漫说基因工程（读书笔记）

漫说基因工程
基因工程技术诞生于20世纪70年代，是生命科学领域中具有代表性的新兴生物技术。基因承载着每一个生物个体的遗传密码，基因工程就是要破译这些遗传信息，并采用生物学技术对生物体进行DNA重组，从而为人类服务。
运用基因工程技术，可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，可以培养出具有特殊用途的动植物。
基因工程技术还可以应用在医疗及食品安全领域。
.基因的秘密
基因里藏着生物体的遗传信息，它是最小的遗传物质功能单位。准确地传递遗传信息给下一代，就可以保证生物体遗传性状的稳定。
修道士孟德尔研究豌豆的遗传现象，定义了“遗传因子”，提出了孟德尔定律。
1909年，丹麦生物学家约翰逊根据希腊文“给予生命”之义创造了“gene”（基因）这个词。“基因”与“遗传因子”相比更简洁上口。
之后，摩尔根采用将基因与生物体的某个特定的染色体联系起来的方法对果蝇杂交进行研究，使遗传规律得到了发展。
德国生物化学家布赫纳发现，酵母中的一种起催化作用的特殊混合物是酿酒的关键。此后，科学家不断发现此类物质，并定名成“酶”。继而科学家研究得出“一种基因一种酶”的假说。
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1944年，艾弗里的小鼠肺炎双球菌转化实验证实了DNA分子就是遗传信息及基因的载体。
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DNA的分子结构
1953年，沃森和克里克首先提出了DNA分子的双螺旋结构模型，威尔金斯则提供了照片来佐证。
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大肠杆菌
1964年，尼伦伯格等人经过多年实践破译了几乎对所有生物都适用的大肠杆菌的遗传密码。1966年，破译了全部64个大肠
杆菌的密码子，并编排了密码表。
什么是基因工程
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基因工程是20世纪70年代初发展起来的新技术，标志着人类已经进入定向控制遗传性状的新时代。
基因工程是把一种生物（供体）的遗传物质通过无性方式导入另一种生物（受体）中去，从而形成具备新的遗传特性的生物类型的遗传操作。
基因工程的操作流程如下：
1）从供体提取DNA大分子。
2）用工具酶的切割基因供体的DNA片段。
3）在体外把供体DNA片段和可以自我复制的载体DNA分子连接起来。
4）将重组的DNA分子转移到受体细胞。
5）短时间培养转化细胞，以扩增DNA重组分子。
6）筛选和鉴定扩增的受体细胞，获得稳定的基因工程细胞。
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把基因工程细胞进行大规模培养，获得大量外源基因表达产物，就可进一步建立基因工程新产品。
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DNA复制指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程，复制的结果是一条双链变成两条一样的双链。
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DNA转录指遗传信息由DNA转换到RNA的过程。
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DNA翻译指将转录的RNA的遗传信息转移到蛋白质氨基酸序列的过程。
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基因工程有以下两大特
征：
第一个特征是外源基因在不同的宿主生物中繁殖，可以把来自任何一种生物的基因放置到新生物中，而两种生物之间可以毫无亲缘关系。
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第二个特征是一个DNA小片段在新的宿主细胞中进行扩增，实现了少量DNA样品“拷贝”出大量的没有受任何其他DNA序列污染的DNA分子群体。
基因工程的诞生与发展
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1972年，美国的贝尔格和杰克逊等人将猿猴病毒SV40基因组DNA、λ噬菌体基因以及大肠杆菌半乳糖操纵子在体外重组获得成功。
1973年，斯坦福大学的科恩和鲍伊尔等人在体外构建出含有四环素和链霉素两个抗性基因的重组质粒分子，将其导入大肠杆菌后重组质粒可以稳定复制，并且受体细胞呈现出相应的抗生素抗性。
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也就是说，原本不具备光合反应和抗生素合成特性的大肠杆菌具备了其他生物所固有的特殊的生物代谢途径与功能。基因工程由此诞生了。
然而，科学界对这项新技术的回应则是：禁止此类实验的继续开展。
科恩本人也担心两种不同生物的基因重组有可能为自然界创造出一个不可预知的危险物种，甚至给人类带来灭顶之灾。
1975年西欧几个国家签署公约，限制基因重组的实验规模，1976年美国政府也制定法规进行限制。进入21世纪，依然有少数国家对其进行限制。
1972—1976年科学家改造了DNA重组的载体和受体系统的安全性，建立了一套严格的DNA重组实验室设计与操作规范。
1978年，美国基因科技公司开发出利用重组大肠杆菌合成可用于人体的胰岛素，基因工程由此开始了产业化发展。
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从1982年的转基因小鼠到1997年的“多利”绵羊，从1990年美国首次批准人体基因治疗到2008年美国和日本几乎同时实现了分化终端的细胞向干细胞的转化。可以相信，人类距复制或定制自身组织器官的时代不远了。
基因工程也是一场革命
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基因工程的诞生简化了生物物种的进化程序，加快了物种的进化速度，并把人类的健康生活引领到新的层次。基因工程技术使设计构建新的物种成为可能。人类和其他生物体的遗传信息可以被搜寻、分离和鉴定。
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基因工程是第四次工业革命。
在医药领域，越来越多的基因工程药物得到广泛应用。
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在轻工食品业，基因工程技术促进了添加剂的大规模生产。
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在能源开采方面，DNA重组技术构建的新型微生物能大大提高石油的二次开采效率。
在环境保护方面，可以解决“三废”问题的基因工程微生物种群也大显身手。
蛋白芯片
在信息产业中，采用基因工程技术有望制成速度更快、体积更小的蛋白芯片，生物电脑将走进人们的生活。
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在农林畜牧业中，采用基因工程生产出的“生物农药”可以有效杀虫，同时不污染环境。经过基因改良的品种质量更高。
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在医学领域，如血友病、先天性免疫缺陷综合征等曾经的不治之症被重新定义为“分子病”，可以通过基因注射和基因转移等技术达到标本兼治的目的。
也许某一天人们可以通过基因工程巧妙地操控决定细胞寿命关键基因的开关，到时返老还童将不再是梦想。
何为基因突变
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基因突变通常产生在细胞分裂间期——DNA的复制过程中。
脱氧核糖核酸的复制、DNA损伤修复、癌变和衰老都会影响基因突变，同时基因突变也是生物进化的因素之一。
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基因突变的研究为遗传学的研究提供突变型，为育种工作提供素材，所以它在科学研究和实际生产上具有双重意义。
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不论什么类型的突变都具有随机性、低频性、可逆性、
不论什么类型的突变都具有随机性、低频性、可逆性、不定向性以及表现出利少害多的特点。
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基因突变可以是自发的也可以是诱发的，二者没有本质区别。
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人类通过诱发使其他生物产生多样的基因突变，就可以根据需要选育优良品种。
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虽然基因突变可以带来一些好处，但多数突变对生物本身来讲是有害的。人类癌症的发生也和基因突变有密切关系。
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在病虫害防治上，可以通过诱变剂使害虫发生
致死或条件致死的突变，害虫继续繁衍会产生致死或不育的子代。
何为基因重组
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基因重组指由于不同DNA链断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合形成新DNA分子的过程。它是生物遗传变异的一种机制。
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原核生物基因重组有转化、转导和接合等方式。
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转化指受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象。
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通过噬菌体媒介，将供体细胞DNA片段带进受体细胞中，使后者获得前
者的部分遗传性状的现象，称为转导。
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接合指供体菌和受体菌的完整细胞直接接触而使大段DNA遗传信息传递的现象。细菌和放线菌都有接合现象。
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高等动植物中的基因重组通常在有性生殖过程中进行，即性细胞成熟发生减数分裂时，同源染色体的部分遗传物质发生交换，导致基因重组。
生物的杂交育种依赖基因重组，生物圈的繁衍、进化和繁荣昌盛也离不开它，基因重组是基因工程的关键内容。
克隆技术
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孙悟空在危急时刻总会拔下猴毛变出一大群猴子，孙悟空克隆自己的技能相当了得，但这只是神话。
现在克隆技术的基本过程如下：
1）将含有遗传物质的供体细胞核移植到去除细胞核的其他细胞中。
2）利用微波电流刺激使它们融为一体。
3）促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎。
4）当胚胎发育到一定程度后，将其植入动物子宫中。
5）受孕动物分娩，产下与供体基因相同的后代。
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克隆羊的过程
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这种以单细胞培养出的克隆动物，具有与单细胞供体完全相同的特征，是单细胞供体的复制品。
英国科学家和美国科学家
先后培养出了克隆羊和克隆猴，克隆技术的成功，被人们称为“历史性的事件、科学的创举”。
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克隆羊多利6岁就死了，有的科学家认为这是早衰症状。
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但是美国华裔科学家杨向中用一头13岁的母牛细胞克隆了10头牛犊，克隆牛的染色体端粒和自然生长的同龄小牛无差别（曾有观点认为克隆动物短寿的原因是染色体端粒短）。由此证明了克隆后代没有早衰现象。
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虽然克隆技术在理论上适用于人类克隆，但如果真的克隆出人类，人类生命伦理也将面临极大的挑战。
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科技发展进步的同时由其引起的许多伦理、道德和法律问题需要科学家和全人类共同思考。
说一说转基因
DNA修饰技术如装修房子
DNA修饰技术，类似于装修房子，即DNA的原有排列不被改变，根据目的要求在DNA上“抹灰喷涂料”，从而改变DNA的表达。
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转基因技术就是把人工分离和修饰过的基因导入到生物体的基因组中，由此使生物体的性状表现出可遗传的修饰。
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转基因与杂交不同，利用转基因技术可以创造新染色体，改变动植物性状，培育新品种，具有更大的随机性和不确定性。
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植物 动物
转基因植物是基因组中含有外源基因的植物。转基因动物就是基因组中含有外源基因的动物。
2011年ISAAA年度报告显示
经转基因技术修饰的生物体，在媒体上常被称为遗传基因被改造体，或转基因生物。
转基因食品指以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品。在转基因食品的生产过程中，利用分子生物学技术将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变。
随着转基因问题成为热点，越来越多的人开始关注转基因，也出现诸多纷争。到目前为止，还没有对转基因产品成分的详细化验结果和长期的安全跟踪研究数据。
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基因工程的实际应用
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微生物基因组研究发展迅速。微生物与其他生物体相比结构简单且基因组较小，研究周期短。各个国家普遍参与并关注该领域的发展。
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当前病原微生物的变异和致病机制复杂多样，对于人类而言，对病原微生物基因组研究最重要的价值就在于疫苗的设计以及新型抗微生物药物的开发。
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大肠杆菌是人体正常菌群中的一个重要成员，在基因工程的发展中也一直被作为基因组的模式生物。人类早已对其进行了基因组序列的测定。
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在工业领域，微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。工业微生
物基因组研究发现了新的特殊酶基因以及功能基因。
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在农业领域，全球每年因病害导致的农作物减产高达20%，农业微生物基因组研究可以弄清治病机制，制定控制病虫害的对策。
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在经济社会全面发展的同时，带来了资源的浪费和环境的恶化。微生物基因组研究可以找到关键的基因来降解不同的污染物，从而起到保护环境的作用。
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有些微生物可以在极端环境下生长，它们具有很强的适应性，研究极端环境微生物基因组对探秘生命本质的意义重大。
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古生菌基因组工程是一门新兴学科，古生菌在进化研究中具有特殊地位。其生物学知识相对很少，加深对其遗传基础的认识有助于我们更好地开发和利用。