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  蕭擎峰 2005-12-09 00:00:00

  用藥物 或電離、幅射等

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  George926798 2005-12-09 00:00:00

  基因工程即重組DNA技術(shù)，是指對(duì)不同生物的遺傳基因，根據(jù)人們的意愿，進(jìn)行基因的切割、拼接和重新組合，再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi)，產(chǎn)生出人們所期望的產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新的遺傳特征的生物類(lèi)型。世界上diyi批重組DNA分子誕生于1972年，次年幾種不同來(lái)源的DNA分子裝入載體后被轉(zhuǎn)入到大腸桿菌中表達(dá)，標(biāo)志著基因工程正式登上歷史舞臺(tái)。 基因工程徹底改變了傳統(tǒng)生物科技的被動(dòng)狀態(tài)，使得人們可以克服物種間的遺傳障礙，定向培養(yǎng)或創(chuàng)造出自然界所沒(méi)有的新的生命形態(tài)，以滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)的需要。 基因工程的操作步驟 基因工程一般包括四個(gè)方面的基本內(nèi)容：一是取得符合人們的要求的DNA片段，這種DNA片段被稱(chēng)為“目的基因”；二是將目的基因與質(zhì)粒或病毒DNA連接成重組DNA（質(zhì)粒和病毒DNA稱(chēng)作載體）；三是把重組DNA引入某種細(xì)胞（稱(chēng)為受體細(xì)胞）；四是把目的基因能表達(dá)的受體細(xì)胞挑選出來(lái)。DNA分子很小，其直徑只有20埃，約相當(dāng)于五百萬(wàn)分之一厘米，在它們身上進(jìn)行“手術(shù)”是非常困難的，因此基因工程實(shí)際上是一種“超級(jí)顯微工程”，對(duì)DNA的切割、縫合與轉(zhuǎn)運(yùn)，必須有特殊的工具。首先，要把所需基因——目的基因從供體DNA長(zhǎng)鏈中準(zhǔn)確地剪切下來(lái)。1968年，沃納·阿爾伯博士、丹尼爾·內(nèi)森斯博士和漢密爾·史密斯博士diyi次從大腸桿菌中提取出了限制性?xún)?nèi)切酶能夠在DNA上尋找特定的“切點(diǎn)”，認(rèn)準(zhǔn)后將DNA分子的雙鏈交錯(cuò)地切斷。人們把這種限制性?xún)?nèi)切酶稱(chēng)為“分子剪刀”。這種“分子剪刀”可以完整地切下個(gè)別基因。自70年代以來(lái)，人們已經(jīng)分離提取了400多種“分子剪刀”，其中許多“分子剪刀”的特定識(shí)別切點(diǎn)已被弄清。有了形形的“分子剪刀”，人們就可以隨心所欲地進(jìn)行DNA分子長(zhǎng)鏈的切割了。由于限制性?xún)?nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)，阿爾伯、史密斯和內(nèi)森斯共享1978年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 DNA的分子鏈切開(kāi)后，還得縫接起來(lái)以完成基因的拼接。1976年，科學(xué)在5個(gè)實(shí)驗(yàn)室里幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，這種酶可以將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)，修復(fù)好DNA鏈的斷裂口。1974年以后，科學(xué)界正式肯定了這一發(fā)現(xiàn)，并把這種酶叫作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了名符其實(shí)的“縫合”基因的“分子針線(xiàn)”。只要在用同一種“分子剪刀”剪切的兩種DNA碎片中加上“分子針線(xiàn)”，就會(huì)把兩種DNA片段重新連接起來(lái)。 把“拼接”好的DNA分子運(yùn)送到受體細(xì)胞中去，必須尋找一種分子小、能自由進(jìn)出細(xì)胞，而且在裝載了外來(lái)的DNA片段后仍能照樣復(fù)制的運(yùn)載體。 基因的理想運(yùn)載工具是病毒和噬菌體，病毒不僅在同種生物之間，甚至可以在人和兔培養(yǎng)細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。還有一種理想的載體是質(zhì)粒。質(zhì)粒能自由進(jìn)出細(xì)菌細(xì)胞，當(dāng)用“分子剪刀”把它切開(kāi)，再給它安裝上一段外來(lái)的DNA片段后，它依然如故地能自我復(fù)制。因此，它是一種理想的運(yùn)載體。有了限制性?xún)?nèi)切酶、連接酶及運(yùn)載體，進(jìn)行基因工程就如可以愿以?xún)斄恕? 把目的基因裝在運(yùn)載體上，運(yùn)載體將目的基因運(yùn)到受體細(xì)胞是基因工程的Z后一步。一般情況下，轉(zhuǎn)化成功率為百萬(wàn)分之一。為此，遺傳工程師們創(chuàng)造了低溫條件下用氯化鈣處理受體細(xì)胞和增加重組DNA濃度的辦法來(lái)提高轉(zhuǎn)化率。采用氯化鈣處理后，能增大體細(xì)胞的細(xì)胞壁透性，從而使雜種DNA分子更容易進(jìn)入。目的基因的導(dǎo)入過(guò)程是肉眼看不到的。因此，要知道導(dǎo)入是否成功，事先應(yīng)找到特定的標(biāo)志。例如我們用一種經(jīng)過(guò)改造的抗四環(huán)素質(zhì)粒PSC100作載體，將一種基因移入自身無(wú)抗性的大腸桿菌時(shí)，如果基因移入后大腸桿菌不能被四環(huán)素殺死，就說(shuō)明轉(zhuǎn)入獲得成功了。 目的基因：所謂目的基因就是我們想要的基因片段，它在生物體內(nèi)能表達(dá)產(chǎn)生所要蛋白產(chǎn)物。生物界的基因有上億個(gè)，多數(shù)存在于染色體上，少數(shù)存在于細(xì)胞質(zhì)中。取得目的基因的辦法是用“分子剪刀”剪切供體DNA分子，把它切成一些比基因略長(zhǎng)的片段，然后再?gòu)闹姓页霭枘康幕?因的DNA片段。到目前為止，人們用這種方法已分離出40種大腸桿菌蛋白質(zhì)基因、雞的組蛋白基因等。另一種獲得目的基因的方法是人工合成。隨 著技術(shù)的進(jìn)步，已有用于自動(dòng)測(cè)定DNA順序的專(zhuān)門(mén)儀器和自動(dòng)合成DNA儀器。還有一種基因合成方法是模板合成。基因工作指令的傳遞是按照“DNA- RNA-蛋白質(zhì)”這一方向進(jìn)行的，相反的信息傳遞即由RNA-DNA也存在。基因模板合成法就是先以信使RNA為模板，反向轉(zhuǎn)錄出一條DNA單鏈，再以互 補(bǔ)的方式加倍成DNA雙鏈。用這種方法人們已先后合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。 載體：目的基因片段很難直接轉(zhuǎn)入生物體細(xì)胞，而且由于它自身常無(wú)DNA復(fù)制所需信息，在細(xì)胞分裂時(shí)不能復(fù)制給子細(xì)胞，就會(huì)丟失，所以人們要把它連在一些能獨(dú)立于細(xì)胞染色體之外復(fù)制的DNA片段上，這些DNA片段就叫載體。常用的載體有質(zhì)粒和病毒。當(dāng)然載體還有其它作用，如促進(jìn)目的基因轉(zhuǎn)化、表達(dá)等。人們對(duì)天然質(zhì)粒及病毒進(jìn)行了一系列改造，如加上耐藥性基因片段等，提高基因的轉(zhuǎn)化、篩選、表達(dá)效率。 限制性?xún)?nèi)切酶： 在細(xì)菌內(nèi)存在的一類(lèi)能識(shí)別并水解外源DNA限制性?xún)?nèi)切酶，它具有極好的專(zhuān)一性，能識(shí)別DNA上的特定位點(diǎn)，將DNA的兩條鏈都切斷，形成粘性末端或平末端。DNA經(jīng)限制性?xún)?nèi)切酶切割后產(chǎn)生的具有堿基互補(bǔ)單鏈的末端稱(chēng)為粘性末端。限制性?xún)?nèi)切酶的生物學(xué)功能在于降解外面侵入的DNA而不降解自身細(xì)胞的中的DNA，因自身DNA的酶切位點(diǎn)經(jīng)修飾酶的甲基化修飾而受到保護(hù)。限制性?xún)?nèi)切酶較為穩(wěn)定，常用的約100多種，并已大多轉(zhuǎn)化為商品。限制性?xún)?nèi)切酶在分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA的限制酶圖譜、測(cè)定較長(zhǎng)DNA序列以及基因的分離、基因的體外重組等研究中是 不可缺少的重要工具酶。 轉(zhuǎn)化：重組DNA進(jìn)入受體的過(guò)程叫“轉(zhuǎn)化”，得到重組DNA的細(xì)胞叫“轉(zhuǎn)化細(xì)胞”。目的基因難以直接送進(jìn)受體細(xì)胞。因?yàn)榈厍蛏系纳锒际情L(zhǎng)期歷史進(jìn)化的產(chǎn)物，都有保衛(wèi)自身不受異種生物侵害和穩(wěn)定地延續(xù)自己種族的功能。如果外來(lái)的DNA闖進(jìn)受體細(xì)胞，受體細(xì)胞就會(huì)把它“消滅”。當(dāng)外來(lái)的DNA進(jìn)入大腸桿菌時(shí)，大腸桿菌內(nèi)部的內(nèi)切酶就會(huì)使其“粉身碎骨”。因此，目的基因的直接導(dǎo)入往往不通。在這種情況下，生物工程師們就要采用DNA重組技術(shù)。首先將目的基因與質(zhì)粒經(jīng)過(guò)內(nèi)切酶的“裁剪”，然后靠連接酶的作用，將目的基因和質(zhì)粒（或病毒DNA）重新組合起來(lái)形成重組DNA。重組DNA就能在質(zhì)粒（或病毒DNA）的“帶領(lǐng)”下進(jìn)入受體細(xì)胞。

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