字词 | 基因工程——dna重组技术 |
类别 | 中英文字词句释义及详细解析 |
释义 | 基因工程——DNA重组技术 基因工程——DNA重组技术基因工程是在分子生物学和分子遗传学迅速发展基础上诞生的一门崭新的生物学技术。70年代初,限制性内切酶和DNA连接酶的相继发现和应用,以及DNA可进入经氯化钙处理的大肠杆菌的转化实验的成功,推动了DNA的体外重组实验。1972年底,美国斯坦福大学的Berg和Kaiser等两个研究小组分别成功地在试管内把来自大肠杆菌的两种不同的环状质粒DNA分子重组成一个大的环状的杂合DNA。1973年Cohen 把抗四环素质粒pSC101和抗链霉素质粒RSF1010重组形成杂合质粒pSC109,将此杂合质粒转移入大肠杆菌C600体内后能被复制,并表达双亲质粒的遗传信息。同年,斯坦福大学Cohen和加州大学Boyer 等一起把质粒DNA和某种特定基因片段重组成新的DNA,并送回到大肠杆菌内,重组的分子可在宿主细胞内繁殖。由于实现了DNA的体外重组,从而产生了潜力很大、影响深远的基因工程。 基因工程示意图 由于基因工程的核心是DNA的体外重组,因此一般把DNA重组技术就称为基因工程。实际上,基因工程作为一种适用生产规模的工程技术远比DNA重组技术所含的内容更广泛。不仅要藉DNA重组技术得到高效表达的细胞株系或者新的生物品种,而且要提供产物的后处理工艺,即研究表达产物的分离纯化技术、产物的后加工以及适合中级试制与生产规模的工艺技术研制等等。 自从1973年首先成功地实现了DNA的体外重组到现在仅仅十几年,可是DNA重组技术发展甚速,而且应用的领域也越来越广,基因工程已成为70年代后期发展起来的生物工程的核心技术。生物工程是综合利用了生物化学、微生物学、遗传学、细胞学、化学、物理学、发酵工程学以及电子学和计算机科学等基础研究的成果发展起来的一门新兴生物技术。除了DNA重组技术之外,主要的技术还有固定化酶、固定化细胞技术、细胞融合技术以及细胞大量培养技术等,以其中某一技术为基础发展的工程学分别称为基因工程、酶工程、细胞工程以及发酵工程。这类工程技术的发展是由基础研究逐步走向生产应用,后者对于基础研究有极大的依附性。同时,生物技术的发展也促进了生物基础理论的研究。两者之间彼此依赖又相互促进的紧密关系推动着基因工程和其他生物工程技术的发展。到了80年代,在基因工程迅速发展的基础上又出现了蛋白质工程和RNA重组技术。 基因工程在医学方面的应用是最早和最活跃的。早在1977年DNA重组技术就被用于研究短肽激素、生长激素释放抑制因子和胰岛素。最近,采用大肠杆菌生产的胰岛素已准备投放市场; 人的生长激素和α干扰素等也已先后进入临床试验; 此外还有一些如预防用疫苗等有的开始投入研究,有的则已获得产品;基因诊断和基因治疗也展示了美好前景。由于在迅速发展过程中,在基础研究、工艺、临床、经济和产品市场等诸方面都存在一些问题,有待认真解决。因此,在近期内想获得重大经济效益和社会效益还为时过早。但是,可以预见基因工程等有关的生物工程技术可能解决长期来人类难以用常规方法解决的能源、食品、环境和医药保健等方面的难问题,它们将会成为21世纪最有希望和发展前途的新兴工业之一。 蛋白质工程 随着基因工程技术和原理的深入发展,80年代又衍生出一个新兴研究领域——蛋白质工程。蛋白质(包括酶)是细胞中执行重要生物功能的大分子,而蛋白质的生物学活性又决定于其自身的一级结构和高级结构。通过对基因的核苷酸序列分析,按三联体密码的规则可以译出相应肽链的氨基酸排列,阐明蛋白质一级结构和提出可能的高级结构模式。随着用化学方法人工合成基因这一技术的诞生,再加上基因工程技术,就可在体外合成人造蛋白质; 同时藉核苷酸突变技术又可人为地改变、添加或删除蛋白质肽链内一个或数个氨基酸残基,这样不仅有利于蛋白质结构与功能关系的研究,而且有可能建造一些新的蛋白质,其理化性质和生物功能均优于自然界存在的蛋白质。譬如,科学家们可以按实验模式设计一种含多种催化活性,具有广泛的pH和温度适应范围以及有良好理化性质的人造酶蛋白; 也可以按人们意愿改造酶的特异性和生物活性。美国Cetus公司的科学家们曾利用基因点突变的技术使β干扰素第一个半胱氨酸残基和白细胞介素Ⅱ的第三个半胱氨酸残基突变成丝氨酸,结果并不影响分子内二硫键的形成和蛋白质的生物活性,却克服了由于游离半胱氨酸的存在引起蛋白质分子聚合的倾向,从而增加了这些蛋白质的稳定性,延长了贮存时间,提高了生物活性。有人把蛋白质工程称为第二代基因工程技术,这种提法似不够全面,因为通过改变基因结构来改造蛋白质并不是蛋白质工程的唯一途径随着蛋白质研究日益深入,也可通过直接改变肽链上氨基酸残基或者进行肽链化学修饰来达到改造目的。由于蛋白质工程可按人的意愿定向地改造活性蛋白质或酶,因而有着广阔的发展前景。 RNA重组技术 RNA的体外重组是80年代由重组DNA技术衍生的另一个新兴领域。1983年美国哥伦比亚大学肿瘤研究所F.R.Kramer等人首先提出用T4RNA连接酶,把RNA片段接到噬菌体QβRNA或相关的RNA片段上,然后在Qβ复制酶的作用下使重组的RNA大量复制。Qβ复制酶对底物有高度专一性,故外源RNA只有插入Qβ噬菌体RNA内才能复制。虽然此项技术刚刚起步,还有待不断完善和提高,但已经显示某种光彩。采用该法有可能较简便地获得那些不易用其他方法得到的mRNA,复制的mRNA若在一个无细胞翻译体系内就可在试管中翻译出许多有价值的多肽或蛋白质,而且用单一mRNA在体外合成蛋白,其产品的纯化要比基因工程简单易行。因此重组RNA技术可用于: ❶制备大量mRNA或病毒RNA进行突变或其他研究; ❷提供高标记、分子杂交用的RNA探针; ❸合成所需要的蛋白质; ❹利用链末端终止法可以直接进行RNA的序列测定。因此,作为重组DNA技术的一个补充,重组RNA技术将会得到进一步发展。但是由于RNase很难除尽,所以重组RNA技术的广泛应用受到一定限制。 ☚ 药物重开成年γ珠蛋白基因 基因的分离 ☛ |
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