基因工程

基因工程（共12篇）

基因工程 篇1

随着人们对蛋白质和脂肪需求的日益增加,大豆近年来在农业生产中的作用也在逐年提升,2015年全国大豆的种植面积为1 200多hm2,大豆是能够固氮的豆科植物,生物固氮可以提高和改善土壤肥力及板结等情况[1,2,3,4]。黑龙江省作为全国种植大豆的主产区,总产量常年居全国首位,提高生物固氮对我省大豆产量的提高有着重要的意义[5]。

1 材料与方法

1.1 供试菌株

慢生型大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)HW-05由本课题组自行分离出的一种慢生型大豆根瘤菌。大肠杆菌(E.coli)DH5α为本实验室保存。

1.2 质粒载体

质粒载体p K18mobsac B(KmR)和p RK2013(KmR)均由西班牙塞维利亚大学生物系Jose教授惠赠。

1.3 HW-05中nif DK基因的克隆

以慢生型大豆根瘤菌HW-05的基因组DNA为模板,采用同源序列克隆法,设计nif DK基因的特异性引物,采用PCR方法扩增目的基因nif DK全长DNA反应后,回收PCR产物与p MD18-T Vector Kit进行连接并转化至E.coli DH5α。送与上海生物工程有限公司进行测序。

1.4 HW-05中nif DK上下游片段克隆

PCR扩增HW-05上下游片段nif DK-AB和nif DK-CD,将两翼片段融合拼接后,进行全长的扩增nif DK-AD。

1.5 基因工程菌株的构建

将片段nif DK-AD与载体p K18mobsac B相连,采用三亲本杂交的方法,将nif DK-AD通过两次同源重组,10%蔗糖和KmR筛选后取代nif DK基因,再经PCR检测阳性克隆[6,7],在20μLPCR反应体系中,以1μL质粒DNA(经20倍稀释)为模板,加入相应的PCR反应成分,进行PCR扩增,电泳检测是否扩出特异性条带,以确定重组子。

2 结果与分析

2.1 nif DK基因的克隆与分析结果

以慢生型大豆根瘤菌HW-05的基因组DNA为模板,采用PCR方法扩增目的基因nif DK全长检测结果如图1所示,获得约为4 000bp的特异性条带,经测序与预期条带大小一致。

2.2 PCR扩增nif DK-AD

PCR扩增nif DK-AB片段和nif DK-CD片段结果如图2和图3所示,产物大小约在600bp处,与预期大小相符。融合后结果如图4所示,产物大小约在1 200bp处,可以初步确定已将nif DK-AB片段和nif DK-CD片段融合成功。

2.3 重组载体pk18mobsac B-nif DK-AD的构建结果

利用nif DK-AD片段和p K18mobsac B载体共有的Eco RⅠ和Bam HⅠ两种内切酶进行酶切,酶切结果如图5所示,重组载体pk18mobsac B-nif DK-AD经酶切后,出现两条特异性条带,其大小分别约为1.2kb和6kb左右,大小分别与nif DK-AD和pk18mobsac B一致,可以初步确定nif DK-AD片段已经正确插入到pk18mobsac B上面。

2.4 基因工程菌株的构建结果

利用PCR扩增nif DK基因,结果如图6所示,条带1出现两条特异性条带,其大小分别约为1.2kb和6kb左右,说明nif DK基因和nif DK-AD片段同时存在于基因组之中,而条带2出现一条特异性条带,大小约为1.2kb,说明只有nif DK-AD片段存在于基因组之中,取代了nif DK基因。

3 结语

本研究通过基因敲除的方法使用nif DK-AD片段取代nif DK基因,通过本次尝试可以将更多的高效固氮和结瘤基因转入到慢生大豆根瘤菌之中,筛选出适合黑龙江省的高效的基因工程菌株。

参考文献

[1]徐晔,张金池,王广林,等.固氮酶的研究进展[J].生物学杂志,2011,(04):61-64.

[2]沈世华,荆玉祥.中国生物固氮研究现状和展望[J].科学通报,2003,(06):535-540.

[3]陈清华,韩云蕾,马尧,等.生物固氮基因簇结构与进化研究进展[J].中国农业科技导报,2013,(04):129-138.

[4]廖春雨.固氮内生菌HMLR8和HMLR13对水稻的促生效应的研究[D].武汉:华中农业大学,2010.

[5]刘旭明.固氮芽孢杆菌的分离鉴定以及固氮巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)C4在玉米、水稻、小麦上的定殖研究[D].北京:中国农业大学,2005.

[6]李珊珊.对导入nod D-lba基因的大豆根瘤菌工程菌株的研究[D].哈尔滨:黑龙江大学,2013.

[7]丁晓华,傅悦,叶盛钰,等.固氮酶结构基因在快生型大豆根瘤菌中的定位[J].生物工程学报,1987,(04):260-265,323.

基因工程 篇2

工程术语

1.项目............................2

2.建设项目...........................2

2.1概述.......................2

2.2基本特征......................2

2.3应满足的要求.....................3

3.建设工程项目..........................3

3.1、建设工程项目的分类....................3

3.2、建设工程项目的组成....................4

4.单项工程...........................4

5.单位工程...........................4

6.分部工程...........................5

7.分项工程...........................5工 程 术 语

1.项目

项目是一件事情、一项独一无二的任务，也可以理解为是在一定的时间和一定的预算内所要达到的预期目的。项目侧重于过程，它是一个动态的概念，例如我们可以把一条高速公路的建设过程视为项目，但不可以把高速公路本身称为项目。那么到底什么活动可以称为项目呢？安排一个演出活动；开发和介绍一种新产品；策划一场婚礼；涉及和实施一个计算机系统；进行工厂的现代化改造；主持一次会议等等这些在我们日常生活中经常可以遇到的一些事情都可以称为项目。

2.建设项目

2.1概述

基本建设工程项目，亦称建设项目（construction project），是指在一个总体设计或初步设计范围内，由一个或几个单项工程所组成，经济上实行统一核算，行政上实行统一管理的建设单位。一般以一个企业(或联合企业)、事业单位或独立工程作为一个建设项目。

凡属于一个总体设计中的主体工程和相应的附属配套工程、综合利用工程、环境保护工程、供水供电工程以及水库的干渠配套工程等，都统作为一个建设项目；凡是不属于一个总体设计，经济上分别核算，工艺流程上没有直接联系的几个独立工程，应分别列为几个建设项目。

建设项目是一个建设单位在一个或几个建设区域内，根据上级下达的计划任务书和批准的总体设计和总概算书，经济上实行独立核算，行政上具有独立的组织形式，严格按基建程序实施的基本建设工程。一般指符合国家总体建设规划，能独立发挥生产功能或满足生活需要，其项目建议书经准立项和可行性研究报告经批准的建设任务。如工业建设中的一座工厂、一个矿山，民用建设中的一个居民区、一幢住宅、一所学校等均为一个建设项目。包括基本建设项目(新建、扩建等扩大生产能力的建设项目)和技术改造项目。

2.2基本特征

建设项目的基本特征如下：

(1)在一个总体设计或初步设计范围内，由一个或若干个互相有内在联系的单项工程所组成，建设中实行统一核算、统一管理。

(2)在一定的约束条件下，以形成固定资产为特定目标。约束条件有时间约束即有建设工期目标，资源约束即有投资总量目标，质量约束即一个建设项目都有预期的生产能力(如公路的通行能力)、技术水平(如使用功能的强度、平整度、抗滑能力等)或使用效益目标。

(3)需要遵循必要的建设程序和特定的建设过程。即一个建设项目从提出建设的设想、建议、方案选择、评估、决策、勘察、设计、施工一直到竣工、投入使用，均有一个有序的全过程。

(4)按照特定的任务，具有一次性特点的组织形式。其表现是投资的一次性投入，建设地点的一次性固定，设计单一，施工单件。

(5)具有投资限额标准。即只有达到一定限额投资的才作为建设项目，不满限额标准的称为零星固定资产购置。

2.3应满足的要求

建设工程项目应满足的要求：

（1）技术上：满足一个总体设计或初步设计范围内；

（2）构成上：由一个或几个相互关联的单位工程所组成的。

（3）在建设过程中：在经济上实行统一核算的,在行政上统一管理。

3.建设工程项目

建设工程项目（construction project）

为完成依法立项的新建、改建、扩建的各类工程（土木工程、建筑工程及安装工程等）而进行的、有起止日期的、达到规定要求的一组相互关联的受控活动组成的特定过程，包括策划、勘察、设计、采购、施工、试运行、竣工验收和移交等。

3.1、建设工程项目的分类

（一）按建设性质划分

分为新建、扩建、改建、迁建、恢复。

新建项目：有两种情况

（1）从无到有。

（2）如果在扩建的过程中，新增的固定资产价值超过原有固定资产价值的三倍以上。

（二）按建设规模划分

可分为大型、中型和小型三类；更新改造项目按照投资额分为限额以上和限额以下项目两类。

1.按总投资划分的项目，能源、交通、原材料工业项目5000万元以上，其他项目3000万元以上的作为大中型（或限额上）项目。

2.否则为小型（或限额以下）项目。

注：更新改造的项目应该按照限额以上和限额以下来划分。

3.2、建设工程项目的组成建设工程项目可分为单项工程、单位（子单位）工程、分部（子分部）工程和分项工程。

4.单项工程

单项工程(single construction)是建设项目的组成部分，具有独立的设计文件，竣工后能单独发挥设计所规定的生产能力或效益。

单项工程是指具有单独设计文件的，建成后可以独立发挥生产能力或效益的一组配套齐全的工程项目。单项工程从施工的角度看是一个独立的系统，在工程项目总体施工部署和管理目标的指导下，形成自身的项目管理方案和目标，依照其投资和质量要求，如期建成并交付使用。

如良种繁育基地建设项目中的实验室、种子加工车间、晒场，良种种植田间工程等；畜牧养殖项目中的饲料加工车间、畜禽养殖场、屠宰加工车间等。

单项工程是指具有独立的设计文件，竣工后可以独立发挥生产能力或效益的工程。也有称作为工程项目。如工厂中的生产车间、办公楼、住宅；学校中的教学楼、食堂、宿舍等，它是基建项目的组成部分。

单位工程是指具有单独设计和独立施工条件，不能独立发挥生产能力或效益的工程，它是单项工程的组成部分。如生产车间这个单项工程是由厂房建筑工程和机械设备安装工程等单位工程所组成。建筑工程还可以细分为一般土建工程、水暖卫工程、电器照明工程和工业管道工程等单位工程。两者的区别主要是看它竣工后能否独立地发挥整体效益或生产能力。

5.单位工程

单位工程(unit construction)具有独立的设计文件，竣工后不能独立发挥生产能力或工程效益的工程，并构成单项工程的组成部分。

完整的道路，桥梁通常是一个设施，即称为单项工程。

如道路或桥梁划分标段的话，每个标段就是单位工程。

与单项工程不同的是,单位工程竣工后不能独立发挥其生产能力或价值

分项工程：是指按主要工种、材料、施工工艺、设备类别等进行划分的建筑单位。

分部工程：是指按专业性质、建筑部位确定的建筑单位。

单位工程：只要具备独立施工条件并能形成独立使用功能的建筑物及构筑物我们可以划归为一个单位工程。

基本建设项目：一个基本建设项目可以由一个单项工程或几个单项工程组成；

6.分部工程

分部工程(parts of construction)是单位工程的组成部分,分部工程一般是按单位工程的结构形式、工程部位、构件性质、使用材料、设备种类等的不同而划分的工程项目。例如一般土建工程可以划分为地基与基础工程、主体结构工程、建筑装饰装修工程、屋面工程、建筑电气工程、……。按建筑工程的主要部位或工种工程及安装工程的种类划分，如土方工程、地基与基础工程、砌体工程、地面工程、装饰工程，管道工程、通风工程，通用设备安装工程、容器工程、自动化仪表安装工程、工业炉砌筑工程等。当分部工程较大时，可将其分为若干子分部工程。如装饰工程可分为：地面、门窗、吊顶工程；建筑电气工程可划分为：室外电气、电气照明安装、电气动力等子分部工程。

7.分项工程

分项工程(kinds of construction)是指分部工程的组成部分，是施工图预算中最基本的计算单位。它是按照不同的施工方法、不同材料的不同规格等，将分部工程进一步划分的。例如，钢筋混凝土分部工程，可分为捣制和预制两种分项工程；预制楼板工程，可分为平板、空心板、槽型板等分项工程；砖墙分部工程，可分为眠墙（实心墙）、空心墙、内墙、外墙、一砖厚墙，一砖半厚墙等分项工程。

基因工程造就超级免疫 篇3

遗传学上的一点点改变就可以让我们的身体拥有战胜绝大多数疾病的能力

2004年，美国威斯康星州的马克•奥润格因为皮肤癌的常规疗法明显无效就要死了，人们都不知道他能不能活到第二年他女儿的婚礼。可是，他不仅活到了女儿的婚礼，而且到今天还活着，他的肿瘤已经消失，看样子已经摆脱了癌症。

拯救奥润格的是免疫系统遗传工程。医生给那些从他身体中取出的细胞加上了一个编码，来攻击癌细胞的基因，再把改造过的细胞重新植入他的身体。正是因为这种转基因的细胞在他体内存活并继续繁殖，慢慢地破坏了奥润格体内的肿瘤。

这个试验项目共有17个病人参与，但其他人就没有他这么幸运了。17人中，只有奥润格和另外一个男人对这种治疗有反应。但他们的幸存证明该方法有时确实可以产生奇迹般的效果。而且很快，这种治疗手段将帮助更多的癌症患者。

这一研究小组的领导人、美国马里兰州贝塞斯达国家癌症研究所的主任医师史蒂文•罗森伯格说：“我们将有可能戏剧性地改进这些研究结果。”

阻击癌症的先驱

人类的免疫系统是相当有效的，但它们并不完美。有的时候，免疫系统不能识别出诸如肿瘤细胞这样的敌人，还可能错误地攻击健康细胞。与此同时，很多病原体已经进化出躲避免疫袭击的巧妙方式，或者它们可以用快速复制来简单地战胜还没有准备好的机体防御系统。

自从几个世纪以前土耳其和阿拉伯医生发明了接种天花的方法以来，医生们已经给免疫系统找到了一个有用的帮手——疫苗。疫苗拯救了成百上千万人的生命，最近一代疫苗的作用已经扩展到能从预防宫颈癌到帮助治疗可卡因成瘾。但是，常规的疫苗还有其局限性，人们研究了几十年，都没有研制出对疟疾和艾滋病有明显效果的疫苗。

遗传工程学，是指那些有助于免疫系统上到一个新水平的技术。借助一个普通疫苗，遗传工程可以让免疫系统更准确地定点发起免疫攻击，或者取消不恰当的攻击，更厉害的是，这里不需要依靠免疫系统的自然力量，细胞被赋予了战胜疾病的新能力或装备。

举个癌症的例子。当免疫系统发育的时候，它学会了忽视机体的自然成分，这样，它就能够区别出自我和非自我。但癌是从我们自己的细胞繁衍而来的，它们可以在免疫系统的雷达监视下生长扩散。对肿瘤细胞蛋白质的错误表达和变异，我们的免疫系统只需通过发动一个反应就能将很多癌歼灭于早期，当然，也还存在很多漏网之鱼。

世界上无数的研究小组在研究癌症疫苗，但很多试验的结果都令人失望。而直接改变免疫细胞可以解决很多问题。这种方法是由罗森伯格小组所采用的。

在先驱试验中，罗森伯格小组修改了病人的T-细胞，让它瞄准一种癌细胞表面普遍存在的一种特殊蛋白质。2个月以后，病人体内的转基因细胞仍然在血液循环中占有很高水平。这就证明人们可以在某种程度上重塑免疫系统。不过，让人失望的是，这项试验中，17个病人中只有两个病人的病症好转了。

但荷兰莱顿大学肿瘤免疫学研究小组的蓝克•奥福瑞格指出：“这一先驱研究是肿瘤免疫研究的里程碑。虽然临床的影响有限，但是基因改造所增加的效果已经可以预见了。”

有望治愈艾滋病？

罗森伯格已将目光放到其他癌症上。“我们已经治疗了我们的头一批病人，我们期望在一年内取得试验结果。”还有其他一些研究小组在应对比如像白血病这样的癌症。

更令人兴奋的是，新的基因治疗形式并不局限于治疗恶性黑素瘤或其他癌症。针对免疫系统的遗传工程还可以治愈致命的传染性疾病，比如艾滋病、肺结核和疟疾，或者是一些免疫失调症如1型糖尿病、关节炎等等。

与T-细胞相比，抗体是免疫系统的另一种主要装备。美国帕萨迪纳加州理工学院大卫•巴尔的摩的小组正在计划对艾滋病病人可以制造抗体的细胞进行遗传改造，让这些细胞产生出有效的抗艾滋病病毒的抗体，然后将这些改造的细胞重新移植回病人身体——他们的项目得到了比尔&美琳达•盖茨基金会赠与的1400万美元资金赞助。

当绝大多数免疫基因治疗只不过是让免疫系统改变方向的时候，少数研究人员却在计划加强免疫系统。少数病源微生物已经进化出巧妙逃避机体免疫攻击的方式，比如HIV进入机体后，不仅改变了外形，还攻击宿主自身的免疫系统，并能慢慢地摧毁机体的抵御能力。

约翰•罗斯是美国加利福尼亚德瓦安蒂“希望之城”贝克曼研究院的研究人员。他正在计划研究促使免疫系统对艾滋病病毒免疫。他想取得血液干细胞以使病人免疫系统的细胞增多。用改造的细胞替换原来细胞，只需添加3个基因就能让人免受HIV之苦。罗斯说，他们正在准备向FDA提交研究新药的申请，这样，他们就可以开始临床研究了。

熄灭“友谊之火”

癌症和感染性疾病的治疗需要的是促进免疫系统的火力，而其他研究小组则致力于找出防止“友谊之火”的方法，这是指当免疫系统攻击我们自身组织时所引起的自体免疫疾病。

研究人员集中研究的是一种叫1型糖尿病的疾病，该病导致免疫系统破坏了胰腺中产生胰岛素的β细胞。

有可能治疗糖尿病的方法常常上新闻头条，但是，几乎所有的方法都是牵扯到替换胰岛素合成细胞的，这是治标不治本的方法。利用新的遗传工程方法，如果病人在足够早的时候得到治疗，就能阻止免疫攻击，保证替换细胞存活，并可能允许β细胞自然再生。

一个办法就是修改细胞使得产生免疫信号的分子对自体免疫反应熄火。斯坦福医学院的免疫学家C.加里森•范思曼将小鼠体内一种免疫调节细胞改造，成功阻止了绝大多数的小鼠患糖尿病。如今范思曼小组正在研究这一方法是否也在人体上奏效。

其他的小组正在研究更特异的方法，通过在需要的地方产生免疫抑制的分子来治病。其中东京大学开发的一项技术，已经在动物试验中成功治疗了关节炎。

安全性和经济性的考验

在某种程度上，该技术被运用在人体上的时间还比较短，动物试验已经取得了一些肯定的结果。这一全新的免疫疗法，潜在好处是巨大的，当然，其间也免不了巨大的艰难险阻。

“安全性将是一个挑战，因为这牵扯到基因治疗。”巴尔的摩说，在法国的一个试验研究中，基因治疗曾引发了三个孩子的癌症。然而，这个风险对于那些身患绝症比如癌症的人来说，还是可以接受的。但对其他不太严重的疾病，需要慎重。

破坏免疫系统本来就是危险的。癌症的免疫治疗在某种情况下可能会引发危险的自体免疫性疾病。免疫系统的遗传工程有可能治疗贫困国家瘟疫般的疾病，比如艾滋病和疟疾，但问题是，以基因治疗为基础的治疗并不廉价。

巴尔的摩已经敏锐地察觉到这个问题。他说：“我们正在试图设计一种有可能廉价获得的‘基因输送系统，而且我们设计的方法也将是廉价的。我们将研究出的治疗方法适合于那些负担不起昂贵药物的国家，这是盖茨基金会所强调的，也是我本人全心支持的观点。”

罗斯指出，在美国，常规的艾滋病治疗方法一年要花费25000美元，10年就是250000美元，而采用他们的方法将把费用降低到50000美元以下。

同样的逻辑也适用于癌症。如，传统方法治疗结肠直肠，仅仅延续一年生命的费用，一年就是180000美元。罗森伯格预测采用细胞免疫的方法花费将大大减少。

基因工程疫苗概述 篇4

根据基因工程研制的技术路线和疫苗组成的不同,目前可分为如下几类:亚单位疫苗、活载体疫苗、合成肽疫苗以及核酸疫苗等。

1 基因工程亚单位疫苗

基因工程亚单位疫苗(subunit vaccin)又称重组亚单位疫苗(Recomb inant Subnit Vaccines),它通过DNA重组技术,在受体菌或细胞中高效表达编码病原微生物保护性抗原基因(protective antigen),将相应佐剂加入分泌的保护性肽段中乳化制成疫苗。该疫苗仅含有病原体的部分抗原,使其免疫反应为单一蛋白质所诱导。其具有安全性好,便于生产等优点。

在研制亚单位疫苗时,首要任务是选取目的基因,病原体保护性抗原的编码基因或具有协同保护功能的基因为优先选择,如病原体表面糖蛋白编码基因。但对于易变异的病毒(如A型流感病毒)则选择各亚型共有的核心蛋白基因序列,然后在PCR对目的基因扩增后,选择合适的表达系统来表达基因产物。目前原核表达系统(如大肠杆菌)是比较成熟的,但表达出的蛋白抗原性较差;而真核系统(如酵母)的表达产物好,有巨大发展潜力。最后是加入佐剂,由于亚单位疫苗免疫原性较弱,因此需要既安全又有强活性的佐剂来增强其免疫效果。吕舟等通过比较不同佐剂的猪附红细胞体亚单位疫苗的免疫效果,白油佐剂与弗氏佐剂均能使机体获得较高的免疫应答。另外,荣俊等发现新型的纳米佐剂的易扩散性,减少了副反应,从而能更好地提高亚单位疫苗的安全性。

根据作用对象基因工程亚单位疫苗主要分为预防细菌性疾病、病毒性疾病和激素类三种:

1.1 细菌性疾病亚单位疫苗

采用细菌作为载体是防控疫病的理想途径之一。其具有生产成本低,免疫途径简便,可以通过鼻内或口服途径免疫,通过容纳多个不同的外缘基因研制多价疫苗,对易变异病毒具有免疫优势,还可用抗生素控制副反应,对免疫失败具可控性。目前的趋势是采用致病性大肠埃希菌,再插入其它致病菌的免疫原基因,构建双价甚至多价灭活疫苗。中国科学院上海生物工程中心研制的仔猪大肠埃希菌K88、K99双价基因工程灭活疫苗与宁夏大学研制的羔羊、犊牛大肠埃希菌基因工程灭活疫苗均通过注册,哈尔滨兽医研究所研制的仔猪大肠埃希菌病K88、K99双价工程活疫苗已取得转基因生物安全证书,在预防仔猪和幼畜腹泻方面取得理想的保护效果。另外,猪附红细胞体亚单位疫苗、猪链球菌II型溶血素重组亚单位疫苗、炭疽杆菌和布鲁氏菌病等的亚单位疫苗,均对相应疾病产生保护作用。因此细菌工程疫苗还存在很大的发展空间。

1.2 病毒性疾病亚单位疫苗

病毒性亚单位疫苗的可操作性相对容易,因为病毒病原体只编码少数几种基因产物,而大部分病毒基因组已被克隆和测序,为其研制提供有利条件。目前,复旦大学和上海市农业科学院畜牧兽医研究所研制的口蹄疫O型基因工程疫苗已通过了新兽药注册。近期国内学者将传染性胸膜肺炎放线杆菌以及猪圆环病毒的亚单位疫苗作为研究热点[8,9]。另外传染性法氏囊病基因工程亚单位疫苗,A组牛轮状病毒基因工程亚单位疫苗[10],重组鹅细小病毒亚单位疫苗,乙型肝炎、狂犬病等十几种亚单位疫苗处于中试阶段或已商品化。

1.3 激素亚单位疫苗

动物的生长主要由生长激素调节,而生长抑制素抑制生长激素的分泌。将生长抑制素作为免疫原,使免疫动物的生长抑制素水平下降,增多生长激素释放,从而刺激生长[11]。目前,由计划生育生殖生物学国家重点实验室生殖免疫研究组彭景楩研究员开展的课题“绒毛膜促性腺激素β亚单位(CGβ)抗肿瘤DNA疫苗的研究与开发应用”已被纳入国家863计划。

随着规模化细菌发酵技术和蛋白质纯化技术的快速发展,生产成本将进一步降低,亚单位疫苗的市场前景良好。

2 基因工程活载体疫苗

基因工程重组活载体疫苗(Live recombinant vaccine)是用基因工程技术将病毒或细菌(常为疫苗弱毒株)构建成一个载体,把外源基因插入其中使之表达的活疫苗。用该类疫苗免疫后,同自然感染类似的是其向宿主免疫系统提交免疫原性蛋白的方式,同时其诱导包括体液免疫、细胞免疫,甚至黏膜免疫在内的多种免疫效应。另外活载体疫苗可构建多价或多联疫苗,取得一针防多病的效果。总之,病毒活载体疫苗既具有活疫苗免疫效力高、成本低的优点,也具有灭活疫苗的安全性好等优点,所以其是当今与未来疫苗研制与开发的重要方向之一。该类疫苗主要分为两类:基因缺失疫苗和复制性活载体疫苗。

2.1 基因缺失疫苗

该类疫苗通过将病原体的毒力相关基因及病毒复制非必须基因全部或部分删除,降低毒力的同时,保持免疫原性,是野毒株发生定向缺失性突变的活苗,而且缺失的基因及其编码产物可用于鉴别诊断。该疫苗具有突变性状明确,毒力低但免疫原性强,不易侵入中枢神经系统等优点[12]。

目前该方面研究上最具代表性的例子是猪伪狂犬病毒(PRV)糖蛋白E基因缺失(g E-)株及胸腺核苷酸激酶基因突变失活(TK-)株的活疫苗[13],野毒PRV在缺失基因后的致病力显著降低,其免疫力不低于常规的弱毒疫苗,而且由于缺失了g E基因,故用该疫苗免疫的猪不产生抗g E抗体,而自然感染的猪具有抗g E抗体。许多欧共体国家在实施根除伪狂犬病计划时,只允许使用这种g E-基因工程伪狂犬病疫苗[14]。

另外,四川大学郭万柱[15]主持的TK/g E/g I三基因缺失猪伪狂犬病活疫苗(SA-215株)通过新兽药注册。华中农业大学研制的TK-/g G/Lac Z+已按新兽药证书要求,完成了中试与区域试验[15]。在此基础上,国内学者就伪狂犬病毒载体活疫苗进行研究,分别构建了表达猪流感病毒H3N2亚型的HA基因、猪圆环病毒2型的ORF2基因以及高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒GP5基因的重组伪狂犬病毒[16,17,18],这些都有力促进了伪狂犬病毒载体活疫苗的研发。

2.2 活载体疫苗

该类疫苗通过基因工程方法,使非致病性微生物携带并表达某种特定病原的抗原决定簇基因,从而刺激机体产生相应的免疫抗体。根据载体不同分为:病毒活载体疫苗和细菌活载体疫苗。

2.2.1 病毒活载体疫苗:

该疫苗的载体为低致病力的病毒,将其它病原的保护性抗原基因插入到载体基因组的非必需区形成新的重组体,在同源或兼容性好的启动子驱动下,外源基因随载体的复制而表达。该疫苗包含了常规疫苗的优点,而且便于构建多价疫苗,建立鉴别诊断方法。目前其研究发展迅速,商品化的病毒载体活疫苗以痘病毒载体活疫苗最具代表性。

重组鸡痘病毒载体活疫苗:重组鸡痘病毒主要通过同源重组技术构建,其具有宿主范围广、增殖滴度高、稳定性好、基因容量大、基因工程操作简便和易插入多个外源基因、抗原性稳定、免疫原性持久、同时诱发体液和细胞免疫等众多优点[19]。哈尔滨兽医研究所研制的鸡传染性喉气管炎重组鸡痘病毒基因工程疫苗[20]和禽流感重组鸡痘病毒载体活疫苗(H5亚型)[21]已通过新兽药注册,临床上对两种疫苗的联合免疫程序进行探索,并取得良好的应用效果。

另外,痘苗病毒、疱疹病毒、腺病毒、伪狂犬病毒、反转录病毒等均可作为载体。

2.2.2 细菌活载体疫苗:

该疫苗是将病原体的保护性抗原或表位插入细菌基因组或质粒使其表达。目前主要有以沙门氏菌、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌和小肠结肠耶尔森氏菌为载体的细菌活载体疫苗[22]。

作为疫苗研究的新方向,其具有同时启动机体多重免疫,可构建多价或多联疫苗,克服不同病毒弱毒疫苗间产生的干扰现象,用量少,持续时间长、不须添加佐剂,且不影响该病的监测和流行病学调查。然而其缺点也是不容忽视的,有报道称重组病毒毒力会增强,并可能进化出对人类有致病性的新病毒,第二次免疫时还可能诱发针对载体的排斥反应等。

综上所述,活载体疫苗具有相当的研发前景,但同时也存在很多疑问,比如它是如何逃避宿主细胞的杀伤,又是如何将其携带的表达产物送入胞液和被感染的细胞核中并产生免疫应答,以及其在体内的作用和代谢机制等[23]。一旦解决这些问题,细菌活载体疫苗的前景必将一片光明。

3 合成肽疫苗

合成肽疫苗(Synthetical peptide vaccine)也称表位疫苗(Epitope vacc ine),是根据病原体抗原表位或者抗原决定簇氨基酸序列特点而开发设计的一类疫苗。该疫苗通过人工合成病原微生物的保护性多肽或抗原表位,并辅以适当的载体与佐剂而制成的一种新型基因工程疫苗。特别适用于不能通过体外培养而获得足够量抗原的微生物病原体或生长滴度低的微生物。肽疫苗具有诱发细胞反应强烈,持续时间长,有记忆功能等优点,但同时其缺点也很明显,比如抗原表位的局限性,某些需制造的肽段构象必须与完整病毒上的抗原决定簇构象一致,选定的单一抗原决定簇必须有足够强的免疫原性以及多肽合成和纯化技术的局限性等[24]。目前合成肽疫苗的生产成本昂贵,一般只用于人及珍稀动物。

合成肽疫苗的早期研究以口蹄疫病毒(FMDV)合成肽疫苗为主。目前,我国已成功研制出猪O型FMD合成肽疫苗(多肽2570+7309)并投入生产销售。中牧实业股份有限公司和申联生物医药(上海)有限公司均有猪口蹄疫O型合成肽疫苗产品问世。陈方志[25]等在对这两种产品的抗体水平进行检测时发现单次免疫即能维持阳性水平以上的抗体直至生猪出栏。同时,在注射疫苗前后未观察到应激反应,也是该疫苗的一大优势。另外国内天康公司正在进行二价口蹄疫合成肽疫苗的研究[26]。

4 核酸疫苗

核酸疫苗(Nucleic vaccine)又名基因疫苗(Gene vaccine)或DNA疫苗(DNA vaccine),是通过重组DNA技术,定向插入抗原基因至动物细胞表达载体,在宿主细胞内筛选并获得重组克隆的过程[27]。简单说就是在动物体内接种能编码异源蛋白基因的质粒,产生的功能性蛋白并诱发免疫反应。其合成的抗原蛋白类似于亚单位疫苗,但核酸疫苗的抗原蛋白是在免疫对象体内产生,并能引起全面的免疫反应。

核酸疫苗作为疫苗家族的新兴产物,相对于传统疫苗及亚单位疫苗,其最突出的优势有抗原合成和递呈过程类似于病原的自然感染,并通过MHC I类和II类分子直接递呈免疫系统。特别是引起CD4+、CD8+T细胞亚群的活化。另外细胞中只有所需抗原的基因得到表达,载体不具抗原性。同时该疫苗易于构建和制备,适于规模化生产。

但其潜在危险性也不容忽视。如外缘DNA整合到宿主的染色体中可能引起插入突变,外源抗原的长期表达及在体细胞的转移可能导致免疫病理反应,可能产生抗DNA抗体,导致自身免疫反应,所表达的抗原可能具多余的生物活性等[28]。解决这些安全问题才能使核酸疫苗进一步发展。

据报道,至2008年全球共有94种DNA疫苗产品在进行临床I期至III期试验。犬的黑色素瘤与马的西尼罗病毒核酸疫苗在美国已注册成功。国内疾病预防控制中心与北京生物制品研究所联合研制的DNA天坛痘苗复合型艾滋病疫苗已完成二期临床试验[29]。另外哈尔滨兽医研究所研制的禽流感DNA疫苗(H5亚型,p H5-GD)正在进行临床试验,免疫后HI抗体可持续1年,并持续抵抗强毒攻击。

5 转基因植物可食疫苗

转基因植物可食疫苗(Transgenic plantsedible vaccines)是运用转基因植物细胞的全能型,对整合或转移至其体内的抗原基因进行复制并表达出活性蛋白[30],人或动物通过食用含该种抗原的转基因植物来激发肠道免疫系统。与常规疫苗相比较,转基因植物疫苗具有独特的优势:使用方便,避免繁冗的接种程序;生产成本低廉,易大规模生产;使用安全,无其他病原污染;转基因植物能加工修饰翻译后的蛋白质,使三维空间结构更自然化;口服免疫途径比传统免疫能产生更好的免疫效果等[31]。同时其也存在表达量低,口服易被消化,转化依赖抗生素等缺点。针对这些缺点,李晋涛等提出了改进表达调控系统,人工改造抗原基因序列等应对措施,并取得一定进展[32]。

目前,国外已有将乙型肝炎病毒表面抗原(Hb-s Ag)、口蹄疫病毒(FMDV)、霍乱毒素(CT)、结核病毒、轮状病毒表面抗原蛋白、狂犬病病毒糖蛋白、在植物中表达的报道[33],而国内在这方面的研究的报道较少。

6 抗独特型抗体疫苗

抗独特型抗体疫苗是通过模拟抗原物质,刺激机体产生的抗体与抗原特异性抗体具有同等效应,故又称内影像(internal image)疫苗。抗独特型抗体疫苗可诱导全方位免疫应答,且其足够的免疫力显示出巨大的研究和临床应用潜力[34]。目前,模拟伪狂犬病毒,新城疫病毒及弓形虫等的抗独特型抗体制作的疫苗已取得一定进展,接种动物后能抵抗相应抗原感染[35]。我国在抗独特型抗体疫苗的研发和产业化方面取得突破,并且在鱼用制品研究领域走到国际前列。如北京卓越海洋生物科技有限公司和中国人民解放军第四军医大学研制的牙鲆鱼溶藻弧菌、鳗弧菌、迟缓爱德华菌病多联抗独特型抗体疫苗通过注册。

7 展望

基因工程 篇5

【摘要】基因工程技术是一项正在蓬勃发展的技术，它将给人类社会带来一场深刻的变革，我们有必要了解基因工程的概念、原理、技术程序，以及基因工程在农业、工业、医药等方面的应用和进展情况。

【关键词】基因工程技术程序应用进展

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，在分子水平上对基因进行复杂的操作，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，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

一 基因工程的技术程序

基因工程的基本原理是在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成镶嵌DNA分子，然后将之导入宿主细胞，使其扩增表达，从而使宿主细胞获得新的遗传特性，形成新的基因产物。它有3个基本的步骤：①从合适材料分离或制备目的基因或DNA片段。②目的基因或DNA片段与载体连接作成重组DNA分子。③重组DNA分子引入宿主细胞，在其中扩增和表达。不同种类生物的生物学特性不同，其基因工程在操作上和具体技术上必然有所差异，但技术核心都是DNA的重组，即利用一系列的DNA限制性内切酶、连接酶等分子手术工具，在某种生物DNA链上切下某个目标基因或特殊的DNA片段，然后根据设计要求，将其接合到受体生物DNA链上。

一个完整的用于生产生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有：①外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。②适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组。③外源基因的导入。④外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选。⑤外源基因表达产物的生理功能的检定。⑥转基因新品系的选育和建立以及转基因新品系的效益分析。⑦生态与进化安全保障机制的建立。⑧消费安全评价。

（一）外源目标基因的分离、克隆及功能结构分析

获合乎人类某种需要的取目的基因是实施基因工程的第一步，也是开展一项基因工程的前提和全部工作的核心。目前人们已经能够通过多种途径和方法来获取目标基因，其中主要有两条途径：一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一条是人工合成基因。

直接分离基因最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。鸟枪法的具体做法是：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞提供的DNA（即外源DNA）的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（在遗传学中叫做扩增），1

从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。如许多抗虫抗病毒的基因都可以用上述方法获得。用鸟枪法获得目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性。又由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，一般使用人工合成的方法。

目前人工合成基因的方法主要有两条。一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模版，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对的原则，推测出它的基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的血红蛋白基因胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。

（二）构建能在受体生物细胞中表达的重组目标基因

要使一个外源目标基因能整合到受体细胞的基因组中并能在整合后在受体基因组的调控下有效地转录和翻译，就必须事先对目标基因的功能结构用DNA重组技术进行适当的修饰，也就是将目标基因与一种特别的DNA分子重组，这种特别的DNA分子称为基因载体，目前所用的载体主要有以下几类：质粒、λ噬菌体、柯斯质粒、病毒载体、YAC载体等，各类载体具有独特的生物学特性，可用于不同的目标基因。

（三）外源重组目标基因的导入

将重组的外源目标基因转入到宿主细胞中的过程称为基因导入或基因转移。接受外源基因的细胞称为受体细胞。由于受体生物学特征的不同以及基因工程目的不同，外源基因导入的方法也不同，有的是用载体导入，有的是直接用物理的方法导入。目前使用的有转化、转染、电穿孔导入法、基因枪射入法、显微注射法、脂质体介导法等，向细菌等微生物中导入外源目标基因常用质粒转化和噬菌体转染方法；向植物细胞中导入外源基因常用基因枪注入法和Ti质粒导入法；能由原生质体再生出植株的植物细胞还可以用电穿孔导入法及脂质体融合法；动物的受精卵一般通过人工显微镜注射法导入外源基因；动物的体细胞可用电穿孔法和病毒转染法导入外源基因，但对用于生产目的的基因工程常常避免用病毒转染法。

（四）转基因细胞或个体的鉴别和筛选

在对宿主的细胞进行了外源目标基因导入处理以后，有些细胞可能并没有外源基因的进入，另有一些细胞可能在外源基因进入后因各种原因而不能使外源基因表达，因此必须对被进行了基因转移处理的细胞或个体进行鉴别，以筛选出导入外源目标基因的转基因细胞或个体。鉴别和筛选转基因生物一般在两个层面上进行：一是检测目标基因是否表达，二是检测目标基因是否整合到了宿主的染色体上和能否稳定传代。表达检测的方法主要有转录产物的印迹杂交法、免疫印迹检测法、免疫组织化学检测法等。整合检测可通过DNA分子杂交来确定。

（五）转基因品系的效益分析。

一个生产性能优越的转基因品系，首要的条件是目标基因的表达产物必须有正常的生理功能，另一个必要标志是其目标基因必须有适度的高效表达特性和可持续生产能力。

（六）生态与进化安全保障

由于转基因生物与其他生物一样具有可遗传、易扩散及自主的特性，而且人类对生命、生态系统、生物的演化实际上还知之甚少，对不同物种间基因的人工组合，外源基因对受体生物进化的可能影响，转基因生物对生态系统的长期影响

等都无法进行评估，因此如果人们不事先采取控制措施，转基因生物一旦进入到自然环境中就可能打破生态平衡，破坏生态环境和自然种质资源。对转基因生物的控制措施有物理的方法和生物的方法：物理的方法就是通过各种严格的管理措施和物理屏障尽量使转基因生物不能从实验室逃逸进入到自然环境里去；生物的方法一般就是造成转基因生物与非转基因生物之间的生殖隔离，如利用三倍体不育的特性将用于生产的转基因动物或植物变成三倍体等。

（七）消费安全评价

消费安全评价一般要考虑以下一些主要的方面：①导入外源目标基因本身编码的产物是否安全。②外源目标基因是否稳定。③使用的载体是否安全。④使用的报道基因（就是能产生很容易观察的性状的基因）是否会产生有害物质。⑤外源基因导入后是否会诱导受体生物产生新的有害遗传性状或不利于健康的成分。为了保护人类的健康，许多国家都已通过立法或其他形式对转基因产品进行消费安全评价和严格的管理，对进口转基因食品严格限制。

二 基因工程的应用

基因工程在医药业中的应用。许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。如基因工程胰岛素、干扰素、人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。

基因诊断与基因治疗。遗传病是长期困扰人类的一类不治之症，迄今已发现的有3000多种。其根源于遗传基因存在缺陷，主要特征是可随生育而传代。基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。基本方法是：基因置换、基因修复、基因增补和基因失活等。如运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。

基因工程在农牧业、食品工业上的应用。运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。如转基因鱼（生长快、耐不良环境、肉质好），转基因牛（乳汁中含有人生长激素），转黄瓜抗青枯病基因的甜椒，转鱼抗寒基因的番茄，转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯，不会引起过敏的转基因大豆，抗虫棉等。

基因工程在环境保护工业方面的应用。基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。如有一种超级细菌，能快速分解石油，可用于清除被石油污染的海域。这种超级菌是美国科学家用基因工程方法，把降解不同石油化合物的基因移植到一个菌株内而产生的。

总之，基因工程的发展将会给人类社会带来巨大的变化。

三 基因工程的进展状况

基因工程技术是一项正在蓬勃发展的技术，而且也已经取得了许多重要的应用成果，但我们也应该看到，基因工程技术不是一项已经成熟的技术，仍然还很粗糙和原始，在许多方面尚需完善和改进。

1．基因工程在技术上存在一定的不确定性和盲目性。目前的基因工程在技术上有很多的不确定性。这种不确定性表现在两个方面，一是技术方面的不稳定性，二是由于对不同生物的生理特性的了解不很深入，如我们将鱼类抗冻蛋白基因转移到不抗寒的罗非鱼等热带鱼中，虽然抗冻蛋白基因得到表达，但并没有使受体鱼产生预期的抗寒效果。目前我们所进行的基因工程基本上只能对简单的、单基因控制的性状进行设计和改造，操作对象只限于一些比较简单的单因子基因。但生物绝大部分的重要性状是由多个基因共同控制的，对这些多基因控制的性状，现有的基因工程技术几乎仍然是束手无策。我们对活的生物体中基因表达调控的机制知之甚少，有关的知识仅限于对启动子和增强子有所了解，对生物体整体的调节复杂性的认识还刚刚开始。

2．在安全性方面存在着不确定性。对社会大众来说，最主要和最关心的是基因工程的安全性问题，基因工程的安全性问题包括两个方面：一是基因工程产品的消费安全问题，二是转基因生物的生态安全问题。目前用转基因技术生产出来的食品因其成分的某些改变是否会对人类的健康产生不良的影响，这需要实验和时间来验证。有着某种生存优势的转基因生物如果进入到自然生态系统，就有可能排挤自然种群，降低生态系统里物种的多样性，打破生态平衡。

所以我们在大力发展转基因技术的同时，必须高度重视对转基因动物、植物及微生物品种的生物控制和控制技术的研究。在转基因品种的安全性没有进行全面的评估和没有可靠的生物控制措施之前，应严格禁止其进行生产和进入开放的自然生态系统，只有其生态安全性达到了传统育种方法培育的新品种时，或无生殖能力的转基因动物和植物才能允许进入自然界进行生产，也只有这样才是有益于人类和社会进步的。

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限制酶与基因工程 篇6

一、限制酶的来源及功能

限制酶是DNA限制性内切酶的简称。限制酶只能将外源的DNA切断，就是能限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。限制酶主要存在于原核生物中，目前已发现有200多种，每一种限制酶只能识别DNA上特定的碱基序列，并在特定位点切断DNA。因此，对于拥有限制酶的某些低等生物而言，这是在进化过程中形成的一种保护性功能；而对于基因工程技术而言，它为从某种物生物DNA上提取目的基因创造了条件。

例1 关于限制酶的途述，正确的是（ ）

A．限制酶是一种保护自我遗传信息的酶，每一种生物的细胞中都含有，但具有不同的特异性。

B．限制酶是基因的“剪刀”，能识别DNA上目的基因的序列，并切取该目的基因。

C．限制酶能特异性识别单链DNA上的序列，并在特定位点“剪断”单链。

D．要想从某生物的DNA上获取目的基因，使用的限制酶必须在该DNA上具有至少两个能识别的序列及相应切点。

解析 高等生物细胞中不存在限制酶；在基因工程中，限制酶所要识别的是基因两边的序列并有切点，而不是“基因的序列”；限制酶只能识别双链DNA上的序列，该序列具有“回文”性质，不能识别单链DNA上的序列；要想把基因“取下来”，必须在基因两边各有一个切点。

答案 D

二、限制酶与其它DNA相关酶的区别

DNA水解酶的功能是破坏DNA上的每一个磷酶二脂键，其结果是使DNA水解成单个脱氧核苷酸；限制酶则只破坏DNA上特定序列特定位点的磷酸二脂键，其结果是使DNA被分割成不同的DNA片段。DNA聚合酶的功能主要是在DNA片段与单个脱氧核某酸之间或单个脱氧核苷酸与单个脱氧核苷酸之间成磷酸二脂键，在DNA分子的复制中起使用，在此过程中需要模板；DNA连接酶则是在DNA片段之间将双链上的两个缺口同时连接起来，在基因工程操作的目的基因与运载体结合过程中起作用，此过程不需要模板。由此可见，以上四种酶所发挥作用的条件或结果各不相同。相同的是，这四种酶的作用对象均为DNA分子结构上的磷酸二脂键。

例2 下图是DNA结构模式图，据图所作的下列判断，不正确的是（ ）

[①][②]

A．限制性内切酶能将①处切断；

B．DNA连接酶能将①处连接；

C．解旋酶能切断②处；

D．连接②处的酶为DNA聚合酶。

解析 ①处为磷酸二脂键，限制酶能破坏磷酸二脂键，DNA连接酶能连接生成磷酸二脂键；②处为氢键，解旋酶可破坏DNA双链间的氢键，连接酶作用对象不是氢键。

答案 D

三、限制酶对DNA的切割及黏性末端的产生

要用限制酶把目的基因从某DNA上切下来，目的基因序列的两边必须各有一个能被限制酶识别的序列及其切点，因DNA是双链，故需“切断”4个磷酸二脂键，由此会产生四个黏性末端。为把目的基因连接到运载体的DNA上，一般需要用同一种限制酶对运载体DNA进行切割（至少有一个识别序列及切点），因为只有这样才能与切下的目的基因两边形成相同的黏性末端，目的基因和运载体才能实现连接而重组。但也有两种不同的限制酶切割产生相同的黏性末端，如G↓ATTCG和↓ATTC

例3 下面是5种限制性内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图（↓表示剪切点、切出的断面为黏性末端）：

限制酶1：——↓GATC——

限制酶2：——CATG↓——

限制酶3：——G↓GATCC——

限制酶4：——CCGC↓GG——

限制酶5：——↓CCAGG——

请指出下列哪组表达正确（ ）

A．限制酶2和4识别的序列都包含4个碱基对

B．限制酶3和5识别的序列都包含5个碱基对

C．限制酶1和3剪出的黏性末端相同

D．限制酶1和2剪出的黏性末端相同

解析 限制酶2、3、4、5识别的序列分别包括4个、6个、6个、5个碱基对，故A、B错。限制酶1和2切割产生的黏性末端不同。限制酶1剪出的黏性末端是：

[C T A G][G A T C][G A T C][C T A G]

限制酶3切割产生的黏性末端是：

[C C T A G G][G G A T C C] [G A T C C][G] [G][C Ｃ T A G]

答案 C

【练习】

1．如图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是（ ）

[C T T A A G] [G A A T T C][C T T A A G][G G A T T C] [①][②][③]

A．DNA连接酶、限制性内切酶、解旋酶

B．限制性内切酶、解旋酶、DNA连接酶

C．解旋酶、限制性内切酶、DNA连接酶

D．限制性内切酶、DNA连接酶、解旋酶

2．现有一长度为3000碱基对（bp）的线性DNA分子，用限制性内切酶酶切后，进行凝胶电泳，使降解产物分开。用酶H单独酶切，结果如图1；用酶B单独酶切，结果如图2；用酶H和酶B同时酶切，结果如图3。则该DNA分子的结构及其酶切图谱是（ ）

3．人体细胞内含有抑制癌症发生的P53基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。

[G A A C C G G A G G][C T T G G C C T C C][G A A C T G G A G G][C T T G A C C T C C][正常人][患者][290对碱基][70对碱基][220对碱基][限制酶E

识别序列][限制酶E

识别序列][p53基因

部分区域]

①已知限制酶E识别序列为CCGG，若用限制酶E分别完成切割正常人和患者P53基因部分区域（见上图），那么正常人的会被切成 个片段；而患者的则被切割成长度为 对碱基和 对碱基的两种片段。

②如果某人的P53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460碱基对的四种片断，那么该人的基因型是 （以P+表示正常基因，P-表示异常基因）。

【参考答案】

1．C 2．A

3．①3、460、220 ②P+P-

基因工程的伦理分析 篇7

1.1“人是什么”的问题在基因工程面前受到挑战

伦理学探讨的基本问题之一就是“人是什么”或“我是谁”之类的命题。从起源上讲, 人是自然界进化的结果, 个体是自然生育的产物、从功能上说, 人是具有智慧的、能制造和使用工具的动物。而随着基因工程的发展, “人是自然之子”这一命题开始受到挑战。利用基因工程技术, 科学家可以将人的有关基因移植到动物身上, 长出人的器官, 这就是“转基因器官”, 然后再移植到需要该器官的人身上。这样, 对于需要移植该类器官的人来说, 就有可能变成“人面兽心”或是“人头兽脑”。如果一个人的心被换成猪心或是一个人的脑被换成猪脑, 那他还是人吗?利用基因工程技术, 人们可以在精子和卵子阶段就对将来的婴儿进行基因的重组, 以打造各方面都比较优秀的婴儿。那么, 人类将分裂为两个人种:用技术繁殖的和自然繁殖的。所以, 沿着基因技术走下去, 人类可能从根本上脱离自然性, 到那时, 人类将彻底成为用技术手段制造出来的产品。可以设想, 如果人完全成为人的技术化产品, 会是一种什么样的情况。

1.2 人体健康将受到基因工程技术的挑战

食物是人类赖以生存的重要资源。食物的状况, 如数量是否充足、质量是否营养、对人体有无负作用, 直接影响到人的生存状况。自从转基因技术应用于植物选种育种以后, 人类就获得了一种自主改变生物遗传性状, 创造农作物和动物的能力。转基因农作物和食物对于缓解人口给养问题的重要作用是不言而喻的, 但我们也不能因此而忽略了它的危害。

大部分转基因作物都包含一些来自非食用性生物, 如细菌、病毒和昆虫的基因, 人们拿不准它们对人体健康是否真的没有影响。对于转基因动物也是如此。由于科学家无法准确证实转基因农作物、动物、食物, 是否会对人体健康造成影响, 因此, 我们不得不对基因工程对人体健康的影响持谨慎态度。

1.3 人类的不平等问题将受到基因工程技术的挑战

平等问题是人类发展过程中始终关注的重大问题。但是, 人类基因组的破解可能使人类陷入极度不平等的混乱状态。如果基因信息公开, 雇主是否可以拒绝雇佣有癌症基因的人呢?一个人的“不利”基因泄露之后, 可能会使他陷入找不到工作、得不到保险、找不到朋友的困境。例如有的报纸已经开始假设这样的问题:“根据你的基因分析, 你可能在40岁时得肺癌, 所以你的保险合同将不包括这部分”。而如果一个群体的基因信息泄露之后可能会造成更大的危害, 比如有色人种, 他们可能被改变基因。而这种先天的差异所造成的后果, 对他们来说是极度不平等的。

1.4 人类的进化将受到基因工程技术的挑战

有人认为, 我们可以设计出明显优于自然基因的基因。但这是一个错误, 任何事物都具有矛盾性, 基因也不例外。利用基因技术, 科学家可以改善、选择、复制人类的各种基因, 但基因组只有遗传的多样性, 而没有好坏的差别, 每个人都会因为自己的基因而生病, 可是即使是致病的基因也是正常的, 在一定条件下也可能对机体起到保护作用。我们进行基因的改善和选择, 会不会使某些原本有用却不为人尽知的基因被淘汰出人体, 给人类健康和生存带来新的疾病或问题, 从而影响人类的进化呢?

1.5 整个自然界的生命体将受到基因工程技术的挑战

基因工程技术可以使人类根据自己的愿望将动物、植物、微生物的基因经过重组后引入各种生物, 从而造成很多重组的生物携带有自然界不存在的基因。由于目前科学家对基因的表达与控制还是有限的, 那么, 一旦这些转基因生物回归自然界, 整个自然界的生命体都将受到严峻的挑战。例如, 基因重组打破了物种间的界限, 打乱了自然进化历程, 改变了生态系统的结构;被赋予全新性状的转基因生物, 由于它们的竞争力增加, 是否会使生活力本来就很弱的生物很快地从地球上消失呢;具有新性状的转基因生物如大量回归自然界, 它们有可能影响到生态系统中能量的流动和物质循环。

2 基因工程的伦理规范

2.1 尊重生命原则

任何科学技术活动都有其道德底线, 也都有其活动限度, 问题的差别只在于是受种内容的道德约束。尊重生命的原则应该成为基因工程活动中的道德底线。所谓尊重生命原则就是, 一切基因工程技术研究与应用都必须有一颗仁爱慈善的心, 必须尊重与维护人的生命尊严与自由权利, 必须尊重与维护人的平等的基本自由权利。如果用否定的方式表达, 则是, 不得有邪恶之心, 不得侵犯人的生命尊严与自由权利, 不得伤害人的平等的基本自由权利。

2.2 维持、改善或改造生命, 使人类健康、自由地生活的原则

健康、自由的生活, 是人类追求自由存在的理想之一。正是在这个意义上, 基因工程才成为人类的一项必要事业。对人类基因的改造、对致病基因的控制、对其它任何生物的改造, 都应该是为了维持、改善或改造生命, 使人类健康、自由地生活。如果, 基因工程不是为了维持、改善或改造生命, 使人类健康、自由地生活, 那么, 基因工程的进行也将受到全人类的普遍质疑。如果科学技术活动的进行, 不是为了增加人类的幸福, 那么, 科学技术活动也将无法成为善的活动。

2.3 增加整个自然界中所有生命的利益、促进所有生命的进化

所有的生物都是从历史上的生物进化而来的, 基因组就记录着各种生物的进化史。转基因技术能改变生物的遗传特性, 创造新的生物物种, 这就缩短了自然进化的进程, 这是一个了不起的进步。但是, 能力越大, 责任也就越大。人类在进行基因工程研究与应用的过程中, 必须考虑整个生命和自然的利益;人类在设计新物种之前, 必须充分考虑大自然本身的生物链法则, 否则, 人类的基因工程可能对生物圈造成破坏, 并最终损害人类自身的利益。

21世纪是基因工程技术蓬勃发展的时代, 基因工程的兴起是生物革命的必然结果。尽管基因工程的隐患及争论众说纷纭, 但其给人类带来的好处是显而易见的。希望人们能够深刻地审视基因工程这一科学技术, 使这一科学技术能够真正的为人类造福。

参考文献

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[3]李春秋.当代生命科技的伦理审视.江苏人民出版社.2002.

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[6]高兆明, 孙慕义.自由与善.克隆人伦理研究.南京师范大学出版社.2004.

丝状真菌基因工程进展 篇8

丝状真菌能够在简单、廉价的培养基上生长。由于它们能生成有较好经济效益的代谢产物,所以日益受到人们的关注,迫切需要将它们开发成工业化的生产菌株。目前,丝状真菌作为细胞工厂已经用来生产一系列产品:从简单的有机酸到复杂的次级代谢产物。工业上由丝状真菌生产化合物的例子如表1所示:

由于丝状真菌有异常高的表达和分泌蛋白能力,使它们在生产酶上成为必不可少的菌株。目前,天然或重组酶主要由黑曲霉素、木聚糖酶等生产,并且许多菌株目前正处于研究中[1]。另外,丝状真菌具有惊人的产次级代谢产物能力,目前许多次级代谢产物已经实行工业化生产,成为重要的临床药物。如含有β-内酰胺基团的抗生素,包括青霉素、头孢菌素是首先得益于丝状真菌分子技术进步的药物。

对β-内酰胺抗生素生物合成分子遗传学的进一步了解,有助于我们更合理地对其进行改进,并设计出新的生物合成工程化路径。此外,丝状真菌还能生产生物活性化合物如环胞素A(免疫抑制剂)、洛伐它丁(降胆固醇浓度制剂)、紫杉醇(抗癌剂)、灰黄霉素(抗真菌剂)等一系列对人类身体健康有益的化合物[2,3]。

尽管在此不能一一罗列所有工业上利用真菌生产的化合物,但也足以看出丝状真菌的代谢多样性及在生物技术上作为细胞工厂的重要性。将来,在分子水平上对生产菌株进行改进,将是真菌生物技术的一个重要里程碑。不管天然生产菌株还是重组的代谢生产菌株,基因工程和代谢工程法都是提高菌株生产能力的有力工具。然而,这一设想的实现必须建立在对丝状真菌的基因表达调控不断提高的基础上。

2 基因工程转化的DNA技术

为了提高丝状真菌的生产能力及避免副产物的生成,基因工程可以说是一个非常有效的工具。然而,在实行工程化之前,将我们感兴趣的基因导入受体细胞这一操作比较困难。另外,对于许多真菌来说,很多因素影响同源染色体重组或非常规重组模式和频率。这些因素不仅包括宿主本身,还包括所使用的转化技术。因此,在设计一种工程战略之前,必须找到适合的转化技术。

自第一次成功地对酿酒酵母进行原生质体介导(PMT)转化以来[4],用原生质体进行转化就被应用于若干其他的丝状真菌,但是转化频率不是很高[5,6,7]。为了提高丝状真菌的转化,在过去的几年中已研发出几种转化方法如电穿孔术、红外线放散转化、基因枪介导转化法、土壤农杆菌噬菌体介导转化(ATMT)等。下面就将这些转化方法的主要优点和缺点简单讨论一下(如表2所示)。

然而对于有些真菌来说,这4种技术并不是完全适用,有些真菌因为对不同方法存在抗性,所以有必要对它们进行优化[8]。但总体来讲,原生质体转化(ATMT)是应用最好的一种[9]。如利用ATMT转化技术,T-DNA的转化效率是传统方法的100~1000倍[10]。另外,De Groot等人用农杆菌介导法(PMT)转化构巢曲霉,与常规CaC12/PEG原生质体法相比,转化效率提高了约600倍[11]。然而,也有报道表明,ATMT在转化黑曲霉时并不成功,甚至都没产生转化子[12]。所以,到目前为止,在预测某种转化方法是否可行时还没有一般规律。

有意思的是,当用ATMT法将DNA导入泡盛曲霉、大斗菇、尖镰孢菌以及乳牛肝菌这些丝状真菌中时,大部分进行单克隆整合。然而,当换用农杆菌介导转化(PMT)法时,就会发现优先进行双克隆整合。由此可见,对于DNA的转化,选用何种转化技术对设计代谢工程战略有相当大的影响。例如,当需要定向整合或使基因沉默时,ATMT是很好的选择。相比之下,当多重副本基因在染色体组上随机插入时,最好选择PMT。报道表明,在黑曲霉和里氏木霉中利用上述战略,能够较好的提高蛋白质的产量[13,14,15]。

除此之外还有一种新型的转化方法——限制酶介导的整合(REMI)。REMI是插人突变基础上的一种改进方法。在这一方法中,含有转化质粒单一识别位点的限制性酶被加到转化体系中。在丝状真菌中使用REMI方法,已经证明可以使转化频率和单拷贝整合事件明显提高,如在Saccharomsves cerevisiae的转化体系中,使用REMI方法可以将转化率提高7倍。他们指出:不同的限制性内切酶介导片段整合到酵母基因组中的能力是不同的,仅有几种限制酶可以提高转化频率[16]。

3 基因工程转化的的RNA技术

使代谢途径保持缄默并不仅限于DNA技术,基于RNA的技术同样可以做到。三种RNA技术——反义RNA、锤头(状)核酶、RNA干扰是真核细胞中有效的使基因沉默的工具[17]。这些工具在下述情况下尤其有效:当基因定向方法失败;目的基因在染色体上以多拷贝的形式出现;等位基因能够弥补缺失基因。

已有报道用反义酶致使丝状真菌中的基因沉默[19]。当显示同源性的羧肽酶基因反义结构通过PMT转入米根霉的基因组中时,这种反义结构以复拷贝的形式随机整合到宿主染色体上,从而导致了蛋白质活性降低了30%。当更稳定、更高水平的人类溶菌酶检测出后,这种反义酶结构大大提高了米根霉作为宿主生产蛋白质的能力[18]。考虑到将特定基因完全删除会导致真菌的死亡,所以将反义酶稍微弱化再利用也是一条比较好的思路。

催化性RNA分子——又称为RNA构成酶,也能使基因沉默。锤头(状)核酶是人们所熟知的最小的RNA酶。对底物识别臂进行设计能使之与任何选定的RNA互补,从而确保核酶与目标的结合。当底物RNA接近NUX三联体时,立刻发生断裂。(N代表任何一个碱基,X可以是A、U或C)[19]。核酶的基因转录后沉默作用适用于细菌、酵母、植物以及哺乳动物系统[20]。最近,关于锤头状核酶控制丝状真菌基因表达的机理Mueller等已研究出。但是仍然存在一些限制条件。首先,由于Gus表达基因被完全删除,所以在mRNA 5'区域内的目标位点优先被识别。但是当核酶定位在3'区域时,目的基因的表达率下降到20%~50%。其次,通过电子定位预测的目标位点很难保证在生物体内被识别、剪切,所以难以用电子定位的方法预测体内实际的核酶结合位点[21]。

另外,干扰RNA在转录后过程中也能导致基因沉默。RNAi是在转录后水平上干扰基因表达,其实质是双链RNA介导的特异性抑制与之同源基因的表达并产生相应的功能缺陷表型,也称为转录后基因沉默。

具体过程为:在真菌宿主细胞中,与目的基因有同源子的双链RNA开始表达,并通过21~25bp长的小片段RNA干扰分子引发与它同源的RNA降解[22]。对RNAi基因表达的特殊抑制十分适合某些丝状真菌如聚多曲霉、烟曲霉、米曲霉、稻平脐蠕孢、刺盘孢瓶状病毒、裂褶菌等。目前,用于丝状真菌RNAi的载体已商品化。如Invitrogen公司利用Gateway体外重组技术高通量克隆丝状真菌RNAi的靶标序列。此系统中,通过定点重组技术将靶标序列的PCR扩增产物定点插入含有内含子的RNAi盒中[23]。

4 重组基因的靶向性

将基因定向插入强化转录的基因组位点能够提高目标蛋白转化率,由此可使某些代谢过程发挥极至。在酿酒酵母中,长约30~50bp的极小同源片段就能够保证高的同源重组产率。除此,几百甚至几千个碱基对对于丝状真菌的同源重组是必不可少的[24]。但是,由于同源重组的频率较低(通常在0~30%)[25],丝状真菌中的基因定向受到一定程度的影响,同时带有明显的物种依赖性,且重组极大依赖于定向基因位点的转录状态[26,27]。所以,需要分析大量的转录子,以鉴定出正确的一个,这就必然耗费大量的时间,增加了人力、物力。

克服这个缺点的一种方法是选用不含非同源末端的菌株。在真核生物中,将DNA片段插入基因中是由双链断裂修复机制调控的过程。同源重组和非同源末端连接这两种主要的方式共同调控双链的断裂和修复[28]。同源重组是同源序列间的反应,从而导致定向整合。非同源末端连接调节的DNA链连接因为没有同源子,所以会发生随机整合。同源重组依赖于Rad52启动子,非同源末端连接依赖于ku蛋白二聚体及DNA连接酶IV-Xrcc4聚合物。根据守门人模式,这两种方式相互竞争。当Rad52启动子末端与引入的DNA结合时,就按着同源重组方式进行,反之,就按非同源末端连接方式进行。但是总体来说,除了酿酒酵母,在丝状真菌及其它的多细胞生物体中,非同源末端连接相比同源重组更具优势。最近研究表明,将丝状真菌中导致非同源末端连接的成分删除后可以有效的降低DNA片段的随机组合率。例如,删除A. nigerKu70同源子极大提高了同源组合率,与未处理的黑曲霉相比由原来的7%上升到80%多。同样,在其他真菌体系中,删除Ku70、Ku80、或Lig4同系物的突变体有较高的同源重组率[29,30,31,32]。

5 结论与展望

基因工程教学改革的思考 篇9

关键词：基因工程,教学改革,大学

基因工程是进行现代生命科学研究和生物技术育种工作的基础, 集多个生命科学前沿学科于一体, 包括现代分子生物学、现代遗传学、生物化学、微生物学和生物信息学等。基因工程是将外源基因通过定向重组后, 导入到受体细胞内, 使这个基因在受体细胞中正常发挥作用, 达到特异改良从而获得新物种的一种崭新技术。近十年来, 转基因抗虫棉及转耐除草剂的基因大豆与玉米的种植给人们带来了很大的收益。这些棉花、大豆及玉米新品种的获得均来自于基因工程的帮助, 基因工程对人们的影响越来越大。作为一个新兴的学科, 其具有知识更新速度快, 内容抽象等特点, 给学生的学习带来了较大困难。为了让学生在课堂的有限时间内, 对所讲授的教学内容、实验技能, 能够更好的理解和掌握, 更主动地进行思考、学习并进行应用, 笔者在教学方法上进行了一些探索和实践, 以期达到更好的教学效果。

一、基因工程课程教学改革的必要性

由于基因工程的内容十分丰富繁杂, 知识点多、信息量大, 并且发展迅速, 因此, 传统的教学模式并不适合基因工程的教学。为了帮助学生进一步掌握基因工程理论知识, 提高实验技能, 同时克服学生对学习基因工程的畏难情绪, 提高学生学习的主动性和积极性, 在有限的学时内让学生更加全面而深入地学习和掌握课程的内容, 提高基因工程的教学质量, 需要对目前的基因工程课程教学进行改革。

二、教学内容与学科前沿紧密结合

《基因工程》是我校生命科学学院生物相关专业学生的一门最为重要的专业课, 该课程针对大三学生开设。因为该课程是集现代分子生物学、现代遗传学、生物化学、微生物学和生物信息学等众多生命科学前沿学科于一体, 且理论性和实践性都很强的一门课, 所以必须要先打好基础, 完成以上课程的学习之后, 才能更好的理解基因工程的理论知识。在授课的过程中, 任课教师要精选教学内容, 避免与其他已经学过的知识过多的重复, 重叠的知识简单介绍, 并可以采用提问的方式引导学生来联系知识点与基因工程的关系和用途即可。

生命科学是近年发展最快的前沿学科, 而基因工程作为生命科学重要的研究技术, 已经渗透到生命科学的各个领域, 每天都有新的发现。这样, 任课教师就不能仅仅依托教材来讲授基因工程的基本原理和操作技术, 而要与学科前沿研究紧密结合, 把最新的科研成果和国内外新的发现, 适时的穿插到有关教学环节中。例如:在讲解基因工程的应用时, 可以把“黄金大米”、基因靶向治疗、亲子鉴定等实例引到课堂上来。这样, 使基因工程中抽象的概念生动的展现在学生面前, 便于学生快速的接受基因工程的相关知识, 激发学习兴趣。

三、改进教学方法, 活跃课堂氛围

传统教学过程中, 教师是课堂教学的主体, 学生是被动的接受知识的“注入”, 只是机械的操作, 动脑较少。基因工程课程中的内容繁多, 概念抽象难懂, 只靠简单的“一支粉笔, 一块黑板”式的教学模式, 远远达不到良好的教学效果。因此, 任课教师在备课时, 应该充分应用多媒体, 把抽象的概念形象化, 将难于理解的技术流程、基本原理、作用机制等, 用图片或者动画的形式呈现出来, 便于学生更好的理解和掌握。在教学过程中, 注意多运用启发式、提问式、讨论式等灵活多样的教学方法, 加强与学生的互动, 充分调动学生的学习积极性, 促进学生的积极思考, 激发学生的潜能, 巩固和培养学生的创新能力。

鼓励学生利用网络资源, 选取一些优秀的国外学术期刊《Nature》《Science》《Cell》等, 查找自己感兴趣的科研内容, 针对各自学科领域的1 篇英文文献来精读, 译成中文, 制作成PPT。利用课堂时间, 分组分专题讨论, 讲述PPT, 同时解答老师和同学们提出的问题。此环节, 不仅锻炼了学生独立查阅本领域科技论文的能力, 而且能够培养学生的学术思维, 讲述科学故事的能力。同时, 拓宽学生的知识面, 增进师生间的交流和学习, 达到了较好的教学效果。

四、优化实验教学内容, 开展课程实习周

基因工程是利用DNA重组技术, 将感兴趣的外源目的基因通过适宜的载体系统, 实现遗传物质的改造和重新组合, 然后将其插入、整合到受体生物基因组中, 使重组子在受体细胞内表达, 最终使得受体生物获得新的性状, 或培育出新的生物品种的一系列实验技术的总称。那么, 要想学好这门课, 实验教学是非常重要的教学环节。实验教学过程中, 充分考虑到实验的实操性, 把学生分成组, 让每个成员都有独立动手操作的机会, 将基因工程中的基本技术, 像PCR技术、电泳技术、限制性酶切、大肠杆菌转化、质粒DNA提取、农杆菌转化等, 分别设置实验课程, 让学生自己动手实践理论知识, 便于学生更好的掌握相关技术。

除系统的实验课程外, 开展课程实习周也是一种比较好的教学设置。比如我校生科院的基因工程课程实习周, 主要是完成“根癌农杆菌介导的外源基因转化烟草”技术流程, 通过一周的实习, 使学生初步了解和掌握了转基因技术的基本流程, 可以触类旁通, 更好地理解其他转基因技术的基本原理和操作方法。在实习周期间, 安排学生参观生物反应器与药物开发教育部工程研究中心和吉林省农科院, 有专门的老师为学生答疑解问, 可以与科研一线的研究人员讨论社会热点问题, 使学生开阔了眼界, 使课堂上的一些“死知识”展示在学生眼前, 极大地补充了课堂教学的不足。

结语

略论基因工程时代的人类社会 篇10

一、基因工程技术推动并促进人类社会的发展

1、基因工程技术对农业生产发展的影响

世界各国农业科研工作者都在日以继夜地进行粮食增产稳产的研究, 然而皆收效甚微。直至基因工程技术的出现, 才给世界粮食市场带来了一场声势浩大的优产高产革命。

粮食生产领域的基因工程运用主要依靠转基因技术而实现。转基因技术就是按照人们预先设计的生物蓝图, 把所需要的基因从一种生物的细胞中提取出来, 在体外进行“外科手术”, 然后把所需要的基因导入另一种生物的细胞中, 从而有目的地改造生物的遗传特性, 创造出符合人类需要的新品种。基于这一技术, 科学家们培育出了抗旱、抗涝、抗盐碱、抗枯萎病和抗除草剂的转基因作物, 还培育出抗虫作物, 科学家将杀虫基因转入植物体内后, 植物体内就能合成霉素蛋白, 产生这种霉素蛋白基因的粮食作物有马铃薯、水稻等等。

不仅是粮食, 其他农作物, 包括棉花、西红柿、烟草、油菜等等, 都因转基因带来更高产量、更省力和降低农药成本的期望, 而受到人们的青睐。除此之外, 转基因动物也对现代化农业作出了不可小视的贡献。“多利”的诞生, 不得不说是对人类社会的一大鼓励, 这意味着人类可以利用动物的一个组织细胞, 像翻录磁带或复印文件一样, 大量生产出相同的生命体。这就为人类复制优良品种以符合市场需要创造了条件。于是, 大量体大瘦肉型、产奶产卵多的家畜、家禽通过转基因技术被“生产”出来, 提供给人们更多更高质量的肉、蛋、奶食品。

2、基因工程技术对医学界的贡献

基因工程技术对医学界的首要贡献在于基因诊断。它是指将某种完好的基因植入病人体内, 以此来使得病人缺损基因表达出来的一种方法。基因诊断为医疗人员发现一些隐秘的、不易表达于体外的疾病提供了技术支持, 并提升了在源头出即遏制住病情的可能性。

其次, 基因工程技术推动了药物研究的发展, 从而给制药业带来无限的经济价值和市场潜力。我国基因工程药物产业发展壮大的过程, 就是我们对基因的了解更加加深, 并能更进一步运用于人体疾病治疗的过程, 同时也是我们开拓医药市场、创造巨大经济效益、促进国家发展的过程。

有关研究表明, 由于基因工程研究技术的进步, 甲肝、乙肝疫苗已相继投入临床使用。此外, 一些遗传病、恶性脑瘤、严重贫血症也出现曙光。国外一些科学家已经通过基因生物技术推进艾滋病治疗的实现, 不得不说是对人类生存发展的一大贡献。

3、其他

根据联系的观点, 社会上每一种行业的发展成长总会引发一连串的连锁反应, 基因工程技术也不例外。由于基因工程技术的理论发展以及在现实中日益广泛的运用, 更多的课题随之而来。如磁医学基因工程纳米技术, 就牵动了物理学及微电子领域的神经;基因工程带来的专利等问题也使得法学界增加了一个新的论题;更多基因工程领域科研人员的需求增加了社会的就业岗位, 也为政府制定公共政策提供了依据;更甚者, 某些基因工程的专业问题需要传统医学原理帮助探讨, 如磁医学与传统中医学的针灸疗法, 这就为传统中医行业创造出了新的活力;更重要的是, 它激发了医药行业巨大的经济潜能, 开拓了广泛的市场, 为社会创造了巨大的经济效益。

人们也因为基因工程技术的蓬勃发展, 而重新审视自己的人生, 对生活充满信心, 享受着丰富的物质成果, 增强了对抗病魔的决心, 从而处于更加愉快和谐的生活状态之中。

二、基因工程技术引发的一些问题

1、有关伦理、道德的争议

人, 正因为是社会中的人, 有一个个道德伦理链条所维系, 才使得他从根本上与动物区分开来。而基因工程技术, 尤其是克隆技术, 却对这一稳定的社会关系提出挑战。正因为人不能逃避社会关系, 因此基因工程技术引发的争议必然要让位于伦理道德观念, 这就使的基因工程技术的进一步发展面临诸多困难。

人生的魅力, 奋斗的魅力, 部分存在于它的未知性之中。可以想象, 如果人的基因密码被完全破译, 那么人的生老病死即在预料之中, 这必然会引起宿命论的兴起, 使人活之无味, 整个社会也丧失了进步的动力和活力。

这种种论断或许倾向于悲观论的论调。然而, 基因工程的的确确在人类的思想中掀起了轩然大波。在这种现实下, 我们不得不仔细审视这一技术, 以便使它真真正正地造福人类。

2、基因工程技术可能引发的环境问题

首先, 基因工程技术的发展, 使得许多绝症的治愈成为可能, 这就意味着人类的平均寿命将会延长, 在地球人口超负荷的今天, 新一轮的人口爆炸不能说是一个好消息。人口的过度膨胀, 尤其是老年人口的激增, 会导致资源的紧缺、社会的尾大不掉和政府对于医疗、社会福利的无力承担, 做成诸多社会问题。

其次, 各种抗虫害、抗除草剂、抗病的基因被植入农作物及植物体内, 在提升植物存活率的同时, 也侵占了大量的土地。随着形势的进一步发展, 很可能发生, 植物之间互相抢地, 植物与人争地的现象, 大自然通过疾病、灾害等方式物竞天择的规则一旦被打破, 整个生物链维系起来的稳定系统也将土崩瓦解, 自然界将面临空前的生存危机。

最后, 生物武器在二战时期就被邪恶轴心国所发掘研究, 然而并未发展壮大。随着基因工程技术的勃兴, 这一研究又一次浮上水面。这意味着人类可以通过一些科技的手段人为地传播疾病, 从而达到危害社会的目的。生物武器的邪恶之处在于, 病毒一旦在人群之中大范围传播, 很有可能陷于失控的境地, 并且造成惨烈重大的伤亡, 同时也会引发瘟疫、霍乱的疾病, 也给环境造成巨大污染。

三、正确认识基因工程技术与人类社会的关系

根据矛盾的观点, 任何事物都具有两面性。因此, 我们对待一样事物不能一刀切, 而应辩证地看待。由上述分析可以看出, 基因工程技术在农业、医药、社会等各个领域都作出了巨大的贡献, 丰富了人的物质生活和精神世界;然而与此同时, 也带来了如同伦理道德、资源破坏、病毒肆虐等各种问题。

这是一个客观存在的现实, 我们应当正视它, 并且理性合理地将其导入正途。基因工程技术相对于传统的产业而言, 还是一个新生儿, 我们应当看到它的优点, 扶植它健康向上地成长;而对其在成长过程中造成的一些负面影响, 在科学角度, 我们应当提前做好规划, 保证其发展不伤害其他资源, 在社会学角度, 我们应当制定规则, 从法律和道德双面来规范人们的行为和思想, 使得基因工程技术为善人所用, 得用于善途。

摘要：基因工程技术已渗入人类生活的方方面面, 在不遗余力地推动其不断进步、造福人类的同时, 也带来了一系列问题。我们应该合理利用、理性对待, 使得基因工程的效益达到最大化。

关键词：基因工程,人类社会,理性,矛盾的观点,效益最大化

参考文献

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[3]司徒琳莉, 司徒林宏, 陈建国.基因工程与人类社会[J].牡丹江师范学院学报:自然科学版, 1996 (02) .

基因工程教学的思考与实践 篇11

关键词：教学 实践 效果

中图分类号：G643文献标识码：A文章编号：1673-9795（2012）10（b）-0098-01

基因工程是20世纪70年代初发展起来的一门新技术。在问世的短短三十多年，已显示出了巨大的活力，使传统的生产方式和产业结构发生了变化，迅速向经济和社会的许多领域渗透和扩散，推动了社会生产力的迅速发展。由于基因工程在社会生产的重要作用和对人类生活的巨大影响，使人们认识到基因工程在今后生活发展中的重要作用，许多高校纷纷开设了基因工程课程，相关课程的教师也对基因工程课程的教学方法进行了一些有益的探索[1～2]。目前，基因工程已成为生物学相关专业的一门专业基础课。我校也认识到基因工程课开设的重要意义，在2001年开始开设基因工程课程，经过十多年的不断改进和发展，课程内容逐渐完善，教学质量不断提高。下面根据这些年对基因工程課的教学经历，浅谈一下教学中的几点体会和思考。

1 理论教学

1.1 根据学生情况，选择合适的教材

基因工程最早是为应用生物专业开设的一门专业课，但改专业未开设分子生物学课。考虑到分子生物学知识的掌握对于学习基因工程课程的重要性，在选用教材时选用了静国忠编写的《基因工程及其分子生物学基础》一书。该书第一章对分子生物学的基本知识进行了系统和简单的介绍。通过本章内容的学习，使学生对分子生物学的基本理论有了一定的了解，为理解和掌握后续章节的基因工程知识奠定了良好的基础。

2004年开始生物工程专业开设基因工程课程，由于该专业学生已开设了分子生物学课程，因此，在教材选用上及时进行了调整，选用陈宏主编的《基因工程原理和应用》作为该专业的教材。该书设计合理，首先从最简单的基础理论讲起，逐渐深入，最后还介绍了较为先进的生物信息学。通过对该教材的学习，学生不但掌握了基因工程的基本理论，还对一些常用技术及先进的生物信息学知识有了基本的了解。

1.2 合理组织教学内容，避免重复教学

基因工程是以生物化学、分子生物学等学科为基础发展起来的一门新兴技术学科，因而其内容会与这些课程发生交叉，造成学生重复学习，学生听课的积极性就会下降。为了避免这一情况的发生，在课前及时与相关学科的教师进行沟通，了解交叉内容在其课程的讲解深度。在讲课时，遇到交叉内容时，或者提前让学生自己在课下复习，或者采用复习的方式，提问学生一些基本的问题。如在讲到凝胶电泳技术时，因该技术在分子生物学课程中已有讲授，学生对其掌握较好，故采用提问式教学，找出该技术的几个关键问题让学生回答。这样既不会占用过多的教学时间，又可让学生在复习中巩固所学知识。

1.3 引进先进的教学手段，提高学生学习兴趣

基因工程是在分子水平进行的一些操作，其中涉及的一些内容比较抽象难懂，如果只是教师单纯的讲解，学生很难理解。为此，我们把多媒体技术进入基因工程教学中，通过动画将抽象的理论转化成生动形象的画面，从而激发学生的学习兴趣。

1.4 教师知识不断更新，紧跟时代发展

基因工程是一门处在不断发展中的学科，新概念、新技术不断涌现。这就要求授课的教师知识不断更新，这样才能把最新的知识介绍给学生。为此，要求该课程有关教师平时通过杂志、网络查看基因工程相关论文和信息，不断学习新知识，同时通过参加学术会议和其他兄弟院校的同行进行交流，从而不断更新知识，并从中选取合适的内容引入到教学实践中。

2 实验教学

基因工程实验教学是基因工程教学中十分重要的环节，通过实际操作，学生才能和课堂上学习的理论知识联系起来，加深对理论知识是理解。同时，学生只有具备扎实的实验技能，才能为将来的工作或进行科学研究奠定基础。因此，实验教学环节对培养学生的能力，提高其竞争力起着重要的作用。

2.1 给学生详细介绍实验室各种仪器的操作方法

基因工程实验室的许多仪器较为先进，学生在做其他实验的时候接触较少，使用的时候会感到无从下手。在实验开始前，任课教师应首先详细介绍实验所用仪器的使用方法和使用时的注意事项，使学生在做实验前做到心中有数，这样既可以使实验顺利进行，也可避免学生损坏仪器的情况发生。

2.2 注重学生实验技能的培养

基因工程实验很多操作都是微量操作，许多试剂用的是微升，因此，微量移液器的使用对整个实验成败起着举足轻重的作用。因为学生在其它课程的实验中一般是以毫升为单位来量取试剂的，因此，在基因工程实验中量取微升时总感觉取得太少了，总想多取一点或者取完了往离心管里加时总觉得没打进去，再重新取一次。这样不良的习惯就会导致学生在实验中多加试剂，使得实验结果不准确，最终导致实验的失败。为了避免这一情况的发生，需要教师在操作前首先要强调微量进样器的使用方法，然后身体力行地给学生示范一下具体的操作，除了微量操作外，对于无菌操作、高速离心机的使用等，教师也要先示范，然后监督学生的操作过程，发现错误及时纠正，使得学生的操作技能不断提高。

2.3 培养学生的安全意识

基因工程实验中常常会用到一些有毒的试剂，为了避免这些有毒试剂对实验室的污染，使用这些有毒试剂的相关操作一般都在实验室的固定区域进行。但学生安全意识一般较差，虽然在操作前已经强调了这些试剂的毒性和对人体的危害，但是操作时还是学生会不时地忘记。如：在做琼脂糖凝胶电泳实验时，学生也知道EB的危害，但是操作一会儿就忘了，带着手套去摸其它试验台的东西或者把配胶有关的东西放到其它试验台，这样就会给实验室造成污染。为了避免这一情况的发生，教师在学生配胶的过程中要严格监督，发现问题及时制止，从而纠正学生实验操作时胡拿乱发的不良习惯，提高他们的安全意识。

除了有毒试剂外，基因工程实验中还会工程菌，通过转化实验，这些工程菌就会变成转基因微生物，一旦进入自然环境中就有肯对环境造成污染。因此，在实验结束后，要让学生养成灭菌后再丢弃的良好习惯。

总之，基因工程作为一项新技术已给人类带来了巨大的经济和社会效益。作为一名教授基因工程课程的教师，如何通过该门课使学生牢固掌握基因工程的基本理论知识和具有熟练的实验操做技能是需要认真思考的一个问题。只有通过合适的教学方法和教学手段的合理运用，才能激发学生的学习兴趣，真正掌握基因工程这门课。

参考文献

[1]安新民，张志毅，荆艳萍.“基因工程”教学方法和教学手段的初探[J].中国林业教育，2006，24（3）：52-54.

独立学院基因工程教学改革研究 篇12

关键词：基因工程,教学改革,独立学院

基因工程是通过人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质提取出来, 在离体条件下用适当的工具酶进行切割后, 与载体DNA分子连接重组, 再导入受体细胞内, 使其在受体细胞内复制、转录和翻译表达, 创造出人们所需要的新品种的一种技术体系[1]。由于基因工程可以突破物种间的遗传障碍, 大跨度的超越物种间的不亲和性, 具有无限光明的应用前景。因此, 吸引人们进行了广泛的研究与探索, 其结果迅速地应用于农业、医药、轻工、化工、环境等各个领域[2,3,4,5]。目前, 随着基因工程的发展, 急需大批的专业人才。因此, 许多高校为满足社会需求, 新增了生物技术和生物工程专业, 开设了基因工程课程, 希望能为国家培养和输送人才。基因工程面向独立学院生物技术和生物工程专业本科生已开设多年。在教学过程中, 课程组教师针对该课程及独立学院学生的特点, 对这门课程的教学进行了探索, 获得了许多经验。

1 基因工程教学改革的必要性

基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术, 其内容涉及分子遗传学、生物化学、细胞生物学、微生物学及分子生物学等学科相关理论基础及其实验技术手段。课程内容繁多、概念抽象、理论性和技术性强。同时基因工程发展非常迅速, 相关知识可以说是日新月异。然而高等学校教学时间有限, 独立学院学生基础知识相对薄弱学生虽思维敏捷, 但强调个人喜好, 并且学习的自主能力也较弱。因此, 在有限的课时内, 让他们理解和掌握基因工程相关的内容确实有难度。而正处于农业高等院校的生物技术和生物工程专业的大学生们, 即将投身于生命科学社会实践, 展现他们的才能, 如果他们对基因工程的基本理论和技术知之甚少, 这种状况与培养现今的人才培养目标极不相称, 这些大学生在21世纪的生命科学时代中也难以胜任社会重负于他们的工作, 更难以挑起生物高科技研究和开发的重担。虽然在基因工程教学过程中, 教师采取了许多办法, 如采用多媒体教学, 使用Flash动画等将教学内容直观化, 或通过讨论、课程论文等激发学生对基因工程的学习自主性, 但效果还是不理想。经过多年的独立学院基因工程教学, 笔者发现目前的基因工程教学内容体系和教学方法没有充分体现独立学院学生的特点, 即没有补偿他们存在的某些缺陷, 也没有充分发挥独立学院学生的优势。为了使这些发展潜力大的学生的综合素质进一步提高, 能够跟上学科的发展进程, 对现行基因工程课程教学内容和方法进行改革势在必行。

2 构筑合理的教学内容体系

2.1 精简内容, 突出重点

基因工程与分子遗传学、生物化学、分子生物学、微生物学及细胞工程等课程有着紧密的联系, 所以学生在修完了这些课程后才开设基因工程课程。由于学生已具备这些课程相关的理论和实践基础, 所以基因工程教学内容可精简, 避免与这些课程重复, 留出充裕的时间详细讲解新的知识点, 如细菌转化实验在微生物中讲授过;基因表达与调控在分子遗传学中涉及到;转基因植物的培养再生与细胞工程内容相关。这些重复的内容可以在课前提醒学生复习, 教学时通过提问的形式回顾, 或以课外作业的形式进行。对于独立学院中那些基础较薄弱的学生, 可通过基因工程网络课程进行知识的答疑。

2.2 组织合理的教学内容体系

基因工程课程教学内容包括基因操作的基本原理、基本研究方法及应用, 内容广泛抽象。为使学生在短时间理解相关知识, 教学内容应具备较强的系统性和条理性, 同时又能反映学科的科学性和先进性。因此, 构建以基因工程操作技术为主线, 以基因工程原理基础知识及基因工程应用基础知识为基础的理论教学体系十分重要。

基因工程原理基础知识包括基因工程基本概念、基因的各种分析手段 (包括PCR技术、分子杂交技术等) 、分子克隆工具酶、克隆载体、目的基因与分子克隆载体的重组、重组体的转化与筛选鉴定、外源基因的表达等内容。这些是基因工程的核心内容, 因此每部分内容的有关原理、实验技术及应用等需详细加以阐述。另外, 针对一些抽象内容, 教师应该使用多种教学方法, 使其直观生动, 让学生易于理解、接受和掌握。同时, 要发挥独立学院学生综合素质高的特点, 可要求学生个人或以班为单位制作Flash动画和视频等, 充分调动学生主动学习的积极性, 挖掘潜能, 激发学生的学习兴趣, 使学生在学习过程中感悟到对事业成功的向往, 达到教学目的。

基因工程技术几乎渗透至生命科学的各个方面, 大大的推动了生命科学理论研究的发展, 且扩展到人类生产实践的各个行业, 例如植物、动物、微生物、医药、环境保护、能源等。这部分内容主要以学生为主体, 通过讨论、专题报告、实际案例和生产实习的形式进行。通过这些内容的学习让学生感受科学发展与生产实践息息相关, 增强学生的科技意识及求知欲望。

2.3 引进新知识、新动态

基因工程自诞生以来, 发展迅猛, 新成果层出不穷。在教学过程中引进生命科学的最新科研成果及国内外研究动态, 使学生在有限的课时中尽量接受基因工程相关的新观念、新技术和新成果。同时促使他们以发展的观点看待科学研究问题, 唤起他们探索未知领域的欲望, 增强专业自信心。

2.4 理论教学和实验教学相配套

基因工程是一门理论与实践相结合的课程, 其教学内容除了理论知识外, 还配套有基因工程实验技术和教学实习。基因工程实验技术主要是对学生实验基本技能的操练, 以班为单位进行教学。在教学过程中, 要求学生在每次实验前预习好实验指导中的相关内容、掌握实验目的和实验设计原理、了解实验操作的基本过程及注意事项。学生在实验过程中, 严格执行操作程序, 仔细观察实验中出现的现象, 如实记录实验结果和数据, 培养学生的动手能力和敢于发现问题、解决问题的能力。实验课后, 要求学生根据实验过程, 写出实验总结报告, 提高他们的归纳总结能力。基因工程教学实习是以重组体的构建、转化、筛选及检测为主线的系统性的实验体系。其内容包括质粒DNA的提取、目的基因及载体进行限制性内切酶的切割、目的片段与载体的体外连接、感受态细胞的制备、重组质粒的转化、重组子的筛选以及鉴定。整个实验内容紧密衔接, 较为完备地将基因工程学的上游技术综合为一体。实施教学时, 学生在教师指导下, 了解实验的整体设计思路和流程, 查阅相关文献, 书写实验方案, 再进行实验实施。通过这样的过程培养学生应用知识的能力, 加强学生对生物学文献资料的查询与消化能力, 拓宽学生的知识面, 并且实验的每个环节都可能直接影响最终结果, 所以学生必须关注每个环节, 才能顺利完成在此过程中有助于学生树立完整的科学研究概念, 具备严谨的科学研究态度。

3 改进教学方法

3.1 传统板书教学与多媒体教学相结合

在基因工程教学中, 传统的板书教学必不可少。这是由于学生虽具备一定的生物学基础, 但知识比较凌乱, 更无法很好的应用于基因工程学习中。板书教学能够很好的将这些知识系统而又精炼的展示出来, 并且有助于老师控制讲课的进度, 学生也可以详细的记好笔记, 增强对知识的记忆。但是传统的板书教学呆板, 所提供的信息量非常有限。对于基因工程这门课程, 完全采取板书教学无法直观生动的将所有内容演示。另外, 板书教学中老师是主体, 学生认为学习的好坏只与老师有关而与自身毫无关联, 学习的积极性不高, 无法达到教学目的。多媒体教学能综合应用影视、图形、图像、声音、动画和文字等信息, 可以使抽象的概念直观化、复杂的问题简明化、整体的过程动态化。它可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生, 便于学生理解记忆。但是课件是一页页地进行显示, 单独使用课件会降低课堂授课内容的连续性及关联性, 使学生不易掌握每一次授课的线索及整体内容。因此, 在讲课过程中很有必要将传统板书教学与多媒体教学结合、教师传授知识与学生自主学习结合, 采取多种教学方法使课程教学更为生动、丰富, 促使学生自主学习和对基础知识的消化、理解和升华。

3.2“研讨式”教学

独立学院学生感应新事物的能力较高, 他们查阅相关资料后, 能够就某些问题提出见解。因此, 笔者设计一些讨论题, 供学生思考与讨论, 充分调动学生的能动性、自主性和创造性, 让学生真正成为课堂的主体。例如关于基因工程安全性的问题, 是以讨论课的形式进行教学。学生不但对现存的一些安全问题进行了全面的阐述, 而且还提出了自己的一些见解。针对一些不一致的观点, 可以进行辩论, 不仅使课堂气氛非常活跃, 而且锻炼了学生的表达能力, 使他们树立了看待科学问题的批判意识。

课程组的老师都从事了与基因工程相关的研究工作, 经常将科学研究结果融入教学, 增强学生对知识的感性认识。鼓励学生申请一些研究性课题和进入实验室参与研究工作。通过对科学研究的探索, 培养学生将理论知识应用于实践的能力, 有助于他们树立艰苦奋斗的精神。

3.3“总结归纳”式教学

每一章内容结束后, 要求学生对教学内容进行总结和归纳, 系统地梳理知识体系。另外, 组织学生听取一些专题报告会, 以提高学生对学科前沿知识的了解。

基因工程是现代生物技术的核心, 教学效果的好坏直接影响高校生物技术专业学生的素质, 进而影响高校人才培养目标的实现。尝试通过对基因工程教学内容和教学方法的改革, 提高教学质量, 促进学生综合素质的提高, 使他们适应21世纪生命科学时代的工作需求。

参考文献

[1]吴乃虎.基因工程[M].北京:科学出版社, 2000.

[2]孙毅.现代生物技术与生态环境保护[J].科技情报开发与经济, 2008, 18 (21) :113-114.

[3]刘婵婵, 时全义, 刘均洪.植物基因工程对生物燃料生物质特征的改进[J].化学工业与工程技术, 2008, 29 (3) :4-7.

[4]许崇波.《基因工程》课程教学改革初探[J].大连大学学报, 2005, 26 (6) :41-43.