基因工程在食品生物技术中的发展

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：基因工程的出现一方面引起了人们的极大关注和担忧，另一方面吸引了许多科学家参与到这一崭新的研究领域。所以基因工程的大发展也就是它在多学科以及商业上的应用发展。人类基因组计划的实施就是利用基因工程手段来实现的。目前国外正在积极利用基因工程和细胞融合技术改造产生苏氨酸和色氨酸的生产菌，经改造的工程菌已正式投产，其氨基酸产量大大超过一般菌的生产能力。

基因工程的出现一方面引起了人们的极大关注和担忧，另一方面吸引了许多科学家参与到这一崭新的研究领域。在基因工程诞生的最初几年，为了消除人们对这一技术的恐慌和忧虑，科学家们对重组DNA所涉及的载体和受体系统进行了有效的安全性改造，包括噬菌体DNA载体的有条件包装、质粒载体的转移性改造及受体细胞遗传重组和感染寄生缺陷突变株的筛选，同时还建立了一套严格的DNA重组实验室设计与操作规范，这些改造工作实际上加速了基因工程的发展。基因工程是在分子生物学等学科基础上发展起来的，其发展和这些学科的发展相关，反之它也促进着生命科学各学科的研究与应用。同时这门技术巨大的潜在的商业价值引来众多的投资者，使DNA重组技术迅速发展，进入商业化应用。所以基因工程的大发展也就是它在多学科以及商业上的应用发展。

基因工程要有基因才能完成工程化基因应用于研究和生产，而基因的分离和识别又需要基因工程的手段。基因是遗传信息的载体，而遗传信息决定了生物的特征与形态，可以说没有基因就没有生命。在基因工程研究发展中值得一提的是1985年提出的人类基因组计划（Human Genome Project, HGP），这一计划是应用基因工程技术揭示人类所有的遗传结构，包括所有的基因（特别是疾病相关基因）和非编码序列。1990年，被称为生命科学领域“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划开始启动，历经10余年时间，耗资约30亿美元，至2000年的6月，人类基因组工作框架图得以正式发布。这一框架图包含了人类基因组97%以上的信息，医学专家通过分析每个基因的功能及其在染色体上的位置，从分子水平深入了解各种疾病的发生机制，从根本上获得治疗的方法；同时也有助于认识正常的生物结构和功能，解释一系列生命现象的本质。中国作为参与此计划唯一的发展中国家，测定人类基因组全部序列的1%，也就是3号染色体上短臂端粒区的3000万个碱基对的DNA序列测定，为这一研究做出了重要贡献。人类基因组计划的实施就是利用基因工程手段来实现的。反过来也极大地推动了对基因和基因组结构和功能的认识，加速了基因工程的发展和应用。

随着计算机技术的发展，基因工程和计算机结合是一种必然的趋势。通常所说的基因工程是操作单个或数个完整的基因，其产品是由外源基因编码的具有天然属性的蛋白质，操作的层次未深入到基因内部。而蛋白质结构的研究及与计算机相结合使人们能直接操作或改造单个或几个单核苷酸，产生结构改变的功能不同的新型蛋白质，能满足人们的不同需求。(www.chuimin.cn)

随着时间的推移，基因工程技术在农业、林业、医药、食品、环保等领域的研究和应用取得了很大的进展，既为工、农业生产和医药卫生等开拓了新途径，又给高等生物的细胞分化、生长发育、肿瘤发生等基础研究提供了有效的实验手段。在传统工业中，基因工程技术的运用可降低损耗、提高产量，同时还能减少污染，如今生物工业成为现代产业革命的重要组成部分。在农业生产中，转基因植物在抗病毒、抗虫、抗除草剂和品种改良等方面都取得了引人注目的成果，有的已被广泛应用于生产实践，使得相关农作物的产量得以显著提高。在生命科学领域，人们可以利用基因工程技术探明致病基因的结构和功能，了解致病机制；建立基因诊断、治疗技术，并已开发出基因工程药物和疫苗广泛应用于临床，为疾病的预防、治疗提供了新方法，给患者带来了福音。

DNA重组技术在食品工业中有广泛的应用，通过DNA重组技术获得转基因植物，能使食品原料得以改良，营养价值大为提高，而且谷氨酸、调味剂、人工甜味剂、食品色素、酒类和油类等也都能通过基因工程技术生产。豆油中富含反式脂肪酸或软脂酸，摄入后会增加冠心病的发生率。美国研究人员利用基因工程技术，挑选出合适的基因和启动子，以此来改造豆油中的组分。不含软脂酸的豆油可用作色拉油，富含80%油酸的豆油可用于烹饪，而含30%硬脂酸的豆油则适于做人造黄油及使糕饼松脆的油。现在市场中有多种这类基因工程产品，基因工程改造后的豆油的品质和商品价值都大大提高。在食品酸味剂方面，柠檬酸是很重要的一类。目前柠檬酸生产菌主要是黑曲霉。国外正研究通过基因工程手段用酵母和细菌来生产柠檬酸。工程菌的使用使乳酸、苹果酸等有机酸的产量也在逐年增加。现在国外用发酵法和酶法生产的氨基酸多达数十种。产量最大的氨基酸为谷氨酸和赖氨酸。目前国外正在积极利用基因工程和细胞融合技术改造产生苏氨酸和色氨酸的生产菌，经改造的工程菌已正式投产，其氨基酸产量大大超过一般菌的生产能力。这些技术无疑给食品行业带来了全新的挑战和机遇。

基因工程在食品生物技术中的发展

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