21世纪是信息时代,是人类开创基因工程的新世纪。基因工程就是在分子水平人为干预生物的自然遗传。生物技术的提高,将使人类的生产方式、生活水平、生存环境得以改善。有理由相信微小的分子基因有可能改变世界人类的未来。
应用现代生命科学原理和信息及化工等技术,利用活细胞或其产生的酶来对廉价原材料进行不同程度的加工,提供大量有用产品。
主要产品是为社会提供大量优质发酵产品,如生化药物、化工原料、能源、生物防治剂以及食品和饮料,还可以为人类提供治理环境、提取金属、临床诊断、基因治疗和改良农作物品种。
生物工程主要有基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程等。就是对生物基因进行改造,利用生物生产人们想要的特殊产品。
随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前,生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密,而是开始跃跃欲试,在分子的水平上去干预生物的遗传特性。人类用上帝之手造出人类自己需要的新物种,从而挑战达尔文的进化论。
将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,就可以按照人类的愿望,设计出新的遗传物质并创造出新的生物。
与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同,很像技术科学的工程设计,按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物。
人类基因组研究是一项生命科学的基础性研究。把基因组图谱看成是指路图,或化学中的元素周期表;比作字典,破解人类自身基因密码,以促进人类健康、预防疾病、延长寿命,其应用前景都是极其美好的。
现代科技特别是计算机技术,把人类10万个基因的信息以及相应的染色体位置成功破译。
破译人类和动植物的基因密码,为攻克疾病提高农作物产量开拓了广阔前景,成为医学和生物制药技术创新的源泉。
长期困扰人类健康的主要疾病,例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。
依据已经破译的基因序列和功能,找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选,甚至基于已有的基因知识来设计新药,就能“有的放矢”地修补或替换这些病变的基因,从而根治顽症。
基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据,也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。
有同样生活习惯和生活环境的人,由于具有不同基因序列,对同一种病的易感性就大不一样。同为吸烟人群,有人就易患肺癌,有人则不然。根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导,使其养成科学合理的生活习惯保护自己的身体。
人类信息技术的发展改变了人类的生活方式,基因工程的突破将帮助人类延年益寿。
随着癌症、心脑血管疾病等顽症的有效攻克,人口平均寿命突破100岁。
1953年2月的一天,弗朗西斯·克里克在剑桥的一家酒吧宣布了动植物的基因密码这一重大科学发现的。破译人类和动植物的基因密码,为攻克疾病和提高农作物产量开拓了广阔的前景。
1987年,美国科学家提出了“人类基因组计划”,确定人类的全部遗传信息,确定人的基因在23对染色体上的具体位置,查清每个基因核苷酸的顺序,建立人类基因库。
1999年,人的第22对染色体的基因密码被破译,“人类基因组计划”迈出了成功的一步。
随着现代科技的发展,巨型云计算技术的提高,人类将会破译5000种以上更为复杂基因遗传病的致病基因,为癌症、糖尿病、心脏病、血友病、心脑血管疾病、憨子、痴呆、傻子、等致命、致残的疾病找到基因治疗的疗法。进一步延长人类的寿命、提高人类生存和生活的质量。
中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司2001年2月12日联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。
人类基因组图谱是在原"工作框架图"的基础上,经过整理、分类和排列后得到的,它更加准确、清晰、完整。
人类基因组蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息,这不是迷信,破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命。
人类基因组图谱及初步分析结果的公布将对生命科学和生物技术的发展起到重要的推动作用。
随着人类基因组研究工作的进一步深入,生命科学和生物技术将随着新的世纪进入新的纪元。
基因工程在20世纪取得了很大的进展,一是转基因动植物,一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因,使得动植物具有了原先没有的全新的性状,这引起了一场农业革命。
转基因技术已经开始广泛应用,如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼甲鱼、螃蟹、鸡、羊、猪等。
1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物,它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。
人们将需要的某一供体生物的遗传物质--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后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源遗传物质与载体遗传物质一起,在细胞中进行正常复制和表达,获得新物种。这种分子嫁接遗传技术称为基因工程。
外源核酸分子在不同的寄主生物中进行繁殖,跨越天然物种屏障,把来自任何一种生物的基因放置到新的生物中,这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系。
把一种确定的DNA小片段放在新的寄主细胞中进行扩增,实现很少量DNA样品复制出大量的DNA,得到没有污染任何其它DNA序列的、绝对纯净的DNA分子群体。
改变人类生殖细胞DNA就是基因治疗,改变动植物生殖细胞。改变个体生殖细胞的DNA使其后代发生同样的改变。从细菌到家畜的几乎所有非人生命物体中取得了成功。
用于治疗糖尿病的胰岛素来自一种细菌,其DNA中被插入人类可产生胰岛素的基因,细菌便可自行复制胰岛素。
分子嫁接遗传使得许多植物具有抗病虫害和抗除草剂的能力; 美国有一半的大豆和四分之一的玉米都是转基因的。利用基因工程可使番茄具有抗癌作用、使鲑鱼长得比自然界中的大几倍、使宠物不再会引起过敏。
胚胎遗传病筛查、基因修复和基因工程等技术不仅可用于治疗疾病,也为改变诸如眼睛的颜色、智力等其他人类特性提供了可能。
人们借助胚胎遗传病筛查技术,培育出人们需求的身体特性的后代,可使患儿的父母生一个和患儿骨髓匹配的孩子,然后再通过骨髓移植来治愈患儿。
将一种生物的 DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,就可以按照人类的愿望,设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型,这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。
按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物。按照人的意愿,组装基因到新生物产生的生物科学技术,就称为“基因工程”、“遗传工程”。
首先选择目的基因所适合的运载工具,如质粒、病毒等,然后用同一种限制酶分别切割运载体和目的基因,使其产生相同的黏性末端,再加入适量的DNA连接酶,在生物体外,目的基因的DNA与运载体的DNA结合起来,形成重组DNA或重组质粒。
将重组的DNA杂合分子,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,转移到选定的生物体细胞中,使重组的DNA在受体细胞中复制、转录、翻译得以表达。
把目的基因装在运载体上,通过运载体,目的基因嫁接到受体细胞的这一过程,通常转化成功率仅为百分之一。
低温条件下用氯化钙处理受体细胞,增加重组DNA浓度能提高转化率。
采用氯化钙化处理后,能增大受体细胞的细胞壁透性,从而使杂种DNA分子更容易进入。也可用基因枪法、激光微束穿孔法、显微注射法,直接把目的基因转入受体细胞,如受精卵细胞体外造人。
从浩瀚的基因海洋中获得特定的目的基因十分不易。通常从供体细胞的DNA中直接分离基因或人工合成基因。
散弹射击鸟枪法是: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,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。
以目的基因转录成的信使RNA,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。
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。
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,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分子的。
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,将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增。
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。
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,运载体是质粒,受体细胞是细菌,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。
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。 通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类,用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。
有的还能吞食转化汞、镉等重金属,分解DDT等毒害物质。应用生物工程可以解决人类较为尴尬环境污染。
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。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。减少人类遗传病的发生,改善人种质量。
性细胞基因治疗是在患者的性细胞中进行操作,使其后代从此再不会得这种遗传疾病。
随着科学技术的发展,微小的基因将改变世界人类的未来。
应用现代生命科学原理和信息及化工等技术,利用活细胞或其产生的酶来对廉价原材料进行不同程度的加工,提供大量有用产品。
主要产品是为社会提供大量优质发酵产品,如生化药物、化工原料、能源、生物防治剂以及食品和饮料,还可以为人类提供治理环境、提取金属、临床诊断、基因治疗和改良农作物品种。
生物工程主要有基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程等。就是对生物基因进行改造,利用生物生产人们想要的特殊产品。
随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前,生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密,而是开始跃跃欲试,在分子的水平上去干预生物的遗传特性。人类用上帝之手造出人类自己需要的新物种,从而挑战达尔文的进化论。
将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,就可以按照人类的愿望,设计出新的遗传物质并创造出新的生物。
与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同,很像技术科学的工程设计,按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物。
人类基因组研究是一项生命科学的基础性研究。把基因组图谱看成是指路图,或化学中的元素周期表;比作字典,破解人类自身基因密码,以促进人类健康、预防疾病、延长寿命,其应用前景都是极其美好的。
现代科技特别是计算机技术,把人类10万个基因的信息以及相应的染色体位置成功破译。
破译人类和动植物的基因密码,为攻克疾病提高农作物产量开拓了广阔前景,成为医学和生物制药技术创新的源泉。
长期困扰人类健康的主要疾病,例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。
依据已经破译的基因序列和功能,找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选,甚至基于已有的基因知识来设计新药,就能“有的放矢”地修补或替换这些病变的基因,从而根治顽症。
基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据,也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。
有同样生活习惯和生活环境的人,由于具有不同基因序列,对同一种病的易感性就大不一样。同为吸烟人群,有人就易患肺癌,有人则不然。根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导,使其养成科学合理的生活习惯保护自己的身体。
人类信息技术的发展改变了人类的生活方式,基因工程的突破将帮助人类延年益寿。
随着癌症、心脑血管疾病等顽症的有效攻克,人口平均寿命突破100岁。
1953年2月的一天,弗朗西斯·克里克在剑桥的一家酒吧宣布了动植物的基因密码这一重大科学发现的。破译人类和动植物的基因密码,为攻克疾病和提高农作物产量开拓了广阔的前景。
1987年,美国科学家提出了“人类基因组计划”,确定人类的全部遗传信息,确定人的基因在23对染色体上的具体位置,查清每个基因核苷酸的顺序,建立人类基因库。
1999年,人的第22对染色体的基因密码被破译,“人类基因组计划”迈出了成功的一步。
随着现代科技的发展,巨型云计算技术的提高,人类将会破译5000种以上更为复杂基因遗传病的致病基因,为癌症、糖尿病、心脏病、血友病、心脑血管疾病、憨子、痴呆、傻子、等致命、致残的疾病找到基因治疗的疗法。进一步延长人类的寿命、提高人类生存和生活的质量。
中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司2001年2月12日联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。
人类基因组图谱是在原"工作框架图"的基础上,经过整理、分类和排列后得到的,它更加准确、清晰、完整。
人类基因组蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息,这不是迷信,破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命。
人类基因组图谱及初步分析结果的公布将对生命科学和生物技术的发展起到重要的推动作用。
随着人类基因组研究工作的进一步深入,生命科学和生物技术将随着新的世纪进入新的纪元。
基因工程在20世纪取得了很大的进展,一是转基因动植物,一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因,使得动植物具有了原先没有的全新的性状,这引起了一场农业革命。
转基因技术已经开始广泛应用,如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼甲鱼、螃蟹、鸡、羊、猪等。
1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物,它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。
人们将需要的某一供体生物的遗传物质--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后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源遗传物质与载体遗传物质一起,在细胞中进行正常复制和表达,获得新物种。这种分子嫁接遗传技术称为基因工程。
外源核酸分子在不同的寄主生物中进行繁殖,跨越天然物种屏障,把来自任何一种生物的基因放置到新的生物中,这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系。
把一种确定的DNA小片段放在新的寄主细胞中进行扩增,实现很少量DNA样品复制出大量的DNA,得到没有污染任何其它DNA序列的、绝对纯净的DNA分子群体。
改变人类生殖细胞DNA就是基因治疗,改变动植物生殖细胞。改变个体生殖细胞的DNA使其后代发生同样的改变。从细菌到家畜的几乎所有非人生命物体中取得了成功。
用于治疗糖尿病的胰岛素来自一种细菌,其DNA中被插入人类可产生胰岛素的基因,细菌便可自行复制胰岛素。
分子嫁接遗传使得许多植物具有抗病虫害和抗除草剂的能力; 美国有一半的大豆和四分之一的玉米都是转基因的。利用基因工程可使番茄具有抗癌作用、使鲑鱼长得比自然界中的大几倍、使宠物不再会引起过敏。
胚胎遗传病筛查、基因修复和基因工程等技术不仅可用于治疗疾病,也为改变诸如眼睛的颜色、智力等其他人类特性提供了可能。
人们借助胚胎遗传病筛查技术,培育出人们需求的身体特性的后代,可使患儿的父母生一个和患儿骨髓匹配的孩子,然后再通过骨髓移植来治愈患儿。
将一种生物的 DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,就可以按照人类的愿望,设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型,这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。
按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物。按照人的意愿,组装基因到新生物产生的生物科学技术,就称为“基因工程”、“遗传工程”。
首先选择目的基因所适合的运载工具,如质粒、病毒等,然后用同一种限制酶分别切割运载体和目的基因,使其产生相同的黏性末端,再加入适量的DNA连接酶,在生物体外,目的基因的DNA与运载体的DNA结合起来,形成重组DNA或重组质粒。
将重组的DNA杂合分子,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,转移到选定的生物体细胞中,使重组的DNA在受体细胞中复制、转录、翻译得以表达。
把目的基因装在运载体上,通过运载体,目的基因嫁接到受体细胞的这一过程,通常转化成功率仅为百分之一。
低温条件下用氯化钙处理受体细胞,增加重组DNA浓度能提高转化率。
采用氯化钙化处理后,能增大受体细胞的细胞壁透性,从而使杂种DNA分子更容易进入。也可用基因枪法、激光微束穿孔法、显微注射法,直接把目的基因转入受体细胞,如受精卵细胞体外造人。
从浩瀚的基因海洋中获得特定的目的基因十分不易。通常从供体细胞的DNA中直接分离基因或人工合成基因。
散弹射击鸟枪法是: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,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。
以目的基因转录成的信使RNA,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。
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。
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,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分子的。
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,将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增。
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。
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,运载体是质粒,受体细胞是细菌,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。
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。 通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类,用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。
有的还能吞食转化汞、镉等重金属,分解DDT等毒害物质。应用生物工程可以解决人类较为尴尬环境污染。
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。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。减少人类遗传病的发生,改善人种质量。
性细胞基因治疗是在患者的性细胞中进行操作,使其后代从此再不会得这种遗传疾病。
随着科学技术的发展,微小的基因将改变世界人类的未来。