现代生物工程研究内容汇总

2023-08-11 理论教育版权反馈

【摘要】：根据操作的对象和技术，现代生物工程一般包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。细胞工程的建立是与细胞融合现象的发现及其研究密切相关的。（五）蛋白质工程在现代生物技术中，蛋白质工程出现得最晚，是在20世纪80年代出现的。目前，蛋白质工程主要着重于在已有的蛋白质基础上，进行局部的改造，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，得到长效胰岛素，还可以增强其稳定性。

根据操作的对象和技术，现代生物工程一般包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。

（一）基因工程

基因工程是现代生物技术的核心技术。基因工程是指在基因水平上，采用与工程设计相似的方法，按照人类的需要进行设计，然后创建出具有某种新性状的生物新品系，并能使之稳定地遗传给后代。

DNA重组技术是基因工程的核心技术。重组，顾名思义，就是重新组合，即利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后将重组DNA分子导入到受体细胞，使外源基因在受体细胞中表达，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。

人类掌握基因工程技术的时间并不长，但已经获得了许多具有实际应用价值的成果。例如，我国科学家把杀虫蛋白质基因转入棉花，成功地培育出了转基因抗虫棉花，应用这项技术培育出来的转基因棉花已经在我国最主要的黄河流域棉区、长江流域棉区和新疆棉区这三大棉区得到了大面积推广，累计推广面积已经达到了1.23亿亩，而新增产值则达到了172亿元。就目前来说，这也是我们国家唯一通过基因工程成功获得转基因棉花并大面积应用的案例。

（二）细胞工程

细胞工程是根据细胞生物学和分子生物学原理，采用细胞培养技术，在细胞水平上进行遗传操作。细胞工程的主要技术包括动植物的组织和细胞培养、细胞融合、细胞核移植、染色体（组）工程和细胞育种技术等。

细胞工程的建立是与细胞融合现象的发现及其研究密切相关的。自从哈林1907年介绍了动物细胞的组织培养方法之后，人们运用该技术对动物组织培养中的细胞融合现象做了更深入的研究，特别是证明了不同来源的两种动物细胞经过混合培养可以产生新型的杂交细胞，这为培育具有双亲优良性状的新生命类型的细胞工程奠定了基础。著名的克隆羊——多莉，是细胞核移植的成果。科学家把芬兰多塞特母绵羊乳腺细胞的细胞核移植进苏格兰黑面母绵羊的去核卵细胞中，形成融合细胞。融合细胞能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞。然后，科学家将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后诞生了“多莉”（见图7-1-1）。从遗传特征上看，多利具有与芬兰多塞特母绵羊相同的特征。

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图7-1-1　克隆羊——多莉的具体克隆过程示意图

（三）酶工程

酶工程可以分为两大部分：一是如何生产酶；二是如何应用酶。酶的生产大致经历了四个发展阶段。最初从动物内脏中提取酶，如从猪的胰脏中提取α-淀粉酶；随着酶工程的进展，人们开始利用微生物来获取酶，例如，从1 m3的枯草芽孢杆菌培养液里获取的α-淀粉酶的量，相当于几千头猪的胰脏中酶的含量。在基因工程诞生后，通过基因重组来改造产酶的微生物，例如，将芽孢杆菌合成α-淀粉酶的基因转移到一种繁殖更快、生产性能更好的枯草杆菌里，进而用这种枯草杆菌来生产α-淀粉酶，使产量提高了数千倍。近些年来，酶工程又出现了一个新的热门课题，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。

（四）发酵工程

发酵工程是指利用微生物的某些特定性状，通过现代化工程技术来大量生产有用的物质。

现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、微生物菌肥和微生物除草剂等农产品，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。

（五）蛋白质工程

在现代生物技术中，蛋白质工程出现得最晚，是在20世纪80年代出现的。蛋白质工程是指人工生产自然界原来没有的、具有新的结构与功能的、对人类生活有用的蛋白质分子。

目前，蛋白质工程主要着重于在已有的蛋白质基础上，进行局部的改造，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。如胰岛素是治疗胰岛素依赖型糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时，重症病人每天要注射好几次药物，给病人增加了不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，得到长效胰岛素，还可以增强其稳定性。

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