淺議基因工程及其發展與應用

傅思博

摘 要：基因工程是生物科學技術的一大進步，近年來發展迅速，在醫療健康、食品、環境保護等方面取得了一個又一個的成就，為人類健康福祉提供了巨大的幫助，具有十分廣闊的前景。作為一名高中生，在收集整理了相關資料的基礎上，對基因工程的發展與應用進行了簡單的探析。

關鍵詞：基因；基因工程；轉基因技術；發展與應用

一.基因工程的基本涵義

基因工程又稱基因拼接技術和DNA重組技術，它是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術，是將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內，使這個基因能在受體細胞內復制、轉錄、翻譯、表達。也就是說，它是將一種生物體的基因與載體在體外進行拼接重組，然后轉入另一種生物體內，使之按照人們的意愿穩定遺傳并表達出新產物或新性狀。基因工程是在分子生物學和分子遺傳學綜合發展的基礎上誕生的一門嶄新的生物技術科學。

二.基因工程的發展與應用

目前，基因工程和轉基因技術逐漸被人類所關注，并廣泛應用于醫藥、工業、農業、環保、能源、新材料等領域。

2.1基因治療

所謂基因治療是指用基因工程的技術方法，將正常的基因轉入病患者的細胞中，以取代病變基因，從而表達所缺乏的產物，或者通過關閉或降低異常表達的基因等途徑，達到治療某些遺傳病的目的。目前已發現的遺傳病有6500多種，其中由單基因缺陷引起的就有約3000多種。因此，遺傳病是基因治療的主要對象。 第一例基因治療是美國在1990年進行的。當時，兩個4歲和9歲的小女孩由于體內腺苷脫氨酶缺乏而患了嚴重的聯合免疫缺陷癥。科學家對她們進行了基因治療并取得了成功。這一開創性的工作標志著基因治療已經從實驗研究過渡到臨床實驗。1991年，我國首例B型血友病的基因治療臨床實驗也獲得了成功。

基因治療的最新進展是即將用基因槍技術用于治療。其方法是將特定的DNA用改進的基因槍技術導入小鼠的肌肉、肝臟、脾、腸道和皮膚獲得成功的表達。這一成功預示著人們未來可能利用基因槍傳送藥物到人體內的特定部位，以取代傳統的接種疫苗，并用基因槍技術來治療遺傳病。科學家們正在研究的是胎兒基因療法。如果實驗療效得到進一步確證的話，就有可能將胎兒基因療法擴大到其它遺傳病，以防止出生患遺傳病癥的新生兒，從而從根本上提高后代的健康水平。

但基因治療技術尚未成熟，其關鍵問題在于：①如何選擇有效的治療基因；②如何構建安全載體，病毒載體效率較高，但卻有潛在的危險性；③如何定向導入靶細胞，并獲得高表達。

2.2 基因工程藥物

基因工程藥物，是重組DNA的表達產物。廣義的說，凡是在藥物生產過程中涉及用基因工程的，都可以成為基因工程藥物。在這方面的研究具有十分誘人的前景。

基因工程藥物研究的開發重點是從蛋白質類藥物，如基因工程胰島素、人生長激素、基因工程干擾素、促紅細胞生成素等的分子蛋白質，轉移到尋找較小分子蛋白質藥物。這是因為蛋白質的分子一般都比較大，不容易穿過細胞膜，因而影響其藥理作用的發揮，而小分子藥物在這方面就具有明顯的優越性。

基因工程在制藥業中具有廣闊的發展前景，中國的基因制藥行業已經初具規模，但與世界發達國家存在差距，主要表現在具有自主知識產權的產品較少，產業規模小、經濟效益低。目前，我國基因制藥產業面臨著歷史性的機遇，主要表現在政府支持、資源豐富、基因信息公開、國際交流增加等方面。提高自主開發能力、保護基因資源是當前亟待解決的問題，同時，應加強對基因制藥領域技術壁壘的研究與準備。[1]

3.3育種和轉基因

基因技術的突破使科學家們得以用傳統育種專家難以想象的方式改良農作物。例如，基因技術可以使農作物自己釋放出殺蟲劑，可以使農作物種植在旱地或鹽堿地上，或者生產出營養更豐富的食品。科學家們還在開發可以生產出能夠防病的疫苗和食品的農作物。

基因技術也使開發農作物新品種的時間大為縮短。利用傳統的育種方法，需要七、八年時間才能培育出一個新的植物品種，基因工程技術使研究人員可以將任何一種基因注入到一種植物中，從而培育出一種全新的農作物品種，時間則縮短一半。

人們還可以利用基因技術生產轉基因食品。人們吃的所有食物都來自于其他生物體，幾乎所有食物中都含有不計其數的帶有異源基因的DNA，這些DNA分子在消化道類會被降解為單個的脫氧核糖核苷酸，才能被人體吸收用于自身遺傳物質的構建。華中農業大學的張啟發院士認為：“轉基因技術為作物改良提供了新手段，同時也帶來了潛在的風險。基因技術本身能夠進行精確的分析和評估，從而有效地規避風險。對轉基因技術的風險評估應以傳統技術為參照。科學規范的管理可為轉基因技術的利用提供安全保障。生命科學基礎知識的科普和公眾教育十分重要。”[2]

4.4 環境保護

ISAAA在年度報告中分析了轉基因作物對環境的影響。報告指出，2011年全球轉基因作物的種植節約了相當于47300公斤的殺蟲劑，高產的轉基因作物節省了相當于1.09億公頃的耕地，同時其效果相當于減少了約230億公斤的溫室氣體排放量。通常，種植轉基因作物不需要大面積野外田間耕作。較少的田間作業也必然降低燃料消耗和隨之產生的二氧化碳排放。所以，我們可以針對一些破壞生態平衡的動植物，研制出專門的基因藥物，既能高效的殺死它們，又不會對其他生物造成影響，還能節省成本。例如一直危害我國淡水區域的水葫蘆，如果有一種基因產品能夠高效殺滅的話，那每年就可以節省幾十億了。

總之，基因工程的發展和應用前景十分廣闊，對人類未來來說是一項具有重大意義的科學技術，目前也取得了很多實質性的進展，相信在越來越多的科學家努力和各國重視之下，基因工程會很快迎來突飛猛進的發展。

參考文獻：

[1] 《基因工程中國基因工程制藥業發展》，醫學教育網， 2012.10.22；

[2] 張啟發大力發展轉基因作物，華中農業大學學報，2010.01.001