Question

什么是基因工程基因工程的操作步骤

Answer 1

　　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。基因工程也是我们要学习的一门知识。今天我就与大家分享基因工程相关知识，仅供大家参考!

　　基因工程的介绍
　　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，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，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
　　基因工程的特征
　　1)跨物种性

　　外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。

　　2)无性扩增

　　外源DNA在宿主细胞内可大量扩增和高水平表达。
　　基因工程的优点
　　基因工程最突出的优点是打破了常规育种难以突破的物种之问的界限，可以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。人的基因可以转移到大肠杆菌中表达，细菌的基因可以转移到植物中表达。
　　基因工程的操作步骤
　　工具

　　(1)酶：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、

　　(2)载体：质粒载体、噬菌体载体、Ti质粒、人工染色体

　　1.提取目的基因

　　获取目的基因是实施基因工程的第一步。如植物的抗病(抗病毒 抗细菌)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。

　　要从浩瀚的“基因海洋”中获得特定的目的基因，是十分不易的。科学家们经过不懈地探索，想出了许多办法，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，如使用PCR技术)，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。

　　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。

　　2.目的基因与运载体结合

　　基因表达载体的构建(即目的基因与运载体结合)是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。

　　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。如人的胰岛素基因就是通过这种方法与大肠杆菌中的质粒DNA分子结合，形成重组DNA分子(也叫重组质粒)的。

　　3.将目的基因导入受体细胞

　　将目的基因导入受体细胞是实施基因工程的第三步。目的基因的片段与运载体在生物体外连接形成重组DNA分子后，下一步是将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增。

　　基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌，枯草杆菌，土壤农杆菌，酵母菌和动植物细胞等。

　　用人工方法使体外重组的DNA分子转移到受体细胞，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。例如，如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般是将细菌用氯化钙处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。目的基因导入受体细胞后，就可以随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌的繁殖速度非常快，在很短的时间内就能够获得大量的目的基因。

　　4.目的基因的检测和表达

　　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。这是基因工程的第四步工作。

　　以上步骤完成后，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。检测的方法有很多种，例如，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。
　　基因工程的危害
　　关于转基因生物的安全性，没有科学性共识。尽管如此，基因工程农作物已被大规模投放，生物医学应用也日益增加。转基因生物还被投入工业使用和环境恢复，而公众对此却知之甚少。最近几年，越来越多的证据证明存在生态、健康危害和风险，对农民也有不利影响.

　　基因工程细菌影响土壤生物，导致植物死亡

　　1999出版的研究资料例举了基因工程微生物释放到环境中将如何导致广泛的生态破环。

　　当把克氏杆菌的基因工程菌株与砂土和小麦作物加入微观体中时，喂食线虫类生物的细菌和真菌数量明显增加，导致植物死亡。而加入亲本非基因工程菌株时，仅有喂食线虫类生物的细菌数量增加，而植物不会死亡。没有植物而将任何一种菌株引入土壤都不会改变线虫类群落。

　　克氏杆菌是一种能使乳糖发酵的常见土壤细菌。基因工程细菌被制造用来在发酵桶中产生使农业废物转换为乙醇的增强乙醇浓缩物。发酵残留物，包括基因工程细菌亦可于土壤改良。

　　研究证明，一些土壤生态系统中的基因工程细菌在某些条件下可长期存活，时间之长足以刺激土壤生物产生变化，影响植物生长和营养循环进程。虽然仍不清楚此类就地观测的程度，但是基因工程细菌引起植物死亡的发现也说明如果使用此种土壤改良有杀伤农作物的可能。

　　致命基因工程鼠痘病毒偶然产生

　　澳大利亚研究员在研发对相对无害的鼠痘病毒基因工程时竟意外制创造出可彻底消灭老鼠的杀手病毒。

　　研究员们将白细胞间介素4的基因(在身体中自然产生)插入到一种鼠痘病毒中以促进抗体的产生，并创造出用于控制鼠害的鼠类避妊疫苗。非常意外的是，插入的基因完全抑制了老鼠的免疫系统。鼠痘病毒通常仅导致轻微的症状，但加入IL-4基因后，该病毒9天内使所有动物致死。更糟的是，此种基因工程病毒对接种疫苗有着异乎寻常的抵抗力。

　　经改良的鼠痘病毒虽然对人类无影响，但却与天花关系十分密切，让人担心基因工程将会被用于生物战。一名研究员在谈及他们决定出版研究成果的原因时曾说：" 我们想警告普通民众，现在有了这种有潜在危险的技术"，"我们还想让科学界明白，必须小心行事，制造高危致命生物并不是太困难。"

　　杀虫剂使用的增加大部分是由于HT作物，尤其是HT大豆使用的杀虫剂增加，这一点可追溯到对HT作物的严重依赖性以及杂草管理的单一除草剂(草甘磷)使用。这已导致转移到更加难以控制的杂草，而某些杂草中还出现了遗传抗性，迫使许多农民在基因工程作物上喷洒更多的除草剂以对杂草适当进行控制。HT大豆中的抗草甘膦杉叶藻(marestail)于2000年在美国首次出现，在HT棉花中也已鉴别出此种物质。

　　 其它 研究显示，基因工程农作物本身也会对其使用的除草剂产生抗性，引发严重的自身自长作物问题(同一块地里早先 种植 的作物种子发芽的植物后来变成杂草)并迫使进一步使用除草剂。加拿大科学家证实了抗多种除草剂之基因工程油菜的迅速演化，此种作物因花粉长距离传播而融合了不同公司研制的单价抗除草剂特性。

　　此外，科学家还在2002年确认了转基因可从Bt向日葵移动到附近的野生向日葵，使杂化物更强、对化学药品更具抗性，因为较之无基因控制的情况，杂化物多了50%的种子，且种子健康，甚至在干旱条件下也如此。

　　北卡罗莱那州大学的研究显示，Bt油菜与相关杂草、鸟食草之间的交叉物可产生抗虫性杂合物，使杂草控制更困难。