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1、-/ 国内外基因工程的发展现状及展望 学号：20103164 姓名：王雪 班级：生物工程1003班 摘要：从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。本文主要介绍了现阶段国内外基因工程的发展状况及未来的展望。关键词：基因工程 国内外 发展 展望 1 基因工程的成果1.工程在农业生产中的应用农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改
2、善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的
3、鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、
4、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。1.1.基因工程在国外农业中的应用现状 从20世纪80年代每个科学家获得第一株转基因植物到现在的十几年时间内，农业生物技术的发展日新月异，大量的转基因植物进入了大田试验，有不少转基因作物被批准进入商品化生产。农业生物技术的研究主要集中在美国、加拿大和欧洲的一些发达国家以及南美和亚洲的一些国家。从1987年到1999年1月，美国共批准4779项基因工程作物进入大田试验。从基因工程作物大田试验的种类来看，试验次数最多的是抗除草剂的基因作物，其次是抗病虫害的农作物；从作物品种来看，已经进入大规模测试的农作物有玉米、土豆、番茄、大豆、棉花、瓜类，水稻、小麦等已进入中
5、型规模的大田试验。至1999年，转基因玉米、番茄、土豆、棉花、大豆等均已批准进入市场。据统计，全球消费的农产品中，大豆的60%、棉花的40%、玉米的30%都是经过基因工程改造过。目前，在国外推动基因工程在农业中应用的主导力量并不是政府，而是公司。由于基因技术的巨大潜力和诱人的盈利前景，使一些有远见的大公司纷纷投入巨资从事这一领域的研究与开发，并在一定程度上形成了由少数大公司对这一领域的技术成果垄断的局面。著名的大公司有：美国的孟山都、制药业巨头诺华公司和英国与瑞典合资的阿斯特拉-捷利康公司。1.2、基因工程在我国农业中的应用现状我国的“六五”、“七五”、“八五”攻关项目和国家科委863计划都将
6、基因工程在农业中的应用作为重点支持项目，我国有100多个实验室在从事这项研究工作。其中最有影响的是“北京大学蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室”和“中国农业科学院生物技术中心”总体来说，我国农业基因工程研究的进展是非常迅速的，1997年共有55项转基因申请，经批准环境释放31项，中间试验10项，商品化生产4项；1998年，申请数达到68项，批准环境释放10项，中间试验39项，商品化生产2项。但基因工程在我国农业中的应用还局限在经济作物，如番茄、烟草等方面，大田作物只有水稻和棉花取得了突破，其中抗虫棉花已经进入商品化生产。1999年种植面积达到100万亩左右。从商业价值来看，最有前景的是大田
7、作物的转基因技术，特别是水稻、小麦等粮食作物的转基因技术。因为吃饭问题始终是人类必须面临的问题，我们必须增加粮食作物的单位面积产量，才能在地球有限的耕地上生产出更多的粮食，以便满足人口的不断增长的需要。根据世界粮农组织统计，1998年世界粮食的总产量为19.62亿吨，比1985年有较大幅度的增长，但人均粮食占有量却从1985年的415公斤降到360公斤。世界粮食库存量同消费量的比例降到14%，已低于世界粮农组织确定的保证世界粮食安全最低水平的17%-18%。对于我国这样一个人多地少的国家来说，粮食安全更加重要。全世界每年粮食贸易总量只有2亿吨左右，假如我国粮食欠收1/3左右话，我们必须全部买下
8、这些粮食。这将是多么恐惧的事情！因此，我国政府历来十分重视粮食生产。在所有的粮食作物中，水稻的产量占40%左右，是最重要的粮食品种。2. 基因工程在医学上的发展目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、
9、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。 目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。2.1、基因工程制药2.1.1国外基因工程制药
10、的近况美国是现代生物技术的发源地,又是应用现代生物技术研制新型药物的第一个国家,多数基因工程药物都首创于美国,目前美国在这方面研究开发居世界领先水平。根据美国制药协会( PHRMA) 统计,1982 至1998年底的16 年时间里,美国基因工程药物开发速度非常快,已有53 种基因工程药物获得FDA 批准上市,已使全球6000 多万病人受益。除已上市的药物外, 1998 年美国有350 种生物技术药物处于不同临床阶段。1996 年美国治疗性基因工程药物销售额为70155 亿美元,占美国药品市场销售额的915 % ,2000 年达到140 亿美元,2006 年达到256 亿美元,平均年增长率为13
11、 %。美国现已有约1300 多家与药物相关的生物技术公司(占全世界生物技术公司的三分之二) ,其中大部分为小型公司,形成规模化的只有2家左右。整个生物技术产品销售额的4516 %。据日本通产省估计,到2001 年,日本基因工程药品的总市场将达到3 兆亿日元。欧洲在发展生物药品方面也进展较快,英、德、法、俄等国在开发和研制生物药品方面成绩斐然,在生物技术的某些领域甚至赶上并超过美国。现有约1000 多家生物技术公司,1999 年研发总投入为18 亿美元,总收入2918 美元。特别是德国,其生物技术水平仅次于美、日,居世界第三位。德国70 年代中期就成立了国家生物技术中心,目前有生物技术公司300
12、 多家。欧洲各国把生物技术医药产品视为强劲的经济增长点,据Ward -M报告欧洲生物技术市场资本总额与美国相近,而且投资额几乎成倍增长。2.2基因工程抗病毒疫苗 为人类抵御病毒侵袭提供了用武之地。基因工程乙型肝炎疫苗、狂犬病疫苗、流行性出血热病毒疫苗、轮状病毒疫苗等应用于临床，提高了人类对各种病毒病的抵御能力。 2.3、基因工程治疗疾病 基因治疗有两种途径，一是体细胞的基因治疗，二是生殖细胞的基因治疗。体细胞的基因治疗是将正常的遗传基因导入受精的卵细胞内，让这种遗传物质进入受精卵的基因组内，并随着受精卵分裂，分配到每一个子细胞中去，最终纠正未来个体的遗传缺陷。而生殖细胞的基因治疗是将人类设计的
13、“目的基因”导入患有遗传病病人的生殖细胞内，此法操作技术异常复杂，又涉及伦理，缓行之理充足，故尚无人涉足。 2.4基因工程诊病 运用基因手段诊病，从基因中寻找病根，旨在根治遗传性疾病和为癌症、艾滋病、白痴病之类的“不治之症”寻找新的诊断渠道。目前，聚合酶链反应的基因诊断技术是在基因水平上对人体疾病进行诊断的最新技术。此外，用在法医上，特别是鉴定犯罪，只要在犯罪现场采到一滴血、一根毛发或者微量的唾液、精斑或者单个精子，都可为擒获犯罪提供线索。3. 基因工程应用于环保方面工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化
14、环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造
15、出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。2 基因工程发展前景及展望 由于基因工程运用DNA分子重组技术，能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体，具有新奇遗传性状的新型产物，增强了人们改造动植物的主观能动性、预见性。而且在人类疾病的诊断、治疗等方面具有革命性的推动作用，对人口素质、环境保护等作出具大贡献。所以，各国政府及一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用，抢夺这一高科技制高点。其应用前景十分广阔。我国基因工程
16、技术尚落后于发达国家，更应当加速发展，切不可坐失良机。但是，任何科学技术都是一把“双刃剑”，在给人类带来利益的同时，也会给人类带来一定的灾难。比如基因药物，它不仅能根治遗传性疾病、恶性肿瘤、心脑血管疾病等，甚至人的智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造；还有，尽管目前的转基因动植物还未发现对人类有什么危害，但不等于说转基因动植物就是十分安全的，毕竟这些东西还是新生事物，需要实践慢慢地检验。转基因生物和常规繁殖生长的品种一样，是在原有品种的基础上对其部分性状进行修饰或增加新性状，或消除原来的不利性状，但常规育种是通过自然选择，而且是近缘杂交，适者生存下来，不适者被淘汰掉。而转基因生物远远超出了
17、近缘的范围，人们对可能出现的新组合、新性状会不会影响人类国内外基因工程的发展现状及展望国内外基因工程的发展现状及展望。我国基因工程药物发展方面的问题有以下几点：1、同种产品生产厂家过多，造成市场恶性竞争，严重影响产业的健康发展；2、融资渠道单一、产业发展资金不足； 3、医药市场竞争无序，行业不正之风盛行； 4、企业管理相对滞后，技术兼经营型人才匮乏。医药生物技术在生物技术中一直是最活跃占比重最大的领域。基因工程技术不仅是药物的生产手段, 也是医药学的有力研究手段。进入21世纪时, 基因工程可能成为发现新药的主要科学推动力。但就目前来看, 基因工程毕竟是一项十分复杂的系统工程, 其中的“上游工程
18、”固然十分重要, 如实验室中合适载体宿主系统的建立、目的基因的DNA 序列测定、DNA 片段的化学合成、工程菌的构建及高效表达等, 但从使实验室成果产业化、商品化的角度看,“下游工程”就显得更为重要,如工程菌大规模发酵最佳参数的确立、新型生物反应器的研制、高效分离介质及装置的开发、分离纯化的优化控制、高纯度产品的制备技术、生物传感器等一系列仪器仪表的设计制造、电子计算机的优化控制等。因此, 我们必须花大力气加强“下游工程”的研究和开发,加快“上游工程”的产品化、工业化和商品化的进程。基因工程药物具有特异性强、毒性小、作用机理清楚、活性高等特点, 但仍存在半衰期短、易影响体内环境稳定状态、稳定性
19、差、不宜口服等缺点。为了克服这些缺点, 需研究更合适的表达载体, 对有效成分进行修饰和改构, 提高药物分子的稳定性, 研究靶向、缓释等药物剂型, 限制作用部位与作用浓度以减轻副作用, 改进生产及纯化方法, 研究药物配伍疗法等。更重要的是发挥基因工程的研究作用, 促进合理药物设计。3 结论 展望21世纪，将是基因工程迅速发展和日臻完善的世纪，也是基因工程产生巨大效益的世纪。基因工程技术使药品开发发生了根本性的转变。传统的 药品开发方式是在大量的化学合成物质和微生物代谢产物中 进行随机筛选，得到其中的有效成分作为新的药物。采用基因 工程技术开发新药，是通过对致病机理的研究，找到那些可用 于治疗目的
20、的有效成分以及其编码基因，经过基因重组将其 转入适当的载体，大量表达其有效成分作为治疗药物。同时， 基因工程技术给药品生产技术带来了革命性变化。过去一些 生产困难的产品，如激素、酶、抗体等一些生物活性物质，通过 基因工程手段可以高质量、高收率地付诸生产，同时生产成本 也大幅度降低，提高了患者的用药水平和生活质量。今后，人们不仅会在分离基因和转基因的技术上取得重大突破，还会加速基因工程产业化的速度，形成一定的生产规模。基因工程在医药卫生、食品工业、农牧业、环境保护等方面都将有广阔的发展前景。参考文献1张惠展，基因工程概论，华东理工大学出版社，1999 2尉民, 乐宁, 夏红民.转基因生物及其产品
21、的风险与管理.生物技术通报3朱宝泉，基因工程技术在医学工业中的应用及进展1997(2) 4方鹏，基因工程应用简述 J ，辽宁师专学报.2004.6(2): 29- 305马建刚，基因工程原理第二版西安西安交通大学出版社，20076楼士林，杨盛昌，龙敏南，等.基因工程M.北京：科学出版社，2002.7李庆军，董艳桐，施冰.植物抗虫基因的研究进展J.林业科技，2002，27(2)：22 26. 8中国生物工程杂志, Progress In Biotechnology, 编辑部邮箱 1982年 02期9 Bernhard J.Ralph, 朱金贵. 生物工艺学当前发展水平J. 世界科学, 1980,(03)10陈章良 潘乃生物工程进展 1989 第3期 - 维普资讯网11邱泽生.基因工程.北京：首都师范大学出版社，1992.12李庆军，董艳桐，施冰.植物抗虫基因的研究进展J.林业科技，2002，27(2)：22 26. 13周黎,柯传奎.基因工程药物研究现状与对策J.生命科学仪器2004,4(1):22基因工程课程结业综述姓 名：王 雪学 号： 2 0 1 0 3 1 6 4 班级：生物工程1003班生命科学与工程学院