经常遇到“基因工程”这个概念,今天终于下决心进行了解。
在了解基因工程概念前,必须先了解更基础的几个概念:
1、细胞:是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成的,但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。
2、细胞中的生物大分子有四种:蛋白质、核酸、脂质、糖类。
3、DNA:是“脱氧核糖核酸”英文字母的缩写,为生物细胞内含有的四种生物大分子之一的核酸中的一种。脱氧核糖核酸(DNA)是生物细胞内携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息的一种核酸,是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
4、RNA:是“核糖核酸”英文字母的缩写,为生物细胞内含有的四种生物大分子之一的核酸中的一种。存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。人体一个细胞含RNA约10pg(含DNA约7pg)。与DNA相比,RNA种类繁多,分子量较小,含量变化大。(注:pg是一种质量单位,读作“皮克”,1皮克为亿分之一克)。
基因工程是现代分子生物技术的重要组成部分,是20世纪70年初发展起来的一门新兴技术。这一技术的兴起,标志着人类已进入定向控制遗传性状的新时代。
一般认为,遗传工程是按照人们预先设计的蓝图,将一种生物的遗传物质绕过有性繁殖导入另一种生物中去,使其获得新的遗传性状,形成新的生物类型的遗传操作。遗传工程有广义和狭义之分,广义的遗传工程包括细胞工程和基因工程;狭义的遗传工程就是基因工程。一般所说的遗传工程,多指基因工程。
基因工程是在分子水平上进行的遗传操作,指将一种或多种生物(供体)的基因组提取出来,或者人工合成的基因,按照人们的愿望进行严密的设计,经过体外加工重组,转移到另一种生物体(受体)细胞内,使之能在受体细胞中遗传并获得新的遗传性状的技术。由于被转移的基因一般须与载体DNA重组后才能实现转移,因此,供体、受体和载体称为基因工程的三大要素。其中,相对于受体而言,来自供体的基因属于外源基因。除了少数RNA病毒外,几乎所有生物的基因都存在于DNA结构中,而用于外源基因重组拼接的载体也都是DNA分子,所以基因工程也称“重组DNA技术”。另外,DNA重组分子大都需要在受体细胞中复制扩增,故还可将基因工程称为“分子克隆”或“基因的无性繁殖”。目前,各种文献中经常出现的相关名词有遗传工程、基因工程、基因操作、重组DNA技术、分子克隆、基因克隆等,它们在具体内容上彼此相关,许多情况混用。
最近几十年,是现代生物学迅速发展的年代。随着一系列新技术、新方法的不断涌现,生物学家已取得了许多前所未有的重大突破,开拓了不少新的研究领域,从而全面地改变了生物科学的研究现状。其中,最引人注目并被公认的是以重组DNA为中心的基因工程学。
传统的育种方法,只能通过有性杂交获得动植物新品种,但是由于生殖隔离的制约,有性杂交只能在物种内进行,远缘杂交受到很大限制。随着分子遗传学的发展,基于生物界遗传密码的通用性和碱基配对的一致性,这就有可能用基因工程技术实现物种间的基因交流,创造出用传统方法无法实现的生物类型。因此,基因工程最突出的特点,是打破了常规育种难以突破的物种之间的界限,可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间以及人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。人的基因可以转移到大肠杆菌、植物以及其他动物中表达,动物的基因也可以转移到植物中表达。
基因工程的研究和应用,为分子遗传、细胞分化、生长发育,尤其是肿瘤的发生及基因结构、功能和调控等生物学基础提供有效的实验手段;还可为解决农业、工业、医药等生产领域所面临的许多重大问题开辟新的途径。
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