基因工程在动物性食品中的应用

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：中国农大生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果，获得第二、三、四代转基因猪215头。目前基因工程在动物性食品中的应用有以下几方面。生长激素水平的提高对转基因猪最显著的影响是在猪达到出栏标准时猪肉中的脂肪含量降低。这种肌肉分化基因被导入猪和牛体内后，与在生长激素转基因研究中所观察到的现象类似，既有严重的副作用产生，也有无不利影响的报道。最终结果是转基因猪粪便中的排出量大大下降。

转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平，但人们仍设法用它来表达高价值蛋白质。转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。中科院水生生物研究所在世界上率先进行转基因鱼的研究，成功地将人生长激素基因和鱼生长激素基因导入鲤鱼，育成当代转基因鱼，其生长速度比对照快，并从子代测得生长激素基因的表达。中国农大生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果，获得第二、三、四代转基因猪215头。我国已生产出生长速度快、节约饵料的转基因鱼上万尾，为转基因鱼的实用化打下基础。1997年9月上海医学遗传研究所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子，既可以食用，又可以药用，使人类药物研究迈出了重大的一步。目前基因工程在动物性食品中的应用有以下几方面。

（一）改善生长速度和饲料转化效率

家畜生长速度与饲料转化效率受多种遗传因子调控，其中编码生长调节激素的基因最令人感兴趣。在生长激素释放因子（GHRH）及其拮抗物——牛生长激素释放抑制因子（SRIF）共同作用下，控制家畜体内生长因子的分泌。生长激素发挥作用需高度依赖动物体内的代谢环境，低血糖的情况下导致分解反应，在高能量存在的情况下催化合成反应，而后者主要受类胰岛素生长因子1（IGF-1）控制。Palmiter等人发现表达过量的生长激素的转基因小鼠生长速度比对照小鼠快，体型也大很多。有许多转基因猪和转基因绵羊相继被培育出来，在强启动子的调控下，它们分别表达出人、牛、猪或大鼠的生长激素逐出。表达高水平生长激素的转基因猪生长速度加快，饲料转化率也有提高。生长激素水平的提高对转基因猪最显著的影响是在猪达到出栏标准时猪肉中的脂肪含量降低。但人们也发现，生长激素在猪体内以组成高效的方式表达会引起许多病态反应。携带有促进生长基因的转基因反刍动物，如牛、绵羊和山羊也已经培育出来。

改变动物生长特性的其他途径涉及肌细胞本身的分化过程。例如，鸡c-ski原癌基因可以诱导肌原细胞的分化。这种肌肉分化基因被导入猪和牛体内后，与在生长激素转基因研究中所观察到的现象类似，既有严重的副作用产生，也有无不利影响的报道。肌肉抑制素，有时也被称为生长和分化因子，是一种骨骼肌发育负调控因子。该基因的缺失或无意义突变在牛身上可导致肌肉量增加2倍。通过基因打靶所产生的肌肉抑制素缺陷型小鼠，其肌肉量和脂肪含量比野生对照鼠增加2倍，它为肌肉抑制素缺陷型牛的培育提供分子生物学方面的证据。在另一个基因导入研究中，肌肉抑制素基因的反义过量表达也同样能够促进肌细胞的发育并导致生长特性的改善及肌肉量的增加。因此，肌肉抑制素基因可能是家畜基因打靶和新功能获得研究中一个较好的候选对象。

（二）改善牛奶成分

改进牛奶加工品质的研究包括改变酪蛋白含量和引进新的蛋白质成分。人乳蛋白基因的引进或用人的基因更换掉牛的基因也许在生产人乳替代品方面会起到重要作用。牛奶和人乳有相当大的区别，因此牛奶并不是婴儿的理想食品来源。牛奶可以通过增加乳清蛋白的含量而在营养上更加接近人乳，还比如可增加微生物拮抗蛋白——乳铁蛋白和溶菌酶的含量。近年来，已经有关于利用转基因牛在牛奶大规模生产人乳铁蛋白的报道。

乳糖是牛奶的一个主要糖原，它是由乳糖合成酶复合体合成的，该复合体由半乳糖基转移酶和α-乳白蛋白所构成。婴儿期断奶以后肠内乳糖水解酶的生理性下调，使大多数成年人因对乳糖消化不良而产生肠消化紊乱。低乳糖牛奶可通过反义RNA技术部分抑制α-乳白蛋白基因的表达或在乳腺内特异性表达肠乳糖酶而分泌。增加乳糖含量有益于幼儿。在一个增加牛奶产量及乳糖含量的研究中，牛乳球蛋白基因被导入猪体内进行表达，然而，该外源蛋白表达水平并不足以引起断奶猪仔生长速度的加快。(www.chuimin.cn)

（三）改善动物的抗病性

动物健康状况得以改进不仅对生产有利，而且对提高动物的繁殖能力也有益。家畜疾病敏感程度的降低对维持动物健康、提高经济效益都有益。通过转基因技术增强家畜抗病能力的研究已经不少。无论是体细胞基因转移技术或是生殖系统基因导入的方法，向家畜中引入新的抗病基因应使其具备生殖传代的能力。体细胞基因转移技术主要应用在DNA疫苗研究方面，专门针对动物抗病性、能够传代的生殖系统基因导入虽然也有报道，但抗病能力是否真正得到提高的最有力证据，即用病原进行攻毒试验的研究却至今未发现。

（四）改变生化代谢途径

通过转基因的方法可以将遗传物质跨物种间转移。将功能性启动子与其他非哺乳动物的基因相连，然后导入家畜体内表达以改变某个生化代谢途径。为解决养猪过程中所产生的猪粪便对环境的污染问题，人们便将大肠杆菌的植酸酶基因导入猪唾液腺内表达，所获得的转基因猪能够消化利用以植酸形式存在的磷元素，而植酸是猪饲料中磷最丰富的存在形式。最终结果是转基因猪粪便中的排出量大大下降。引入新的生化代谢途径以改善某种营养成分利用率是一项极富挑战性的任务，而营养成分利用率则是动物生产的限制性因素。有计划将真核生物的基因导入反刍动物体内以便直接合成半胱氨酸、苏氨酸和赖氨酸，或引入整个乙醛酸循环以将瘤胃中的主要代谢产物——乙酰转化为葡萄糖，但上述试验迄今均未获得成功。

（五）改善羊毛生产

通过转基因技术提高半胱氨酸供给量而达到改善羊毛生产的目的。然而，当将细菌中的半胱氨酸合成基因导入到绵羊体内时，羊毛产量并没有提高，这可能是因为转基因的表达并不足以影响到早已存在的相同的生化代谢循环。改善羊毛质量的第二个途径是改变羊毛纤维的蛋白质组成。编码羊毛丝状角蛋白中间体的基因被导入绵羊中表达，结果发现羊毛纤维的超微结构确实发生了改变，但羊毛的加工品质却没有发生有益的变化。

基因工程在动物性食品中的应用

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