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随着生物学研究技术的不断革新，病毒学的发展大致经历了如下三个阶段。 如表1－4所示，自1979年底以来，不少人和动物的干扰素基因已经克隆成功。人
干扰素基因在原核细胞中已可高效表达，每升大肠杆菌菌液可以生产lmg干扰素，相当于2～3×108国际单位干扰素。采用DNA重组技术生产的干扰素具有与自然干扰素相同的生物学活性。采用基因工程技术还可以把几个不同型别的干扰素基因拼接起来，生产具有不同性格的自然界所没有的活性多肽物质，例如把αD－αA基因拼接后产生的干扰素，既具有具αD的某些性状，又具有αA的一些性状。所以DNA重组技术为生产人造抗病毒多肽物质开辟了一条新途径。 人工合成一个DNA片段，含有一定的酶切点以及所需要的序列。．加上人工合成的接头，造成一定的内切酶粘性末端；用末端转移酶在3′端加上dA－dT，或 dC－dG后进行接连；．使粘端修饰成平端，或用Bal 3l修饰后，再进行平端连接；．T4DNA 连接酶进行平端连接；．T4DNA 连接酶进行粘端连接；．人类遗传病的基因治疗。．利用病毒基因组中的基因表达增强子；．高效表达真核基因，用于研制病毒疫苗或生产多种活性多肽物质；．研究真核基因表达调控原理；．在动物病毒载体中，要考虑基因表达增强子的作用。而在λ噬菌体，目前尚未见报道。．在病毒载体中，还没有有效的可以控制病毒基因转录的具体方法。而在λ噬菌体的克隆实验中，可以采用λcIts857的溶原性细菌或带有cIts857的质粒来控制PL启动子。采用这样的系统，就可以表达许多对细菌本身有毒性的多肽。动物病毒作为载体，首先要求对该病毒的转录机制有清楚的了解。因为在大多数情况下，真核基因克隆的目的是要使插入基因能够高效表达；而在λ或M13噬菌体的大多数工作中，基因克隆的目的大都是为了使外源性DNA进行扩增或者进行序列分析。．作为载体的多数病毒基因的非必需区比较短。在设计λ噬菌体载体时，最简单的途径就是先确定一个对溶细胞性生长不必要的基因片段，然后在这一非必需区替代外源性DNA；在设计动物病毒载体时，外源性DNA往往代替了病毒基因的必需区。因此，重组病毒是绝对缺损性的，必须在辅助病毒存在的条件下才能繁殖，或者在染色体中已整合有辅助病毒基因的细胞中才能生长。再者，能够作为感染性病毒繁殖的重组DNA分子大小，还要受到病毒颗粒包装容量的限制，还没有动物病毒的试管内包装系统。可以制备单一成分病毒疫苗，也可以制备同一病毒的多个成分的病毒疫苗。可以完全去除病毒基因中具有潜在危害性的部分，例如某些病毒的致癌基因；如采用重组病毒系统，例如痘苗病毒，易于制备同一载体的多价病毒疫苗；可以生产尚无敏感细胞的病毒疫苗，例如乙型肝炎病毒表面抗原疫苗；生产成本可以大幅度降低；年代以来，分子生物学有了飞跃的发展，新技术、新方法的应用，使病毒学的研究焕然一新。在这一时期内基本上弄清了DNA和RNA病毒的繁殖机理，发现了一类亚病毒，建立了许多病毒基因组的无性繁殖系；阐明了某些病毒的结构与功能的关系和一些病毒的基因表达调控原理；搞清了有48，502对核苷酸的λ噬菌体DNA的全结构（Sanger et al 1982）以及许多动物病毒基因组的一级结构，甚至具有十几万对核苷酸的EB病毒基因组的序列分析也已完成（Epstein，个人通讯1984）。分子病毒学在理论上的迅速发展，给病毒性疾病的防治实践带来了新的突破。如果说，由受染动物组织制备的病毒疫苗为第一代产品；由受染组织培养细胞制备的为第二代；那么，采用DNA重组技术生产的病毒疫苗则为第三代。口蹄疫病毒基因工程疫苗在进行动物实验，乙型肝炎病毒疫苗也已经研制成功。DNA重组技术不仅更新了病毒疫苗，对预防病毒性疾病将做出重大的贡献；而且也使抗病毒治疗发生了革命性的变化。例如，具有广谱抗病毒活性的多肽物质——干扰素，在我国也已经可以采用基因工程技术，由细菌发酵来生产（侯云德等1982，1983，1984）。DNA重组技术为生产新的多肽类药物，开辟了一条新的途径。1892年ИBAHOCКИЙ发现病毒以来，病毒学在人类与病毒性疾病长期斗争的实践中，已逐步发展成为在生物学界和医学界中一门十分重要的学科。鉴于象乙型肝炎、流行性出血热、病毒性脑炎、病毒性肺炎、流行性感冒等一些病毒性疾病在我国还比较严重，所以病毒学在我国卫生保健事业中占有十分重要的地位。
基因工程的应用
基因工程已经成为生物科学中不可或缺的一部分.也是最令人类充满无限遐想的一门科学.自从解开人类基因组后,长生不老等就古老的传说又再度流行起来.尽管现在的基因技术还不能做到让你真的长生不老,但是基因疗法等技术的出现已经让人们看到了基因工程的生命力.本文从环境保护,军事等方面浅谈了基因工程的应用.
目前世界许多国家将生物技术,信息技术和新材料技术作为三大重中之重技术,而生物技术可以分为传统生物技术,工业生物发酵技术和现代生物技术.
现在人们常说的生物技术实际上就是现代生物技术.现代生物技术包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等五大工程技术.其中基因工程技术是现代生物技术的核心技术.基因工程的核心技术是DNA的重组技术,也就是基因克隆技术.既然基因工程这么重要,那么什么是基因工程呢?
基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子,构成遗传物质的新组合,并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内,而能持续稳定地繁殖.根据这个概念,人们可以从一个生物的基因中提取有用的基因片断,植入到另外一个生物体内,从而使该生物获得某些新的遗传性状.从而获得所需要的新的生物的变种.运用基因工程可以加快生物的变异,并使生物的变异朝着有益于人类的方向发展.而且,基因工程是处在分子水平上的操作,因而可以跨越不同的物种进行操作.大大改善了传统的只能同类生物杂交并且不能控制变异方向的方法.例如,传统的水稻培养方法是让很多不同的水稻杂交,然后将种子都培养成水稻,再从中选择优良的品种.但是这种方法不仅工作量大,而且效果也不是很好.根据DNA重组原理,有些隐性性状大约只有1/4的概率能表达出来.这样就做了大量的无用功.但是利用基因工程,我们只需要从不同的水稻中提取所需要表达出来的性状的核苷酸组合,将其移植到另外的水稻上,就可以表达出来.这样做,大大节省了工程的周期,也提高了基因性状表现的精确度.另外,不同种的生物一般是不能交配的.例如鱼和牛,就不能进行交配而生出下一代.但是利用基因工程,我们可以把鱼的某些基因移植到牛的受精卵上,或者把牛的基因移植到鱼的受精卵上,加以培养,就可以产生既有牛的性状又有鱼的性状的新的物种.虽然基因工程有这么多的好处,但是也不是说可以滥用的.因为每种生物经过适者生存的自然选择,都能适应所处的生存环境.如果移植了外来的基因,可能会打破其体内的细胞的平衡,从而导致细胞的快速衰老甚至死亡.可见,基因工程要正确处理好细胞的相容性.
那么,基因工程都有那些应用呢?
一:在生产领域,人们可以利用基因技术,生产转基因食品.例如,科学家可以把某种肉猪体内控制肉的生长的基因植入鸡体内,从而让鸡也获得快速增肥的能力.但是,转基因因为有高科技含量, 怕吃了转基因食品中的外源基因后会改变人的遗传性状,比如吃了转基因猪肉会变得好动,喝了转基因牛奶后易患恋乳症等等.华中农业大学的张启发院士认为：“转基因技术为作物改良提供了新手段,同时也带来了潜在的风险.基因技术本身能够进行精确的分析和评估,从而有效地规避风险.对转基因技术的风险评估应以传统技术为参照.科学规范的管理可为转基因技术的利用提供安全保障.生命科学基础知识的科普和公众教育十分重要.
”
二:军事上的应用.生物武器已经使用了很长的时间.细菌,毒气都令人为之色变.但是,现在传说中的基因武器却更加令人胆寒.基因武器只对具有某种基因的人(例如某一种族)有杀伤力,而对其他种族的人毫无影响.这种武器的使用无疑会使遭受基因武器袭击的种族面临灭顶之灾.
三: 环境保护上,也可以应用基因武器.我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物,研制出专门的基因药物,既能高效的杀死它们,又不会对其他生物造成影响.还能节省成本.例如一直危害我国淡水区域的水葫芦,如果有一种基因产品能够高校杀灭的话,那每年就可以节省几十亿了.
科学是一把双刃剑.基因工程也不例外.我们要发挥基因工程中能造福人类的部分,抑止它的害处.
四,医疗方面
随着人类对基因研究的不断深入,发现许多疾病是由于基因结构与功能发生改变所引起的.科学家将不仅能发现有缺陷的基因,而且还能掌握如何进行对基因诊断、修复、治疗和预防,这是生物技术发展的前沿.这项成果将给人类的健康和生活带来不可估量的利益.
所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法,将正常的基因转如病患者的细胞中,以取代病变基因,从而表达所缺乏的产物,或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径,达到治疗某些遗传病的目的.目前,已发现的遗传病有6500多种,其中由单基因缺陷引起的就有约3000多种.因此,遗传病是基因治疗的主要对象.
第一例基因治疗是美国在1990年进行的.当时,两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症.科学家对她们进行了基因治疗并取得了成功.这一开创性的工作标志着基因治疗已经从实验研究过渡到临床实验.1991年,我国首例B型血友病的基因治疗临床实验也获得了成功.
基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗.其方法是将特定的DNA用改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达.这一成功预示着人们未来可能利用基因枪传送药物到人体内的特定部位,以取代传统的接种疫苗,并用基因枪技术来治疗遗传病.
目前,科学家们正在研究的是胎儿基因疗法.如果现在的实验疗效得到进一步确证的话,就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病,以防止出生患遗传病症的新生儿,从而从根本上提高后代的健康水平.
五,基因工程药物研究
基因工程药物,是重组DNA的表达产物.广义的说,凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的,都可以成为基因工程药物.在这方面的研究具有十分诱人的前景.
基因工程药物研究的开发重点是从蛋白质类药物,如胰岛素、人生长激素、促红细胞生成素等的分子蛋白质,转移到寻找较小分子蛋白质药物.这是因为蛋白质的分子一般都比较大,不容易穿过细胞膜,因而影响其药理作用的发挥,而小分子药物在这方面就具有明显的优越性.另一方面对疾病的治疗思路也开阔了,从单纯的用药发展到用基因工程技术或基因本身作为治疗手段.
现在,还有一个需要引起大家注意的问题,就是许多过去被征服的传染病,由于细菌产生了耐药性,又卷土重来.其中最值得引起注意的是结核病.据世界卫生组织报道,现已出现全球肺结核病危机.本来即将被消灭的结核病又死灰复燃,而且出现了多种耐药结核病.据统计,全世界现有17.22亿人感染了结核病菌,每年有
900万新结核病人,约300万人死于结核病,相当于每10秒钟就有一人死于结核病.科学家还指出,在今后的一段时间里,会有数以百计的感染细菌性疾病的人将无药可治,同时病毒性疾病日益曾多,防不胜防.不过与此同时,科学家们也探索了对付的办法,他们在人体、昆虫和植物种子中找到一些小分子的抗微生物多肽,它们的分子量小于4000,仅有30多个氨基酸,具有强烈的广普杀伤病原微生物的活力,对细菌、病菌、真菌等病原微生物能产生较强的杀伤作用,有可能成为新一代的“超级抗生素”.除了用它来开发新的抗生素外,这类小分子多肽还可以在农业上用于培育抗病作物的新品种.
六,加快农作物新品种的培育
科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展,一场新的绿色革命近在眼前.这场新的绿色革命的一个显著特点就是生物技术、农业、食品和医药行业将融合到一起.
本世纪五、六十年代,由于杂交品种推广、化肥使用量增加以及灌溉面积的扩大,农作物产量成倍提高,这就是大家所说的“绿色革命”.但一些研究人员认为,这些方法目前已很难再使
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