词语“基因工程”的读音、偏旁部首、笔画笔顺、组词造句、释义及意思翻译-中英文字词句释义及详细解析-文网

即遗传工程。在分子遗传学的基础上发展起来的一个新兴技术。

基因工程jīyīngōngchéng

即“遗传工程”。在分子遗传学的基础上发展起来的一个新兴技术。
　◇ 目前已有人用基因工程方法把人血红蛋白基因转移到猪的身体中，培育出一种转基因猪。(人民日报.1995.1.2)
　◇ 许多科学家正在探索诸如基因工程、中医药治疗等多种途径，力图早日攻克艾滋病魔。(人民日报.2000.11.30)

基因工程jīyīnɡōnɡchénɡ

基因工程

基因工程geneti cengineering

体外重组DNA分子并在原核或真核细胞中增殖和表达的技术。基因工程也称重组DNA技术。这种技术可把特定的基因组合到载体上，并使之在受体细胞中增殖和表达。因此它不受亲缘关系的限制，从而为观赏植物育种和分子遗传学研究开辟了新途径。
简史生物基因工程是建立在核酸内切限制酶和基因载体两方面的基础理论研究上的。1952年美国的卢里亚(S. E. Luria)在大肠杆菌中发现的限制现象，是由于细胞中具有专一性的核酸内切限制酶而引起的。20世纪70年代，生物化学研究的进展为基因工程的发展奠定了坚实的基础。1972年美国的伯格(P.Berg)等将动物病毒的DNA和噬菌体的DNA连接在一起，构成了首批重组DNA分子；1973年美国的科思(N.Cohen)将几种不同的外源DNA插入质粒中，并将其导入大肠杆菌中，从而开创了基因工程研究的先河。
目的基因目的基因的获得，有分离自然基因、酶学方法和化学方法等。❶分离自然基因多用鸟枪法，即选用适当的限制酶，把基因组切割成略大于一个基因的DNA片段，把这些片段与载体组成重组分子，并转入大肠杆菌中，构成基因文库，然后再用探针钓出自然基因。
❷酶学方法是用提纯的mRNA作模板，用反转录酶合成与之互补的单链cDNA，然后再合成双链的cRNA。
❸化学方法是按目的基因的密码，先合成10个左右核苷酸的单链小片段，再配合成双链的目的基因。利用上述方法，已获得了大量微生物、动物和植物的基因，如豌豆、烟草、大豆与光合作用有关的Rubp羧化酶小亚基的基因等。
目的基因和载体连接目的基因和载体连接的方法主要有4种。❶粘性末端连接：每种核酸内切酶作用于DNA分子上特定的识别顺序，产生具有粘性末端的两个DNA片段，把所要克隆的DNA和载体DNA用同一种限制酶处理后，再用DNA连接酶处理，即可将它们连接起来。
❷平整末端连接：经某些内切酶作用后产生平整末端的DNA片段，或用机械剪切的方法获得平整末端的DNA片段，在某些连接酶的作用下，也可以把两个DNA片段连接起来。
❸同聚末端连接：在脱氧核苷酸转移酶的作用下，在DNA的3′羟基端合成低聚多核苷酸。如把所需的DNA片段接上低聚腺嘌呤核苷酸，而把载体分子接上低聚胸腺嘧啶核苷酸。由于二者之间能够形成互补氢键，同样可以通过DNA连接酶的作用而完成DNA片段和载体间的连接。
❹人工分子连接：在两个平整末端DNA片段上接上用人工合成的寡聚核苷酸片段，进而可用DNA连接酶把这两个DNA分子连接起来。
将重组DNA分子导入受体细胞常用的有3种方法：❶转化同质粒作载体；
❷转染用噬菌体DNA作载体（不包括外壳蛋白）;
❸转导用噬菌体DNA作载体，噬菌体DNA经过外壳蛋白的离体包装。受体细菌一般选用大肠杆菌，也可用植物原生质体作受体。对于植物基因工程，也可采用非载体(如花粉、电击穿孔法，注射法等)的方法。
选择和表达
选择受体细胞是否具有需要的目的基因，一般除利用抗生素的抗性作用初选外，还可进一步采用下述两种方法之一加以鉴定：❶菌落原位分子杂交法，即转化后的细菌印影在硝酸纤维素滤膜上，经变性固定其单链DNA，用带有放射性标记的探针与其杂交，凡经过自显影出现黑斑的即为目的基因。
❷免疫学法，当一个宿主细胞获得携带有载体上的基因后，细胞中往往即出现这一基因所编码的蛋白质，用免疫学的方法可以检出这种细胞。
表达正确和充分表达需要使目的基因得到高水平的转绿和翻译。为了使外源基因表达，需要在基因编码顺序的5′端有能被宿主细胞识别的启动基因顺序以及核糖体的结合顺序。使外源基因在宿主细胞中顺利表达的方法有两种：❶在形成重组DNA分子时，在载体的启动基因顺序与核糖体结合顺序后面的适当位置上连接外源基因。
❷将外源基因插入到载体的结构基因中的适当位置上，转录和转译的结果将产生一个融合蛋白。将这种融合蛋白质提纯后，要准确地将两部分分开，才能获得所需要的蛋白质。
在植物育种中，运用基因工程育种，能够克服植物远缘有性杂交中的不亲和性，扩大有利基因的组合范围，甚至可以人工修饰或合成新的基因，更快更好地构建优质、抗逆、高产、稳产或观赏性状优异的新品种和新物种。以前认为只感染双子叶植物的土壤杆菌，现已证明以土壤杆菌Ti质粒为载体，可把DNA转入天门冬属(Asparagus)、吊兰属(Chlorophytum)、水仙属(Narcissus)等单子叶植物中。以前认为必不可少的Ti质粒的边介序列，可用细胞的OriT序列代替，使细胞基因进入植物得以实现，从而为改良植物、培育新品种带来新的希望。目前，通过修饰的Ti质粒将外源基因引入植物细胞并得到表达的例子已有几十个。沙门氏菌抗除草剂基因被成功地引入烟草、番茄、杨树等，并得到了完全的表达。苏芸金毒杀鳞翅目昆虫的基因也已成功地引入烟草，并获得了抗虫能力。但由于对植物的生理、生化、代谢和分子遗传学方面的知识了解不够，故植物基因工程尚处于研究实验阶段。
在理论研究方面，应用重组DNA技术可以克隆和扩增某些原核生物和真核生物的基因，而进一步研究其结构和功能。重组DNA技术促进了遗传学、生物化学、微生物学、生物物理学和细胞学等学科的发展，并有利于这些不同学科的相互结合。

基因工程gene engineering

又称重组DNA技术。将所需基因与载体结合形成重组DNA分子，引入受体细胞后增殖和表达预期性状的遗传操作。20世纪70年代初在核酸内切酶和基因载体研究基础上形成的一种生物技术。可不受生物亲缘关系远近的限制。实施步骤是：
❶取得所需DNA片段——目的基因；
❷将目的基因与载体连接形成重组DNA分子；
❸通过转化或转导将重组DNA引入受体细胞(常用的宿主有大肠杆菌，也有酵母菌、枯草杆菌等)，高等植物可通过注射导入重组DNA分子；
❹从大量繁殖的受体细胞中筛选出含有重组DNA，并能表达性状的无性繁殖系投入生产。基因工程在医药卫生、发酵工业、环境治理等多方面应用已取得成果；在动植物育种上也有巨大潜力；并为控制癌症和治疗人类遗传性疾病提供新前景。理论上可促进遗传学、生物化学、微生物学、生物物理以及细胞学的发展，进而形成一门新兴的学科——生物工艺学或生物工程学。(见“遗传工程”、“质粒”、“连接酶”)

基因工程

人为改变生物基因，使之表现新的遗传特性的技术，又称遗传工程。1952年美国分子遗传学家卢里亚(S.E.Luria)发现了限制酶。1972年美国分子生物学家伯格(P.Berg)等构成了第1批重组DNA分子。1973年美国分子生物学家科恩(N.Cohen)首次完成了重组DNA分子导入技术。主要包括4个步骤：产生DNA片段；DNA片段与载体DNA分子相连接；将重组DNA分子导入宿主细胞；选出含有所需的重组DNA分子的宿主细胞。

基因工程gene engineering

又叫遗传工程，系根据遗传学原理，应用工程技术中最新技术手段研究应用基因的一种新技术。方法是：首先是分离提取或人工合成的基因、DNA片段，用限制性内切酶剪切；选择适合的载体，用一种DNA连接酶将选好的2部分连接；把新组合好的DNA分子转入到新生物细胞中，使外源基因在受体细胞中得到表达。通过基因工程的研究，能进一步了解基因活动的规律，对探讨、诊断、防治遗传疾病与癌症开辟了新的途径；同时为创造人类所需要新品种、新物质开创了广阔的前景。

基因工程

又称“基因操作”、“重组体DNA技术”。用类似工程设计的方法，按人们的需要将不同生物的遗传物质（基因）进行实验室操作(基因分离、剪切、拼接)，然后将其转入到适当的宿主细胞中大量复制和表达，从而使宿主获得新的遗传特性。这一技术可克服固有的生物种间限制，可望定向创造新物种。

基因工程

亦称“遗传工程”。不同的生物体的脱氧核糖核酸在体外经过酶切、连接，构成重组脱氧核糖核酸分子，然后转入受体细胞，使外源基因在受体细胞中表达。

基因工程

将外源遗传物质人工地转移到受体生物中，使受体生物获得新的遗传属性，这一工序叫做遗传工程。例如微生物在人工操纵下的转化、转导和接合，高等生物的人工授粉、授精、嫁接、细胞融合、胞核移植，以及染色体和DNA注射等，都是遗传工程在不同水平上的不同形式。基因工程是分子水平上的遗传工程，是专指来自不同生物的基因（称目的基因）同有自主复制能力的载体DNA在体外人为地连接，建成新的重组DNA，然后送入受体生物去繁殖和表达，从而达到遗传物质和性状的转移和重新组合。为了区别于一般遗传工程，现在常用基因工程一词，也称为基因操作、基因克隆增殖、分子克隆增殖和重组DNA技术。
基因工程是七十年代勃起的新兴学科，但其理论和技术则在六十年代便已奠定基础。例如，限制性核酸内切酶（简称限制酶或内切酶）和DNA连接酶等都是基因工程中的重要工具。早在1962年，Dussoix等便已发现细菌内的限制现象，能防止外源遗传物质的侵入，以保持自己遗传物质的纯洁性和连续性。接着又陆续发现了限制酶Ⅰ (Meselson和yuan,1968)和限制酶Ⅱ(Smith和Wilcox,1970)，后一种酶用于基因工程。1971～1972年，Nathan实验室首次用限制酶技术精细地绘制了SV40 DNA的物理图、复制起点和复制方向。DNA连接酶是1967年五个不同实验室几乎同时发现并纯化的，能把两端具有互补单链的双链DNA分子连接起来。1972年Khorana实验室首次用T4-DNA连接酶将化学合成的DNA片段连接成77个碱基对的酵母丙氨酸tRNA基因。还有反向转录酶，为Temin (1970)所发现并纯化。在反向转录酶作用下，从RNA模板可以反向转录出互补DNA，即cDNA，从而为制备基因提供一个新的手段。
又如质粒是细菌的一种染色体外的遗传物质，由环状DNA双螺旋组成，有自主复制能力，并能往返于不同细菌细胞之间，为运载和转移基因提供方便，所以叫做载体。五十年代发现质粒； 1973年，Cohen实验室才首次使用质粒载体进行分子克隆增殖。
在上述条件具备的基础上，Cohen (1973)实验室将不同来源的原核生物基因重组并引进原核生物中去；随后，真核生物基因被转移至原核生物中或真核生物中的例子就不断涌现出来。
基因工程的主要程序基因工程主要包括目的基因的取得，载体的选择，限制酶等酶系的选用，体外重组体的构建、转化，以及目的基因在受体细胞里的增殖与表达。
目的基因的取得目的基因就是要研究的特定基因。取得目的基因的方法主要分以下几种：
(1) 直接从目的生物（或称供体）的基因组中用机械（例如超声波）或限制酶切断后分离出来。此法只适用于纯化多拷贝基因，而不适用于单拷贝基因，因为单拷贝基因含量极微，不易操作，提取产品纯度较差。
(2) 通过反向转录酶作用以mRNA为模板，反转录成互补DNA。此法特别适用于从某些器官取出其特异性蛋白质的编码mRNA及其基因，因为这一蛋白质在各该器官内占90%以上，有关的mRNA在这里高度集中，比较容易提取纯化，例如，从红细胞提纯珠蛋白mRNA，从鸡输卵管提纯卵白蛋白mRNA，从蚕后部丝腺提纯丝素蛋白mRNA，从眼球晶体提纯晶体蛋白mRNA等等。至于要分离含量少而广泛分布于各种细胞中的蛋白mRNA，则须求助于其他方法，例如用双抗体法从多核糖体中分离有关mRNA。反向转录方法的缺点是cDNA中没有天然基因中的内含子，因此它的表达不一定能代表真核生物天然基因的表达。
(3) 人工合成基因：要在体外用化学合成或/和酶促合成来取得所需要的目的基因，必须事先知道目的基因或其mRNA或蛋白质的一级结构，即核苷酸或氨基酸的顺序。然后按照DNA碱基顺序，先合成DNA短片，以后再经过DNA连接酶作用，将一些短片依次连结成一个完整的基因链。人工合成基因最大的优点是能按人们意愿合成各种突变基因，其次，所合成的是单基因，无其他有害基因，比较安全。
(4) 从基因库中筛选、扩增而来：此法又叫做鸟枪散射弹法，简称散弹法，目前认为是取得任何目的基因（单拷贝的和多拷贝的）的最好方法，快速简便，产物纯度高，又是真正的天然基因，兼有外显子和内含子。
载体的选择载体是携带目的基因并将其转移至受体细胞内复制和表达的运载体。载体一般为环状DNA，能在体外经限制酶及DNA连接酶的作用同目的基因结合成环(即重组DNA)，然后经转化进入受体细胞内大量复制及表达。为此，必须按下列标准选择载体：
❶载体必须具有自主复制能力，即具有复制起始点，使重组DNA能在受体细胞内进行复制；
❷质粒载体应是松弛型，能在受体细胞内复制成许多拷贝，也可用氯霉素促其扩增；
❸载体分子量要小，既可在受体细胞内扩增较多的拷贝，又便于结合较大的目的基因，也不易受到机械剪切；
❹在载体上具有二个以上、容易检测的遗传标志 (例如抗药性、氨基酸合成酶等基因)。一个用来检查是否接上了目的基因，另一个用来检查是否转移至受体细胞内；
❺载体具有单切点限制酶种类越多越有用，就越容易在其中选出一种酶，它在目的基因上没有切点以保持其完整。而且切点应在某个遗传标志上，以便利用插入失活来饰选。载体的种类主要有质粒、病毒及噬菌体等。细菌质粒和噬菌体用于原核生物基因工程；植物DNA病毒和致瘤质粒用于植物基因工程；猿猴病毒(SV40) 用于动物基因工程；酵母质粒用于酵母基因工程。
(1) 质粒：质粒是细菌细胞内染色体外的一种共价闭合环状DNA分子，能自主复制。根据其复制，是否受染色体复制功能所控制，分为严紧质粒，即每个细菌里可含1～3个拷贝和松弛质粒，每个细胞一般含10个以上拷贝。质粒种类甚多：在大肠杆菌内，有些质粒能产生大肠杆菌素，故称为Col质粒；有些能产生对特定药物（抗生素及金属离子）的抗性，叫做抗药性质粒或抗生素抗性质粒；有些质粒除有自主复制能力外还有一组接合杂交基因（称为性因子或致育因子），因而叫致育质粒。在假单孢菌中还有一些质粒能分解特定物质作为碳源，叫做分解性质粒。
(2) 噬菌体：分为双链DNA噬菌体和单链DNA噬菌体两类。
λ噬菌体：是常用于基因工程的双链DNA噬菌体，是寄生于大肠杆菌细胞内的病毒。其双链DNA约长50千碱基对(Kb)，两端各伸出一股5′末端互补单链，由12个核苷酸组成，能在细菌内互补粘连，形成环状双链DNA，所以称为粘性末端。λ噬菌体DNA较大，其中段有很大一部分对噬菌体生长并不是必需的，可以切除而用目的基因取代，例如Blattner设计的Charon系载体。只要噬菌体DNA两端粘合部位之间保持正常λDNA长度的75～105%，即38～52Kb，并能在体外连接上外源目的基因，这种重组DNA的粘合部位便能被λ噬菌体的头部蛋白所识别，所以也会被包装在噬菌体头部里，因而具有噬菌体活性和感染细菌的能力。所以只要包装后的重组DNA感染的细菌，由此所得到的菌落，除少数携带载体自连体外，就都是携带外源目的基因的重组DNA，从而加速了筛选过程。粘性质粒也是这样的一种小载体，包含λDNA的粘合部位及其邻近片段、遗传标志、复制起始点以及限制酶单切点。粘性质粒具有以下优点：能包装较大的外源DNA片段；只有重组DNA才提供合适的包装长度；而且只有被包装在噬菌体头部的重组DNA才有感染细菌的能力，然而载体自身环化体的长度不够被包装成有感染力的噬菌体，所以可以降低筛选时载体自身环化的背景；克隆形成效率高，因为将目的基因转入受体菌的手段是感染，它比转染 (即用重组DNA转化成有感染性的病毒)的效率高几个数量级。
线形单链DNA噬菌体：它们在细菌内进行双链复制。宿主细菌细胞并不因此裂解，仍能继续分裂生长，并不断释放具有感染力的单链噬菌体。这种噬菌体上也可以接上一个或多个遗传标志（例如乳糖调节区和组氨酸操纵子）以利筛选。这类载体有体外单链期，天然地提供单链DNA，便于碱基顺序分析。已经设计为载体的，有M13和fd二种噬菌体DNA。
(3) 病毒：主要用于真核生物基因工程，例如植物的花椰菜花叶病毒(CaMV)和动物的猿猴病毒(SV40)。SV40含共价闭环双链DNA，分子量小(3Mdal)，整个碱基顺序均已测定，基因组各种功能区均已定位，既能整合至染色体，也能独立自主复制，还可以大量培养，因此可在加工后作为哺乳动物基因工程用的载体。SV40的衍生物SVGT已用于运载家兔β链珠蛋白基因至猴肾细胞和小鼠细胞，进行转录和转译，获得成功。
(4) 酵母质粒：它的长度为2μm，所以又各2μm环。分子上有一对反向重复顺序 (IR区)，它为多个蛋白编码，其中一个叫FLP蛋白，能识别IR区中间的顺序，引起质粒DNA分子内重组，造成酵母体内存在2种形式的质粒。因此它是研究重组的简单模型。它具有核小体，因此是研究染色质结构与功能的简单模型。它还具有复制起始点及启动基因，因此可用来构建酵母基因工程载体。现在已构建的酵母基因工程载体可归为YIP,YRp,YEp三类：

载体种类	酵母转化
载体种类	转化频率(转化体/存活的受转化的球质体)	转化效率(转化体/μgDN A)
YIp，酵母整合质粒(细菌载体+供选择用酵母基因)	10-7	1～10
YRp，酵母复制子质粒(细菌载体+供选择用酵母基因 +酵母复制起始点)	10-4	102～104
YEp，酵母附加体质粒(细菌载体+供选择用酵母基因 +酵母质粒DNA)	10-3	103～105

酶系的选用基因工程涉及整个核酸酶系，主要有限制性核酸内切酶、末端转移酶和核酸连接酶。
(1) 限制性核酸内切酶：简称限制酶，广泛地分布在很多微生物内，是各种细菌破坏异源DNA、保护自己DNA完整的武器。限制酶能把DNA大分子切断成若干小片，常用于分离目的基因和切开环状载体，为制备新的DNA组合创造条件。限制酶的特点首先是能识别DNA中的特殊顺序，该顺序由4～6个特定核苷酸组成，在双链DNA上排列成回纹式顺序；其次是能在识别部位的旋转对称轴上或附近某点上把两个邻近核苷酸之间的连接切断，即通过水解把一个核苷酸脱氧戊糖中3′位碳同另一个核苷酸脱氧戊糖中5′位碳之间的磷酸二酯键切断，形成含5′-P和3′-OH的片段。按切断方式可分两类：一种是交叉切断，即在两链上特定部位（即识别部位）的左侧(按由5′→3′的方向)切断各个单链，由此产生的识别部分各形成一个方向相反的互补碱基末端，这种末端叫做粘性末端，因为在一定条件下，两个粘性末端又可以互补粘合，恢复原形(表1)。另一种是在DNA分子的旋转对称轴上横切，在切口两侧形成两个钝端或称平端(表2)。

表1 限制酶的识别部位与切点

A、T、G、C表示DNA分子中的有关碱基，箭头表示切断点，N表示DNA分子中的任一种碱基，虚线表示旋转对称轴。
表2 限制酶的横切与平端的产生

A、T、G、C表示DNA分子中的碱基，箭头表示切断点，虚线表示对称轴，N表示任一种碱基，Pu表示嘌呤碱，Py表示嘧啶碱。
(2) 末端脱氧核苷酸转移酶：简称末端转移酶，是从幼牛胸腺提取纯化的，它不需要模板，可以把任何一种或多种脱氧核苷酸连接在一个DNA片段的3′-OH端上，如只用一种这样连接的多聚物叫做同聚或均聚尾巴(图1)。同聚物的性质随所用底物而异，例如一种DNA片段的3′端可用脱氧腺苷三磷酸(dATP)为底物而形成A-A-A-A……，另一种DNA片段的3′端则可用互补脱氧胸苷三磷酸(dTTP)为底物而形成T-T-T-T……，从而造成两种DNA的人工粘性末′端。同样，也可分别连接G-G-G-G……和C-C-C-C…… 同聚尾的互补粘性末端。此法的优点是：
❶任一种DNA片段的两端都连上一个同聚尾，可以避免本身粘合成环；
❷同聚尾比限制酶切所得粘性末端长，使2个DNA片段之间，易于配对，粘合比较紧密，所以不需要在体外连接，就可以直接用于转化，然后利用受体细胞内的连接酶进行连接。缺点是回收目的基因比较困难。
(3) DNA连接酶：从细菌和T4-

噬菌体感染的细菌中都可以分离出DNA连接酶。它的作用是在一定条件下把一个DNA片段的5′-P同另一个DNA片段的3′-OH，通过脱水作用，形成磷酸二酯键，这个共价键把两个DNA片段连成一个分子。此酶常用于修复双链DNA中一链的缺口以及两个DNA片段粘性末端的连接。
(4) 反向转录酶：见本条中“目的基

图1 末端转移酶作用与同聚尾形成
dATP脱氧腺苷三磷酸 dTTP脱氧胸苷三磷酸 AAAA…聚腺苷酸(聚A) ^TTTT…聚胸苷酸(聚T)

因的取得”节。
重组体的构建 DNA体外重组是将目的基因用DNA连接酶接在合适的载体DNA上，以便下一步转化之用。这样重新组合的DNA叫做重组DNA，简称重组体，因为是由两种不同来源的DNA组合而成，所以又称为异源嵌合DNA。连接方式主要有粘接法和平端连接法，后者包括平接法、接头法和均聚尾巴连接法。
(1) 粘接法：用适当的限制酶分别降解含有目的基因的DNA及切开载体DNA，使它们的二端各具有相同的粘性末端，然后在适当温度下，两者的互补粘性末端通过氢键配对，再用DNA连接酶（共价）连接(图2)。此法优点是在克隆繁殖后经过同一限制酶降解，可以回收目的基因。缺点是载体自身两端也有互补粘性单链，粘合成环的机会很大，需在高浓度的外源DNA条件下或用单酯酶将载体上的5′P切去，使之不能自接，才能避免粘合。
(2) 平端连接法：有些限制酶不产生粘性末端，机械剪切也产生平端，平端连接法大体有以下几种：
❶平接法：载体和目的基因的平端，可用大量T4噬菌体DNA连接酶连接起来。

❷接头法：利用核酸化学合成技术，可以合成含有一种或多种常用限制酶识别顺序的双链DNA短片段，这类DNA短片段叫做接头。然后用DNA连接酶把接头连接到目的DNA的两端，再用该种限制酶将接头切成具有粘性末端的单链，便能同经过同一种限制酶作用的载体的粘性末端互补进行粘接。这种接头法适用于没有所需限制酶切点的目的基因，或者为避免破坏目的基因上没有切点的限制酶接头。这个方法的优点也是可以用同一限制酶回收目的基因。(图3)

图3 DNA平端通过接头，形成粘性末端

❸均聚尾巴连接法：用末端转移酶将载体和目的基因的平端或3′-突出的末端分别加接聚A或聚T，也可分别接上聚G或聚C。然后将两种DNA片段混合，便能通过两者互补均聚尾巴而进行粘合(图4)。
重组DNA的转化与增殖重组DNA被宿主细胞摄取以实现外源遗传物质的转移，这一过程叫做转化。能摄取异源DNA的细胞叫做感受态受体细胞。被转化的受体细胞叫做转化体。重组体不同，转化力亦随之而异。例如线形DNA只能转化RecBC-菌株，但完全不能转化Rec BC+菌株，而环状质粒DNA却能或多或少地转化任何大肠杆菌，不过由于大肠杆菌有限制酶能识别并降解外源DNA，因此必须采用没有限制酶的突变菌株(r-)供转化之用。用病毒DNA构建的重组体，在转化细菌后产生子代病毒，这种转化叫做转染。

图2 用粘接法体外重组的简单示意图

重组DNA在经饰选得到的转化体中增殖（饰选方法见下节），可以大量增加其拷贝数目，这一过程叫做扩增。例如，以质粒DNA为载体、大肠杆菌为受体，让重组DNA在含有氯霉素的培养基内扩增12小时，质粒可繁殖至1000～3000个拷贝，使质粒DNA达到这个细胞总DNA的一半。原因是氯霉素抑制蛋白质合成，而细菌染色体复制需要蛋白质，因而染色体停止复制。而松弛型质粒DNA的复制并不依赖蛋白质合成，所以它能不断增殖。又如温和噬菌体λ作为载体时，如在噬菌体S基因上引进琥珀突变(Sam)，便可使受体细菌内的噬菌体λ大量增殖，高达1000拷贝而不引起细菌的裂解。
菌落筛选和重组体鉴定 两者相辅相成，互相验证。(1) 筛选：第一步是利用载体上的遗传标志来筛选重组体是否转化受体细胞。遗传标志包括抗药性（可用不抗药的受体细胞），氨基酸合成酶系（可用缺该酶系的异养型受体细胞），也可用颜色反应检测〔例如乳糖操纵子的存在可用Xgal (5溴-4氯-3吲哚-β-D-半乳糖苷)等来显色检测〕或用对某种培养基的利用能力来检测（例如有乳糖操纵子的受体细胞能利用乳糖），或用λ噬菌体的cI基因产物（阻遏物）造成转化体对λ再度感染的免疫性来检测。经过上述检测证明已被转化的菌株便可选出备用。另一检测方法是菌落杂交法，就是将平皿上的转化菌落用硝酸纤维素复印后，再将目的基因的互补链 (如mRNA、cDNA、tRNA或具有同源部分的DNA)用放射性同位素标记起来作为探针，同经过碱处理过的菌落中的变性DNA杂交，然后将多余的探针淋

图4 均聚尾巴连接法(dA-dT连接法)

洗干净，最后进行放射自显影。凡是具有放射性的菌落就含有目的基因。还有一些检测方法是通过目的基因的表达产物来鉴定和筛选。例如免疫化学法：蛋白质是基因表达的产物，利用某种蛋白质的荧光抗体或放射性标记过的抗体来鉴定和筛选菌落，其中含有为该种蛋白质编码的特定基因。又如互补法：一个缺失某种基因的菌株，在不含该基因产物（蛋白质或酶）的培养基中就不能存活，但如果经过有关基因的转化和表达后，即使培养基中没有这个基因的产物，这个营养缺陷型菌株也将能正常存活。因此可运用这个互补原理来筛选有关基因的转化体。
(2) 重组体鉴定：
❶琼脂糖凝胶电泳：重组体通过扩增，其含量可达总DNA的50%，不用提纯便可在凝胶电泳中，看到重组体区带，而且只需要单菌落就能快速灵敏地检测出来。
❷DNA顺序分析：用适当方法(例如Sanger及洪国藩等建立的非随机法或Maxam和Gilb-ert采用的特异性化学降解法或吴瑞和郭礼和的外切酶Ⅲ法) 将重组DNA的核苷酸顺序分析出来。这是最可靠但比较费时费事。
❸杂交抑制转译法：其原理是，在无细胞转译系统里，mRNA能指导蛋白质翻译；在同DNA杂交互补结合以后，mRNA便失去转译作用，然而当mRNA从杂交体上解离出来，就又能指导转译。
❹R-环图谱： mRNA和基因库中重组DNA的一条有义链互补，在高浓度甲酰胺(70%)中形成稳定的杂交双链，在电镜下，这个杂交双链和DNA的另一单链呈环状，叫做R环。真核生物基因的不连续性就是这样检测出来的。
❺Southern吸印术：由Southern建立，其原理是，将琼脂糖凝胶上的DNA电泳区带吸印至硝酸纤维纸上，然后用放射性同位素标记过的DNA或RNA作为探针来杂交。放射自显影将显示目的基因的存在。
目的基因的表达重组DNA转移至受体细胞后，其目的基因能否发挥其特异性表型效应，只能根据其作用和表达来判断。有关这方面的研究正逐步深入，已获初步成果(表3)。

表3 原核细胞与真核细胞间异源基因的表达

注： 1. 同类原核细胞之间 2. 异类原核细胞之间 3. 原核细胞→真核细胞 4.真核细胞→原核细胞 5.真核细胞→异类真核细胞 6. 高等真核细胞→真核微生物细胞
关于异源基因在受体细胞内的表达机理，在理论上，目的基因可能随重组质粒在细胞质中独立自主的复制，转录和转译，也可能以某种形式整合到受体染色体里，并在适当条件下与染色体同步复制、在间期内通过转录转译，合成酶蛋白或结构蛋白，形成细胞和机体的特定形态和生理生化特性。要达到高效率表达，必须考虑的关键很多，例如：采用一个好的复制起始点，使重组质粒在细胞质中大量繁殖拷贝；在酵母中还要考虑接上一个着丝粒，使重组质粒象微染色体一样长久地存活在细胞质中不丢失：在酵母中表达还需要用一个同源的酵母启动基因。
基因工程的特点 基因工程可以绕过并超越远缘种属间遗传物质没有天然交换能力这一屏障，使种属之间、动植物之间以及原核生物和真核生物之间的遗传物质结合在原核或真核生物受体细胞内，研究这些遗传物质在这二种生物中繁殖和表达机理的异同。从而有效地解决生物学中的重大理论课题。其次，通过分子克隆繁殖（单菌落扩增）可以获得高纯度、高产量的目的基因及其多肽产物，便于工业生产。其次，微生物世代短、增殖快、个体多，所得数据具有统计学意义，所以利用操作简易、变异多样的单细胞微生物进行遗传操作；有利于迅速有效地解决生物学中的重大理论问题。最后，由于高等动植物基因组庞大、化学组成复杂 (和组蛋白、酸性蛋白及RNA结合)，而且被包在膜内(核膜、线粒体及叶绿体的片层结构)，细胞数量又大，其中只有部分动物细胞在特定时期是全能的，所以在提取、纯化、重组、转化等操作上都造成困难。近年来，包括人类在内的高等生物细胞培养技术迅速发展，不仅可以大量繁殖细胞，而且可以按照研究需要，培育出各种突变株，初步具有微生物遗传操作的多种优点。今后，高等生物基因表达控制研究中的技术问题将会逐步得到解决，细胞分化与遗传、个体生长发育、物种变异与进化等理论将会联系统一，将促成生物学理论上的发展。
基因工程的应用 除上述理论研究上的巨大潜力外，基因工程在实践上主要应用于三个方面：
❶大量生产高纯度的多肽（包括酶和蛋白激素）;
❷定向培育动植物优良品种；
❸防治遗传性疾病。在生产高纯度多肽方面已进行大量尝试，例如在医学上，用细菌工厂生产蛋白激素(胰岛素、生长激素、生长激素释放抑制因子)，蛋白酶，干扰素，病毒外壳蛋白等。又如在农业上，开展对固氮基因的研究，期望通过基因转移使农作物减少对氮肥的需要；利用基因转移使农作物富含必需氨基酸（如赖氨酸），得到廉价优质蛋白。它的能源可来自太阳，原料来自大气，也不产生有毒中间产物，所以既不引起能源危机，也不污染环境。
安全问题 首先要绝对禁止有意识地制造剧毒物质及有害生物，特别要警惕战争狂人滥用基因工程准备和进行生物战争。对可能无意中溢至外界以致危害居民的事故，要采取严格的防护措施，予以杜绝：
❶物理防护：遵守严格的微生物操作，在处理一切废物之前，要严格消毒，必要时采用负压实验室，使空气只能进，而出气口则设有消毒装置，以防有害微生物溢至外界；
❷生物防护：可利用突变型载体，例如琥珀突变(λWESλBr)。这类载体只能在实验室条件下才具有合适的受体菌株，其重组体不可能在自然界存活。也可利用安全的转化受体系统：例如大肠杆菌X1776菌株，具有多种营养缺陷，只能在实验室人工培养基中才能生长，同时它对除垢剂和胆盐都极敏感，所以做清洁工作也比较安全。又如枯草杆菌，从不作用于人类和动物，所以比较安全，可利用金色葡萄球菌的质粒建立重组DNA来转化枯草杆菌。总之，应该重视并采取严格防护措施，但不必杞人忧天，因噎废食。
基因工程可帮助人类深入认识生命规律，改造生物界，提高人类健康，在理论上和实践上展现一幅广阔的远景。

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