《土壤微生物生态工程》— 基因工程（23）

基因工程是指人们利用分子生物学的理沦和技术，自觉设计、操作、改造和重组细胞的遗传核心——基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大限度地满足人类活动的需要。基因工程是一种按人们的构思和设计，在试管内操作遗传物质，并最终实现改造生物的新技术。

（一）基因工程的基本操作

1．目的基因的取得

选择目的基因的途径有3种：①选择适宜的给体细胞，以便从中采集分离到有生产意义的目的基因；②通过反转录酶的作用由mRNA合成cDNA(互补DNA)；③用化学方法合成特定功能的基因。

2．优良载体的选择

载体必须具备下列几个条件：①是一个有自我复制能力的复制子；②能在受体细胞内大量增殖，有较高的复制率；③最好只有一个限制性内切酶的切口，使目的基因能固定地整合到载体DNA的一定位置上；④载体上必须有一种选择性遗传标记，如具有四环素、氨苄青霉素等的抗性基因，以便及时把极少数“工程菌”选择出来。目前，原核受体细胞的载体，主要有细菌质粒（松弛型）和λ噬菌体两类。真核细胞的载体，动物方面主要有SV40病毒，植物方面主要是Ti质粒。

3．目的基因与载体DNA的体外重组

对目的基因与载体DNA均采用限制性内切酶处理，从而获得互补黏性末端或人工合成黏性末端。然后把两者放在较低的温度(5～6℃)下混合“退火”。由于每一种限制性内切酶所切断的双链DNA片段和黏性末端有相同的核苷酸组分，所以当两者相混时，凡黏性末端上碱黏基互补的片段，就会因氢键的作用而彼此吸引，重新形成双链，这时，在外加连接酶的作用下，供体的DNA片段与质粒DNA片段的裂口处被“缝合”，形成一个完整的有复制能力的环状重组体——嵌合体。

4．重组载体引入受体细胞

体外反应生成的重组载体只有将其引入受体细胞后，才能使其基因扩增和表达。受体细胞可以是微生物细胞，也可以是动物或植物细胞。目前使用最广泛的是微生物细胞是E．coli，其次为枯草杆菌和酿酒酵母。

把重组载体DNA分子引入受体细胞的方法很多。若以重组质粒作载体时，可以用转化的手段；若以病毒DNA作重组载体时，则用感染的方法。

在理想情况下，上述重组载体进入受体细胞后，能通过自主复制而得到大量扩增，从而使受体细胞表达出供体基因所提供的部分遗传性状，受体细胞就成了“工程菌”。

（二）基因工程的应用

1．基因工程在医药业中的应用

利用基因工程生产蛋白类药物，可提高产量，降低成本。如干扰素是一种蛋白质，能抑制癌细胞增殖，增强身体的防御功能。前田进博士采用基因工程技术，使蚕生产人干扰素获得成功。他发现，附在蚕体内的NPV（核多角体病毒）增殖效果好，在蚕的一个细胞核中可以堵至100万个。他把带有干扰素基因的重组体NPV接种到蚕体内，蚕便在体液中分泌出干扰素。

2.基因工程在医学上的应用

遗传病是长期困扰人类的一类不治之症，迄今已发现的有3000多种。其根源于遗传基因存在缺陷，主要特征是可随生育而传代。基因疗法就是通过向人体细胞的基因组置换“坏了的”基因，或引入外源的正常基因治疗疾病的方法。如血友病的病根在于血液中缺乏凝血因子Ⅷ。它是一种化学结构不很稳定的蛋白质。如今，可用人工的方法将产生凝血因子Ⅷ的基因提取出来，然后将其转移到患者的细胞基因组中，弥补遗传缺损，从而能够产生正常的凝血因子Ⅷ，使体内血液循环正常。

3.基因工程在农业上的应用

1991年初，美国DNA植物技术公司的科研人员同时栽种了三批烟草植株。数月之后，其中一批由于遭受土壤中真菌的感染而严重损害；另一批由于使用了市售的化学杀菌剂而生长良好。而在第三批烟草植株上，它们没有使用任何杀真菌剂，却生长得特别旺盛，收获产量比前两批的都高。这是因为这批烟草并非普通烟草，而是基因重组的产物。

真菌的细胞壁中有一种重要成分叫几丁质，几丁质如果受到破坏，真菌就无法肆虐。自然界有一细菌天然含有能产生几丁质酶的基因，产生的几丁质酶是破坏几丁质的最有效催化剂。美国DNA植物技术公司的科研人员从一种细菌中发现了这种基因，并且运用基因工程技术把它插进了烟草植株中，于是诞生了具有抗真菌能力的新型烟草。

除了应用基因工程使作物获得抗真菌、细菌和线虫的能力外，目前还正在试图利用基因工程手段提高作物的抗逆性和营养价值。科学家们预言，若能用基因工程将固氮基因插入各种非豆科植物染色体组内，则可将空气中的氮直接转化为植物生长所需的氮，那将是农业生产的一次大的飞跃。

4．基因工程在工业方面的应用

有一种超级细菌，能快速分解石油，可用于清除被石油污染的海域。这种超级菌是美国科学家用基因工程方法，把降解不同石油化合物的基因移植到一个菌株内而产生的。

氢气在燃烧过程中，除释放能量外，产生的废物只有水，不会造成环境污染，被称为理想、清洁的燃料。一些水中生长的微生物在光照下，会不断地将水分解，放出氢气，然后可用容器将氢气收集起来。日本一研究所以提高光合作用微生物生产氢的效率为目标，正在利用基困重组技术，改良微生物，以大幅度地提高生产氢气的能力，为利用微生物生产氢气尽早投入实际生产和应用创造条件。