浅议基因工程

自然科学通识课研究项目结题报告题目浅议基因工程姓名陈小艾指导老师韩露系、专业、班会计系普通会计10班学号1410530172015年6月10日编号：126成绩：浅议基因工程摘要：科学家预言，21世纪是一个基因工程世纪。但是依然有许多人不清楚基因工程。本文将从基因工程的原理、基本程序、操作步骤、发展大事记、基因工程的应用以及对人类的影响进行阐述。关键词：基因工程基因工程的应用一、引言科学家预言，21世纪是一个基因工程世纪。简单地说，基因工程就是人们对生物基因进行改造，利用生物生产人们想要的特殊产品。本文将从基因工程的原理、操作步骤、应用等方面阐述打破常规育种难以突破的物种之问的界限，使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间，甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移的基因工程。二、基因工程原理基因工程（geneticengineering）以分子遗传学为理论基础、以核酸凝胶电泳技术、核酸分子杂交技术、细菌转化转染技术、DNA序列分析技术、寡核苷酸合成技术、基因定点突变技术、聚合酶链反应技术为支撑，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段进行的研究，又称为DNA重组或分子克隆。通过体外重组，基因工程将不同来源的基因导入受体细胞，在体细胞内实现基因的复制、转录、翻译。这种技术是按照人们意愿将某一生物的遗传物质———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，然后与载体DNA分子连接起来，一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中。对于受体细胞而言，与载体相连的DNA分子就属于外源物质也称为重组体。重组体导入到受体细胞之后就可以进行正常的复制和表达，从而获得新物种。一般来说，载体的选择对能否成功进入受体细胞并且复制和表达起着很重要的作用，载体进入受体细胞应该以不影响受体细胞正常生长为基本原则。三、基因工程的基本程序①获取所需的目的基因；②把目的基因与选好的载体连接在一起,即重组；③把重组载体转入宿主细胞；④对重组分子进行选择；⑤表达成蛋白,采用合适条件,获得高表达的产品。四、基因工程操作步骤1、提取目的基因植物的抗病基因，种子的贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因干扰素基因等，都是目的基因。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。2、目的基因与运载体结合将目的基因与运载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重新组合的过程。如果以质粒作为运载体，首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现一个缺口，露出黏性末端。然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端（部分限制性内切酶可切割出平末端，拥有相同效果）。将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处，首先碱基互补配对结合，两个黏性末端吻合在一起，碱基之间形成氢键，再加入适量DNA连接酶，催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核糖核酸连接起来，形成一个重组DNA分子。3、将目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。在全部的受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。五、基因工程发展大事记1866年，奥地利遗传学家孟德尔神父根据豌豆杂交实验发现生物的遗传基因规律，提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。1868年，瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分。酸性部分就是后来的所谓的DNA；1882年，德国胚胎学家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内的包含有大量的分裂的线状物体，也就是后来的染色体；1944年，3位美国科学家分离出细菌的DNA（脱氧核糖核酸），并发现DNA是携带生命遗传物质的分子。1953年，美国生化学家沃森和英国物理学家克里克宣布他们发现了DNA的双螺旋结构，奠下了基因工程的基础；1969年，科学家成功分离出第一个基因。1980年，科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠。1983年，科学家首次培育出世界第一个转基因植物。1996年，第一只克隆羊诞生；1998年12月，一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成，这是科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。1999年12月1日，国际人类基因组计划联合研究小组宣布，完整破译出人体第22对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定。2000年4月6日，美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整遗传密码，但遭到不少科学家的质疑。2000年4月底，中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架图。2000年5月8日，德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第21对染色体的测序工作。2000年12月14日，美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。2001年2月12日中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。科学家首次公布人类基因组草图“基因信息”。六、基因工程的应用1、生产高质量、低成本的基因工程药品：如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等；2、基因诊断：①含义：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。②举例：用DNA探针检测出肝炎患者的病毒，为诊断提供了一种快速简便方法。③成果：已能够检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等多种病毒；在诊断遗传病方面发展尤为迅速；在肿瘤诊断中的应用取得重要成果；3、基因治疗：①含义：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。②举例：半乳糖血症（病因、研究成果）③发展前景：许多遗传病及疑难病症将被人类征服；4、环境监测：用DNA探针可检测饮水中病毒的含量①方法：使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。②特点：快速、灵敏；5、被污染环境的净化：分解石油的“超级细菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌；能够净化镉污染的植物；构建新的杀虫剂；回收、利用工业废物等。七、思考——基因工程技术对人类的影响第一，人们运用基因工程技术，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。利用基因工程的DNA拼接技术，我们可以培育出具有逆抗性的植物，例如“抗虫棉”，我们可以培育出高产量的作物，例如“转基因大豆”，我们可以利用动物来生产药物活人人体器官，例如“生物反应器”。最著名的是可以利用基因工程通过一个活体细胞母体，可以“复制”出一个完全相同的子个体，例如克隆羊“多莉”，这为人类以后替换体内病变器官提供了有力论据。第二，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。基因探针可以分为人工合成的DNA探针和天然的克隆探针两种，天然的克隆探针最为常见。我们可以利用DNA探针对癌症、遗传病等病症进行诊断、分类，可以有效的预防、治疗一些疾病，对于社会具有重大的现实意义和经济意义。目前最新的DNA探针还可以用于胎儿性别鉴定以及利用DNA对犯罪分子进行身份鉴定。第三，基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。目前，这种技术已经广泛应用于环保领域，为我们的生活带来了巨大便利。第四，基因作为机体内的遗传单位，不仅可以决定我们的相貌、高矮，而且它的异常会不可避免地导致各种疾病的出现。某些有缺陷的基因可能会遗传给后代，同时，有些完美基因则不能遗传给后代。基因治疗的提出最初是针对单基因缺陷的遗传疾病，目的在于用一个正常的基因来代替缺陷基因或者来补救缺陷基因的致病因素。第五，基因工程药品的生产：⑴基因工程胰岛素；⑵基因工程干扰素；⑶其它基因工程药物，例如人造血液、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。“基因工程”是一柄双刃剑，它的出现在带给人类众多好处的同时，也给人们的生活造成了巨大的影响。第一，大量的转基因生物会破坏生物多样性。我们通过基因工程来制造我们所需要的生物，来改变我们所不需要的生物，随着基因工程的普及，会在很大程度上干扰“自然选择”，破会自然界的平衡。虽然目前还得不到有力证据，但是可以预见在基因工程高度发达的未来，生物物种将会越来越单一，越来越具有“亲戚关系”，所产生的危害将是巨大的。第二，转基因植物有可能会危害人类的健康。一些科学家开始担心对生物进行的“任意修改”，穿凿出的新型遗传基因和生物可能会危害到人类自身。英国的权威科学杂志《自然》刊登了美国康奈尔大学副教授约翰·罗西的一篇论文，引起世界震惊。该论文指出，转基因玉米的花粉中含有毒素。另外，英国伦理和毒性研究中心的实验报告说，与一般大豆相比，耐除草剂的转基因大豆中,防癌的成分异黄酮减少了。与普通大豆相比，两种转基因大豆中的异黄酮成分减少了12%～14%,还有巴西坚果事件等。虽然科研界对转基因农作物和以此为原料制造的转基因食品对人体是否有影响尚未有定论，但是这也肯定会影响到人们的消费心理。第三，基因工程改造出的新型基因可能会对生态环境造成新的污染，即形成“基因污染”，而这种新的污染源是很难被消除的。基因污染是指经过基因改造后的生物由于具有“杂交”优势，当它们回到自然环境中往往会获得更多的生殖机会，同时还有可能对与其相关和相互依存的生物产生影响，破坏原有的生态平衡，进而使被改造过的基因较快地扩散到它的后代中去，使原有种群面临灭种的危险。据报道，转基因鲑鱼生长速度快、体型较大并有抗寒的特点，逃逸大洋中之后，已对北美地区大西洋和太平洋中野生鲑鱼的生态构成威胁；转基因鲑鱼与野生鲑鱼的后代不再具有野生鲑鱼游动敏捷和定期回游的特点。第四，基因工程可能会严重挑战人类道德底线。看到那些身体上长出人耳的小白鼠，你会不会心酸？听到克隆羊“多莉”非正常死亡，你会不会难过？当意大利“克隆狂”安蒂诺里宣布克隆胎儿将于2003年问世，你会不会感到自己的生存环境收到了威胁？克隆技术解决了人类世界的一些生存问题也带来了诸多隐患。克隆人可能会混乱人伦关系，损害家庭结构，可能会使人丧失人的尊严和权力，更有甚者，假如有丧心病狂者制造出“人兽胚胎”，那么违背的不仅仅是职业道德，更严重违背了人类的道德底线，给社会带来的危害更是不可估量的。基因工程既能造福人类，也会使人类走上不归路。我们应该合理利用基因工程，利用它的优点改善人类生活，拒绝不合理的利用方式，使基因工程真正造福于人类。三、参考文献：[1]《基因工程的研究进展》刘欣鹤[2]百度百科——基因工程基本程序[3]百度百科——基因工程操作步骤[4]百度百科——基因工程发展大事记[5]百度百科——基因工程的应用[6]百度百科——基因工程对人类社会的影响[7]本文所有图片来自百度图片