角色。本文將從微生物在基因工程中的作用、微生物在基因工程中的實際應用以及基因工程在生活中應用及影響幾個方面進行闡述。

2微生物與基因工程

2.1基因工程簡介

基因工程（genetic engineering）又稱遺傳工程，是通指重組DNA技術的產業化設計與應用的流程，強調了按照工程學的方法進行設計和操作外源DNA，構建新的分子組合，并導入到另一受體生物中。基因工程的出現標志著人類已經能夠按照自己意愿進行各種基因操作，并且能迅速的獲得人類所需的新生物類型，最終實現目標蛋白質的工程化生產以及物種的遺傳改良。

2.2 微生物與基因工程的關系

微生物在基因工程中的作用有如下幾個方面：

基因工程的大部分步驟都需要各種不同的工具酶，如在大腸桿菌中，我們通過分離純化的方式獲得了EcoRI，EcoRII[1]等常用的內切酶，為基因工程提供了便利。

② 基因工程常用克隆載體為質粒載體、酵母表達載體、噬菌體表達載體等。這些均是從病毒、噬菌體、酵母、細菌獲得。

③ 微生物細胞是基因工程的載體及表達系統，即使對于動、植物基因工程來說，也先要利用微生物細胞將目的基因導入其中進行拼接，構建表達載體，再轉移到動植物細胞中，完成之后的基因工程步驟。

④ 由于微生物大量存在于土壤、水體和人體表面。其所處環境決定了它具有哪些特性。也因此獲得了許多抗酸、抗堿、抗高溫、抗低溫、抗高鹽的遺傳性狀，可謂“基因寶庫”。

2.3 微生物與表達系統

2.3.1 原核表達系統

在原核表達系統的構建中，常用的微生物有大腸桿菌、芽孢桿菌、藍細菌等，這些微生物均有生長快、代謝易于控制、培養簡單等特點。大腸桿菌表達系統最為常見，其代謝過程和基因表達調控機制比較清楚，且培養成本低廉，生長繁殖迅速，并且外源基因產物表達量高。如家蠅天蠶素A則在E.coli BL21通過pET32a載體進行表達生成的肽，具有很強的生理活性，并且產量相比于之前的合成方式大大提高。

2.3.2 真核表達系統

由于原核生物存在一定的不足，如大腸桿菌合成的蛋白會生成內毒素，導致人體產生熱源反應；原核生物的加工修飾體系并不完善。因此，研究人員開始利用真核微生物進行基因的表達。酵母表達系統是主要的真核表達系統，其具有以下幾大優點：①大多數無致病性；②遺傳背景清楚，易進行操作；③外源DNA轉化效率較高；④易培養，容易進行發酵操作。

3基因工程在生活中的應用

基因工程的誕生，大大推動了生物學各個領域的發展。基因工程依靠不同種類的微生物，使得人們之前的夢想和希望變成現實。在微生物學及分子生物學的輔助下，基因工程被廣泛應用于各個領域，帶動了生物技術產生高速發展。

3.1抗菌肽上的應用

抗菌肽（Antimicrobial peptides， AMPs）通常被認為是先天免疫的重要組成部分，提供了針對廣泛病原體的第一道防線。Li等研究發現，眼鏡王蛇毒抗菌肽對耐藥綠膿桿菌所引起的角膜炎有治療潛力。同時，抗菌肽還具有抑制腫瘤的作用，但不會對人體正常細胞造成傷害或誘導凋亡。如KIM等構建出的抗菌肽GGN6，其可以誘導癌細胞凋亡，并對產生耐藥性的乳腺癌細胞系具有明顯的殺傷作用。但因天然抗菌肽的產量過低，限制了在各個領域的研究和使用。通過借助基因工程，可以使抗菌肽的產量和活性大大提高，對未來的推廣及使用打下了堅實的基礎。

3.2 基因工程在微生物研究的應用

基因工程技術的應用，有力地推動了微生物學更深層次的發展。基因工程的使用使科學家能夠更加準確的對微生物的代謝、生理調節以及微生物形態進行觀察，同時借助基因工程，人們可以改造微生物，使得研究更加便利。人們將帶有熒光素酶的基因導入大腸桿菌中，當該基因在大腸桿菌中進行表達時，人們便可以在加入了ATP和熒光素的瓊脂平板上發現發光菌落，這為后期的分離提供了更為便捷的條件。

4結語

微生物是基因工程的“根基”，若沒有微生物基因工程是極難發展和應用的。同時，基因工程也是微生物學發展的助推器，通過DNA測序、高產量表達、分子克隆，可以更好的研究微生物，為微生物的功能鑒定及分類提供了強有力的幫助。借助微生物和基因工程間相輔相成的關系，人類可以在食品業、工業、農業、醫療等與生活有關的方方面面快速發展，使人們的生活更加多姿多彩。

（作者單位：南京師范大學生命科學學院）