毕业设计-基因和生活论文基因工程概述及利弊分析.doc

基因工程概述及利弊分析

暨 南 大 学
本科生课程论文

论文题目： 基因工程概述及利弊分析

学 院： 国际商学院
学 系： 金融工程
专 业： 金融工程
课程名称： 基因与生活
学生姓名： 符雅豪
学 号： 2012052043
指导教师： 熊江霞 曹玲惠

2013年 6月 25日

摘要
本文以基因与生活课程中第五章基因工程为主题，针对基因及基因工程的概述、基因工程的原理及技术、基因工程在生活中的应用、基因工程的利弊分析展开较为详细的阐述。
第一章主要是基因及基因工程简介，为全文的基础。
第二章主要介绍基因工程的原理、技术。基因工程的技术部分进行合理分化，深入探究了基因工程的基本工具和基因工程的基本程序。
第三章着重分析了基因工程在生活中的植物领域、动物领域及治疗领域的应用，与当今科技衔接，反映了基因与生活的紧密联系。
第四章就第三章中提及的基因工程的应用进行了利弊分析。指出了基因与生活紧密联系中的利与弊，并辩证分析了基因应用于生活存在的巨大发展空间及其发展的必要性。
关键词
基因 基因工程 基因治疗 酶
Abstract
Based on genes and the fifth chapter of course genetic engineering in life as the theme, the overview of genes and genetic engineering, ,the principle and technology of gene engineering, the applications of genetic engineering, analysis of the pros and cons of genetic engineering are described on detailed in this paper.
The first chapter mainly is the introduction of genes and genetic engineering, as the basis for full text.
The second chapter mainly introduces the principle and technology of genetic engineering. Part of reasonable division of genetic engineering technology, delves into the basic tool for genetic engineering and genetic engineering of basic process.
The third chapter focuses on analysis of genetic engineering in the field of plant, animal and treatment in the field of application, interface with today's technology, reflects the genes and life closely linked.
The fourth chapter of the application of genetic engineering which are mentioned in the third chapter analyses the advantages and disadvantages. Pointed out that genes and life close relation of the advantages and disadvantages, and the dialectical analysis of the genes used in the vast development space to the life and the necessity of development.
Keywords
gene genetic engineering genetic treatment enzyme
第1章 基因及基因工程的概述
1.1 基因概述
基因是细胞内DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因控制蛋白质合成，是不同物种以及同一物种的不同个体表现出不同性状的根本原因。基因通过DNA复制及细胞分裂把遗传信息传递给下一代，并通过控制蛋白质的合成使遗传信息得到表达。
1.2 基因工程概述
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
第2章 基因工程的原理及技术
2.1 基因工程的原理
基因重组是由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程。
基因重组指整段DNA在细胞内或细胞间，甚至在不同物种之间进行交换，并能在新的位置上复制、转录和翻译。在进化、繁殖、病毒感染、基因表达以及致癌基因激活等过程中，基因重组都起重要作用。基因重组也归类为自然突变现象。基因工程是在试管内按人为的设计实施基因重组的技术，也称为重组DNA。
从广义上讲，任何造成基因型变化的基因交流过程，都叫做基因重组。而狭义的基因重组仅指涉及DNA分子内断裂—复合的基因交流。真核生物在减数分裂时，通过非同源染色体的自由组合形成各种不同的配子，雌雄配子结合产生基因型各不相同的后代，这种重组过程虽然也导致基因型的变化，但是由于它不涉及DNA分子内的断裂c复合，因此，不包括在狭义的基因重组的范围之内。
基因重组发生在减数分裂过程和基因工程中（只要有DNA的生物都可以发生）[2]
2.2 基因工程的技术
2.2.1 基因工程的基本工具
2.2.1.1 “分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）
（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。
（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
2.2.1.2 “分子缝合针”——DNA连接酶
(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：
①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。
2.2.1.3 “分子运输车”——载体
（1）载体具备的条件：
①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒
2.2.2 基因工程的基本操作程序
2.2.2.1 第一步：目的基因的获取
1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。
2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。
3.PCR技术扩增目的基因
（1）原理：DNA双链复制
（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
2.2.2.2 第二步：基因表达载体的构建
1. 构建载体的目的
使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。
2. 载体的组成
目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。
（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。
3. 理想载体的要求
①能在宿主细胞中复制繁殖，而且最好要有较高的自主复制能力。
②容易进入宿主细胞，而且进入效率越高越好。
③容易插入外来核酸片段，插入后不影响其进入宿主细胞和在细胞中的复制。这就要求载体DNA上要有合适的限制性核酸内切酶位点。
④容易从宿主细胞中分离纯化出来， 这才便于重组操作。
⑤有容易被识别筛选的标志，当其进入宿主细胞、或携带着外来的核酸序列进入宿主细胞都能容易被辨认和分离出来。这才介于克隆操作。
2.2.2.3 第三步：将目的基因导入受体细胞
1.转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
2.常用的转化方法：
将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。
将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵。
将目的基因导入微生物细胞：
3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。[1]
2.2.2.4 第四步：目的基因的检测和表达
1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子杂交技术。
2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交。
4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
第3章 基因工程的在生活中的应用
3.1 植物基因工程的应用
植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
3.1.1 提高抗逆性
（1）常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。
（2）常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因
（3）其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。[2]
3.1.2 改良植物品质
由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
3.1.3 生产药物
基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、
3.2 动物基因工程的应用
3.2.1 提高动物生长速度
由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。
3.2.2 改善畜产品的品质
基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。
3.2.3 用转基因动物做器官移植的供体
目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。
3.3 基因治疗
1.概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。
2.方法：体外基因治疗和体内基因治疗
体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。
体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。
第4章 基因工程的利弊分析
4.1 转基因技术给人类带来的福祉
4.1.1 转基因技术给农业带来的革命
4.1.1.1 抗病虫害的农作物
目前已经发现了多种杀虫基因，其中应用最广的是Bt毒蛋白基因和蛋白酶抑制剂基因。Bt毒蛋白基因来源于苏云金芽孢杆菌，将该基因转移到植物体后，植物体内能合成Bt毒蛋白，被害虫吞食后可导致害虫死亡；蛋白酶抑制剂基因最早从菜豆中分离，害虫食入它的表达产物后会无法消化某些必需蛋白质从而导致死亡。
4.1.1.2 利用动物生产药物
利用转基因技术，人类把人的基因嵌入到哺乳类动物的受精卵中，使动物乳腺有目的的生产某些蛋白质。例如荷兰科学家利用奶牛生产抗菌素乳铁蛋白、美国科学家实现了利用猪生产以用蛋白质人类蛋白C、法国科学家让转基因兔子生产凝血因子7和红细胞生成素等等
4.1.1.3 转基因技术给医学带来的新思维
目前常用的基因治疗方法有两种：一是将受体细胞在体外培养，导入外源基因后再把重组的受体细胞回输患者体内，让外源基因表达以改善患者症状。二是将外源基因直接注射至机体内，可直接注射DNA，也可以包裹在脂质体内注射，使其在体内转录、表达而发挥治疗作用 [3]
4.2 转基因技术给人类带来的难题
4.2.1 转基因生物可能引起广泛的生态环境安全性问题
4.2.1.1 可能诱发食物链的破坏
完整的食物链是维系自然界万物共生、生态平衡极为重要的一环。一旦食物链遭到破坏，生态环境将会遭到致命威胁。
4.2.1.2 可能引发基因污染
转基因植物是人为地用基因工程技术将某种目标基因转入而获得的。如果这些外源基因由于“基因漂流”而非人为地转入其他有机体，就造成了自然界基因库的混杂或污染。植物和微生物可以使基因污染成为一种难以控制的蔓延性持续性灾难。
4.2.1.3 转基因食物对人体健康的威胁
1. 免疫力问题
转基因生物及其产品有可能降低动物乃至人类的免疫能力，从而对动物及人类的健康安全甚至生存能力产生影响。1998年8月英国科学家披露，实验白鼠在食用转基因大豆后，器官生长异常，体重减轻，免疫系统遭受破坏。
2. 抗药性问题
转基因过程中，为了检测转基因试验是否成功经常将特定抗生素抗性基因作为标记基因。而抗生素都是用来治疗各种非常严重疾病的药物，已有用卡那霉素抗性基因作为标记基因的先例，这种基因制药有单一突变也可以产生氨基丁卡霉素抗性。食用含有这种标记基因的食物后，其抗性基因有一定概率转移到细菌中，使细菌产生抗药性。这意味着一旦某些致病病菌获得这种抗性后，出现某种疾病人类将无药可用。[2]
4.3 基因工程利弊综述
总之，转基因技术是把“双刃剑”，基因工程给我们带来福利的同时也潜伏着威胁。其原因是当前条件下，转基因技术还存在许多不足，还处于不断的发展与完善之中。科学在发展的同时也必然面临许多机遇和的挑战，不管现在谁大于谁，我们坚信科学的发展是永无止境的，现在的问题在以后都不将是问题。
参考文献
[1]董道保. 基因工程原理[Z/OL][ 2010-11-28]
[2]卢炳兵. 基因工程的应用[Z/OL][2012-3-25]
[3] 人民教育出版社课程教材研究所. 现代生物科技专题[M]，北京：高等教育出版社，2007.
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