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基因工程
本詞條是多義詞，共6個義項
生物學術(shù)語
基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學為理論基礎(chǔ)，以分子生物學和微生物學的現(xiàn)代方法為手段，將不同來源的基因按預先設(shè)計的藍圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導入活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。基因工程技術(shù)為基因的結(jié)構(gòu)和功能的研究提供了有力的手段。
基本信息
| 中文名 | 基因工程 |
| 別名 | 基因拼接技術(shù) DNA重組技術(shù) |
| 外文名 | genetic engineering |
| 理論基礎(chǔ) | 分子遺傳學 |
學科
基因工程
基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)。所謂基因工程是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內(nèi)，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的操作。
大腦彩虹圖
1974年，波蘭遺傳學家斯吉巴爾斯基（Waclaw Szybalski）稱基因重組技術(shù)為合成生物學概念，1978年，諾貝爾醫(yī)生獎頒給發(fā)現(xiàn)DNA限制酶的納森斯（Daniel Nathans）、亞伯（Werner Arber）與史密斯（Hamilton Smith）時，斯吉巴爾斯基在《基因》期刊中寫道：限制酶將帶領(lǐng)我們進入合成生物學的新時代。2000年，國際上重新提出合成生物學概念，并定義為基于系統(tǒng)生物學原理的基因工程。
重組DNA技術(shù)的基本定義
重組DNA技術(shù)是指將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體（受體）內(nèi)，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳并表達出新產(chǎn)物或新性狀的DNA體外操作程序，也稱為分子克隆技術(shù)。因此，供體、受體、載體是重組DNA技術(shù)的三大基本元件。
基因工程的基本定義
狹義上僅指基因工程。
是指將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體（受體）內(nèi)，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳，表達出新產(chǎn)物或新性狀。
廣義上包括傳統(tǒng)遺傳操作中的雜交技術(shù)、現(xiàn)代遺傳操作中的基因工程和細胞工程。
是指DNA重組技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應(yīng)用，包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。
上游技術(shù)：基因重組、克隆和表達的設(shè)計與構(gòu)建（即DNA重組技術(shù)）；
廣義的基因工程概念更傾向于工程學的范疇。
廣義的基因工程是一個高度的統(tǒng)一體：
上游重組DNA的設(shè)計必須以簡化下游操作工藝和裝備為指導思想；
下游過程則是上游重組藍圖的體現(xiàn)與保證。---基因工程產(chǎn)業(yè)化的基本原則。
基因工程是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應(yīng)用，包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達的設(shè)計與構(gòu)建（即重組DNA技術(shù)）；而下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細胞或基因工程生物體的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過程。
基因工程[生物學術(shù)語]
從實質(zhì)上講，基因工程的定義強調(diào)了外源DNA分子的新組合被引入到一種新的寄主生物中進行繁殖。這種DNA分子的新組合是按工程學的方法進行設(shè)計和操作的，這就賦予基因工程跨越天然物種屏障的能力，克服了固有的生物種（species）間限制，擴大和帶來了定向改造生物的可能性，這是基因工程的最大特點。
基因工程包括把來自不同生物的基因同有自主復制能力的載體DNA在體外人工連接，構(gòu)成新的重組的DNA，然后送到受體生物中去表達，從而產(chǎn)生遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重新組合。
基因工程要素：包括外源DNA，載體分子，工具酶和受體細胞等。
一個完整的、用于生產(chǎn)目的的基因工程技術(shù)程序包括的基本內(nèi)容有：（1）外源目標基因的分離、克隆以及目標基因的結(jié)構(gòu)與功能研究。這一部分的工作是整個基因工程的基礎(chǔ)，因此又稱為基因工程的上游部分。（2）適合轉(zhuǎn)移、表達載體的構(gòu)建或目標基因的表達調(diào)控結(jié)構(gòu)重組。（3）外源基因的導入。（4）外源基因在宿主基因組上的整合、表達及檢測與轉(zhuǎn)基因生物的篩選。（5）外源基因表達產(chǎn)物的生理功能的核實。（6）轉(zhuǎn)基因新品系的選育和建立，以及轉(zhuǎn)基因新品系的效益分析。（7）生態(tài)與進化安全保障機制的建立。（8）消費安全評價。
特征
優(yōu)點
支撐技術(shù)
核酸凝膠電泳技術(shù)
核酸分子雜交技術(shù)
細菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)染技術(shù)
DNA序列分析技術(shù)
寡核苷酸合成技術(shù)
基因定點突變技術(shù)
聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)
學科起源
基因工程是在分子生物學和分子遺傳學綜合發(fā)展基礎(chǔ)上于20世紀70年代誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學。這個定義表明，基因工程具有以下幾個重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中進行繁殖，能夠跨越天然物種屏障，把來自任何一種生物的基因放置到新的生物中，而這種生物可以與原來生物毫無親緣關(guān)系，這種能力是基因工程的第一個重要特征。第二個特征是，一種確定的DNA小片段在新的寄主細胞中進行擴增，這樣實現(xiàn)很少量DNA樣品"拷貝"出大量的DNA，而且是大量沒有污染任何其它DNA序列的、絕對純凈的DNA分子群體。科學家將改變?nèi)祟?/span>生殖細胞DNA的技術(shù)稱為“基因系治療”（germlinetherapy），通常所說的“基因工程”則是針對改變動植物生殖細胞的。無論稱謂如何，改變個體生殖細胞的DNA都將可能使其后代發(fā)生同樣的改變。
細菌試驗
20世紀初，基因工程還沒有用于人體，但已在從細菌到家畜的幾乎所有非人生命物體上做了實驗，并取得了成功。事實上，所有用于治療糖尿病的胰島素都來自一種細菌，其DNA中被插入人類可產(chǎn)生胰島素的基因，細菌便可自行復制胰島素。基因工程技術(shù)使得許多植物具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力；在美國，大約有一半的大豆和四分之一的玉米都是轉(zhuǎn)基因的。是否該在農(nóng)業(yè)中采用轉(zhuǎn)基因動植物已成為人們爭論的焦點：支持者認為，轉(zhuǎn)基因的農(nóng)產(chǎn)品更容易生長，也含有更多的營養(yǎng)（甚至藥物），有助于減緩世界范圍內(nèi)的饑荒和疾病；而反對者則認為，在農(nóng)產(chǎn)品中引入新的基因會產(chǎn)生副作用，尤其是會破壞環(huán)境。
基因工程[生物學術(shù)語]
隨著DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機制的秘密一點一點呈現(xiàn)在人們眼前，特別是當人們了解到遺傳密碼是由 RNA轉(zhuǎn)錄表達的以后，生物學家不再僅僅滿足于探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，設(shè)想在分子的水平上去干預生物的遺傳特性。如果將一種生物的 DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的愿望，設(shè)計出新的遺傳物質(zhì)并創(chuàng)造出新的生物類型，這與過去培育生物繁殖后代的傳統(tǒng)做法完全不同。這種做法就像技術(shù)科學的工程設(shè)計，按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，生物科學技術(shù)，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”。基本操作步驟 這個過程即為體外重組DNA的過程。首先選擇目的基因所適合的運載工具，如質(zhì)粒、病毒等，然后用同一種限制酶分別切割運載體和目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端，再加入適量的DNA連接酶，在生物體外將目的基因的DNA與運載體的DNA結(jié)合起來，形成重組DNA（或重組質(zhì)粒）將重組的DNA雜合分子，借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑，轉(zhuǎn)移到選定的生物體細胞中，使重組的DNA在受體細胞中復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯得以表達。把目的基因裝在運載體上并通過運載體將目的基因運到受體細胞的這一過程，在一般情況下，轉(zhuǎn)化成功率僅為百分之一。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胞和增加重組DNA濃度的辦法來提高轉(zhuǎn)化率。采用氯化鈣化處理后，能增大受體細胞的細胞壁透性，從而使雜種DNA分子更容易進入。另外也可用基因槍法、激光微束穿孔法、顯微注射法等方法直接將目的基因轉(zhuǎn)入受體細胞（如受精卵細胞）。
研究狀況
英國：早在20世紀80年代中期，英國就有了第一家生物科技企業(yè)，是歐洲國家中發(fā)展最早的。如今它已擁有560家生物技術(shù)公司，歐洲70家上市的生物技術(shù)公司中，英國占了一半。
德國：德國政府認識到，生物科技將是保持德國未來經(jīng)濟競爭力的關(guān)鍵，于是在1993年通過立法，簡化生物技術(shù)企業(yè)的審批手續(xù)，并且撥款1.5億馬克，成立了3個生物技術(shù)研究中心。此外，政府還計劃在未來5年中斥資12億馬克，用于人類基因組計劃的研究。1999年德國研究人員申請的生物技術(shù)專利已經(jīng)占到了歐洲的14%。
法國：法國政府在過去10年中用于生物技術(shù)的資金已經(jīng)增加了10倍，其中最典型的項目就是1998年在巴黎附近成立的號稱“基因谷”的科技園區(qū)，這里聚集著法國最有潛力的新興生物技術(shù)公司。另外20個法國城市也準備仿照“基因谷”建立自己的生物科技園區(qū)。
西班牙：馬爾制藥公司是該國生物科技企業(yè)的代表，該公司專門從海洋生物中尋找抗癌物質(zhì)。其中最具開發(fā)價值的是ET-743，這是一種從加勒比海和地中海的海底噴出物中提取的紅色抗癌藥物。ET-743計劃于2002年在歐洲注冊生產(chǎn)，將用于治療骨癌、皮膚癌、卵巢癌、乳腺癌等多種常見癌癥。
印度：印度政府資助全國50多家研究中心來收集人類基因組數(shù)據(jù)。由于獨特的“種姓制度”和一些偏僻部落的內(nèi)部通婚習俗，印度人口的基因庫是全世界保存得最完整的，這對于科學家尋找遺傳疾病的病理和治療方法來說是個非常寶貴的資料庫。但印度的私營生物技術(shù)企業(yè)還處于起步階段。
日本：日本政府已經(jīng)計劃將用于生物技術(shù)研究的經(jīng)費增加23%。一家私營企業(yè)還成立了“龍基因中心”，它將是亞洲最大的基因組研究機構(gòu)。
新加坡：新加坡宣布了一項耗資6000萬美元的基因技術(shù)研究項目，研究疾病如何對亞洲人和白種人產(chǎn)生不同影響。該計劃重點分析基因差異以及什么樣的治療方法對亞洲人管用，以最終獲得用于確定和治療疾病的新知識；并設(shè)立高技術(shù)公司來制造這一研究所衍生出的藥物和醫(yī)療產(chǎn)品。
中國：參與了人類基因組計劃，測定了1%的序列，這為21世紀的中國生物產(chǎn)業(yè)帶來了光明。這“1%項目”使中國走進生物產(chǎn)業(yè)的國際先進行列，也使中國理所當然地分享人類基因組計劃的全部成果、資源與技術(shù)。
操作步驟
工具
（1）酶：限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、
1.提取目的基因
轉(zhuǎn)基因熒光蝌蚪
要從浩瀚的“基因海洋”中獲得特定的目的基因，是十分不易的。科學家們經(jīng)過不懈地探索，想出了許多辦法，其中主要有兩條途徑：一條是從供體細胞的DNA中直接分離基因；另一條是人工合成基因。
直接分離基因最常用的方法是“鳥槍法”，又叫“散彈射擊法”。鳥槍法的具體做法是：用限制酶將供體細胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運載體，然后通過運載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細胞，讓供體細胞提供的DNA（即外源DNA）的所有片段分別在各個受體細胞中大量復制（在遺傳學中叫做擴增，如使用PCR技術(shù)），從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。如許多抗蟲抗病毒的基因都可以用上述方法獲得。
用鳥槍法獲得目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量大，具有一定的盲目性。又由于真核細胞的基因含有不表達的DNA片段，一般使用人工合成的方法。
人工合成基因的方法主要有兩條。一條途徑是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模版，反轉(zhuǎn)錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因。另一條途徑是根據(jù)已知的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出相應(yīng)的信使RNA序列，然后按照堿基互補配對的原則，推測出它的基因的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。如人的血紅蛋白基因胰島素基因等就可以通過人工合成基因的方法獲得。
2.目的基因與運載體結(jié)合
基因表達載體的構(gòu)建（即目的基因與運載體結(jié)合）是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。
基因工程
3. 將目的基因?qū)胧荏w細胞
將目的基因?qū)胧荏w細胞是實施基因工程的第三步。目的基因的片段與運載體在生物體外連接形成重組DNA分子后，下一步是將重組DNA分子引入受體細胞中進行擴增。
基因工程中常用的受體細胞有大腸桿菌，枯草桿菌，土壤農(nóng)桿菌，酵母菌和動植物細胞等。
用人工方法使體外重組的DNA分子轉(zhuǎn)移到受體細胞，主要是借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。例如，如果運載體是質(zhì)粒，受體細胞是細菌，一般是將細菌用氯化鈣處理，以增大細菌細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質(zhì)粒進入受體細胞。目的基因?qū)胧荏w細胞后，就可以隨著受體細胞的繁殖而復制，由于細菌的繁殖速度非常快，在很短的時間內(nèi)就能夠獲得大量的目的基因。
4.目的基因的檢測和表達
目的基因?qū)胧荏w細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才能知道。這是基因工程的第四步工作。
以上步驟完成后，在全部的受體細胞中，真正能夠攝入重組DNA分子的受體細胞是很少的。因此，必須通過一定的手段對受體細胞中是否導入了目的基因進行檢測。檢測的方法有很多種，例如，大腸桿菌的某種質(zhì)粒具有青霉素抗性基因，當這種質(zhì)粒與外源DNA組合在一起形成重組質(zhì)粒，并被轉(zhuǎn)入受體細胞后，就可以根據(jù)受體細胞是否具有青霉素抗性來判斷受體細胞是否獲得了目的基因。重組DNA分子進入受體細胞后，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達過程。
前景
克隆羊
生物工程的基礎(chǔ)是現(xiàn)代生命科學、技術(shù)科學和信息科學。生物工程的主要產(chǎn)品是為社會提供大量優(yōu)質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品，例如生化藥物、化工原料、能源、生物防治劑以及食品和飲料，還可以為人類提供治理環(huán)境、提取金屬、臨床診斷、基因治療和改良農(nóng)作物品種等社會服務(wù)。
生物工程主要有基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程等5個部分。其中基因工程就是人們對生物基因進行改造，利用生物生產(chǎn)人們想要的特殊產(chǎn)品。
轉(zhuǎn)基因鏈
科學研究證明，一些困擾人類健康的主要疾病，例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關(guān)。依據(jù)已經(jīng)破譯的基因序列和功能，找出這些基因并針對相應(yīng)的病變區(qū)位進行藥物篩選，甚至基于已有的基因知識來設(shè)計新藥，就能“有的放矢”地修補或替換這些病變的基因，從而根治頑癥。基因藥物將成為21世紀醫(yī)藥中的耀眼明星。基因研究不僅能夠為篩選和研制新藥提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為利用基因進行檢測、預防和治療疾病提供了可能。比如，有同樣生活習慣和生活環(huán)境的人，由于具有不同基因序列，對同一種病的易感性就大不一樣。明顯的例子有，同為吸煙人群，有人就易患肺癌，有人則不然。醫(yī)生會根據(jù)各人不同的基因序列給予因人而異的指導，使其養(yǎng)成科學合理的生活習慣，最大可能地預防疾病。
人類計劃
信息技術(shù)的發(fā)展改變了人類的生活方式，而基因工程的突破將幫助人類延年益壽。一些國家人口的平均壽命已突破80歲，中國也突破了70歲。有科學家預言，隨著癌癥、心腦血管疾病等頑癥的有效攻克，在2020至2030年間，可能出現(xiàn)人口平均壽命突破100歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達到90至95歲。
發(fā)現(xiàn)綠色熒光蛋白
繼2000年6月26日科學家公布人類基因組"工作框架圖"之后，中、美、日、德、法、英等6國科學家和美國塞萊拉公司2001年2月12日聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。這次公布的人類基因組圖譜是在原"工作框架圖"的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整理、分類和排列后得到的，它更加準確、清晰、完整。人類基因組蘊涵有人類生、老、病、死的絕大多數(shù)遺傳信息，破譯它將為疾病的診斷、新藥物的研制和新療法的探索帶來一場革命。人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果的公布將對生命科學和生物技術(shù)的發(fā)展起到重要的推動作用。隨著人類基因組研究工作的進一步深入，生命科學和生物技術(shù)將隨著新的世紀進入新的紀元。
基因工程在20世紀取得了很大的進展，這至少有兩個有力的證明。一是轉(zhuǎn)基因動植物，一是克隆技術(shù)。轉(zhuǎn)基因動植物由于植入了新的基因，使得動植物具有了原先沒有的全新的性狀，這引起了一場農(nóng)業(yè)革命。如今，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，如抗蟲西紅柿、生長迅速的鯽魚等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的誕生。這只叫“多利”母綿羊是第一只通過無性繁殖產(chǎn)生的哺乳動物，它完全秉承了給予它細胞核的那只母羊的遺傳基因。“克隆”一時間成為人們注目的焦點。盡管有著倫理和社會方面的憂慮，但生物技術(shù)的巨大進步使人類對未來的想象有了更廣闊的空間。
歷史大事記
1868年，瑞士生物學家弗里德里希發(fā)現(xiàn)細胞核內(nèi)存有酸性和蛋白質(zhì)兩個部分。酸性部分就是后來的所謂的DNA；
載體
1944年 3位美國科學家分離出細菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發(fā)現(xiàn)DNA是攜帶生命遺傳物質(zhì)的分子。
1953年，美國生化學家沃森和英國物理學家克里克宣布他們發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，奠下了基因工程的基礎(chǔ)；
1969年 科學家成功分離出第一個基因。
1983年 科學家首次培育出世界第一個轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因煙草。
1988年 K.Mullis發(fā)明了PCR技術(shù)。
1990年10月 被譽為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動。
1994年中科院曾邦哲提出轉(zhuǎn)基因禽類金蛋計劃和“輸卵管生物反應(yīng)器（oviduct bioreactor）”以及“系統(tǒng)遺傳學（system genetics）”等概念、原理、名詞和方法等。
1996年，第一只克隆羊誕生；
1998年 一批科學家在美國羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國際人類基因組計劃展開競爭。
1999年9月 中國獲準加入人類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之后第6個國際人類基因組計劃參與國，也是參與這一計劃的惟一發(fā)展中國家。
1999年12月1日國際人類基因組計劃聯(lián)合研究小組宣布，完整破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測定。
2000年4月6日美國塞萊拉公司宣布破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼，但遭到不少科學家的質(zhì)疑。
2000年4月底 中國科學家按照國際人類基因組計劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。
2000年5月8日 德、日等國科學家宣布，已基本完成了人體第21對染色體的測序工作。
2000年6月26日 科學家公布人類基因組工作草圖，標志著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要一步。
2000年12月14日 美英等國科學家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類首次全部破譯出一種植物的基因序列。
2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6國科學家和美國塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。
應(yīng)用
農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)
運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。
生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚（中國）。
乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛（阿根廷）。
3.轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒
4.轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄
5.轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯
6.不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆
7.超級動物
導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠
8.特殊動物
導入人基因具特殊用途的豬和小鼠
9.抗蟲棉
蘇云金芽胞桿菌可合成毒蛋白殺死棉鈴蟲，把這部分基因?qū)朊藁ǖ碾x體細胞中，再組織培養(yǎng)就可獲得抗蟲 棉。
環(huán)境保護
利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。
基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)（通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。）
醫(yī)學
基因作為機體內(nèi)的遺傳單位，不僅可以決定我們的相貌、高矮，而且它的異常會不可避免地導致各種疾病的出現(xiàn)。某些缺陷基因可能會遺傳給后代，有些則不能。基因治療的提出最初是針對單基因缺陷的遺傳疾病，目的在于有一個正常的基因來代替缺陷基因或者來補救缺陷基因的致病因素。
用基因治病是把功能基因?qū)氩∪梭w內(nèi)使之表達，并因表達產(chǎn)物——蛋白質(zhì)發(fā)揮了功能使疾病得以治療。基因治療的結(jié)果就像給基因做了一次手術(shù)，治病治根，所以有人又把它形容為“分子外科”。
我們可以將基因治療分為性細胞基因和體細胞基因治療兩種類型。性細胞基因治療是在患者的性細胞中進行操作，使其后代從此再不會得這種遺傳疾病。體細胞基因治療是當前基因治療研究的主流。但其不足之處也很明顯，它并沒前改變病人已有單個或多個基因缺陷的遺傳背景，以致在其后代的子孫中必然還會有人要患這一疾病。
無論哪一種基因治療，處于初期的臨床試驗階段，均沒有穩(wěn)定的療效和完全的安全性，這是當前基因治療的研究現(xiàn)狀。
可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運轉(zhuǎn)機制、充分了解基因調(diào)控機制和疾病的分子機理之前進行基因治療是相當危險的。增強基因治療的安全性，提高臨床試驗的嚴密性及合理性尤為重要。盡管基因治療仍有許多障礙有待克服，但總的趨勢是令人鼓舞的。據(jù)統(tǒng)計，截止1998年底，世界范圍內(nèi)已有373個臨床法案被實施，累計3134人接受了基因轉(zhuǎn)移試驗，充分顯示了其巨大的開發(fā)潛力及應(yīng)用前景。正如基因治療的奠基者們當初所預言的那樣，基因治療的出現(xiàn)將推動新世紀醫(yī)學的革命性變化。
醫(yī)藥衛(wèi)生
1.基因工程藥品的生產(chǎn)：
許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。
微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。
⑴基因工程胰島素
將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!
⑵基因工程干擾素
干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。
基因工程人干擾素α-2b（安達芬）是中國第一個全國產(chǎn)化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。
⑶其它基因工程藥物
人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。
2.基因診斷與基因治療：
基因治療是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。基該方法是：基因置換、基因修復、基因增補和基因失活等。
運用基因工程設(shè)計制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。通過基因工程給患有遺傳病的人體內(nèi)導入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。
但基因治療技術(shù)尚未成熟，未成熟的關(guān)鍵問題在于：①如何選擇有效的治療基因；②如何構(gòu)建安全載體，病毒載體效率較高，但卻有潛在的危險性；③如何定向?qū)氚屑毎@得高表達。
◆SCID的基因工程治療
重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個病的機理是細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）的基因（ada）發(fā)生了突變。可以通過基因工程的方法治療。
發(fā)展
80年代中期以來，中國生物技術(shù)蓬勃發(fā)展、成績喜人。由于國家高技術(shù)研究計劃（即“八六三”計劃）、攻關(guān)計劃和國家自然科學基金會都將生物技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域予以重點支持，中國生物技術(shù)整體研究水平迅速提高，取得了一批高水平的研究成果，為中國新興生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的建立和發(fā)展提供了技術(shù)源泉。中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展時期。
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
1989年，中國批準了第一個在中國生產(chǎn)的基因工程藥物——重組人干擾素αlb，標志著中國生產(chǎn)的基因工程藥物實現(xiàn)了零的突破。重組人干擾素αlb是世界上第一個采用中國人基因克隆和表達的基因工程藥物，也是到目前為止唯一的一個中國自主研制成功的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程一類新藥。從此以后，中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)從無到有，不斷發(fā)展壯大。1998年，中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)銷售額已達到了7.2億元人民幣。截止1998年底，中國已批準上市的基因工程藥物和疫苗產(chǎn)品共計15種。國內(nèi)已有30余家生物制藥企業(yè)取得了基因工程藥物或疫苗試生產(chǎn)或正式生產(chǎn)批準文號。
根據(jù)1997年對全國452從個事生物技術(shù)研究、開發(fā)和生產(chǎn)的單位進行的通訊調(diào)查結(jié)果，截止1996年底，中國已有8種基因工程藥物和疫苗商品化（包括試生產(chǎn)），1996年基因工程藥物和疫苗銷售額約為2.2億元人民幣，僅占同期全國醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品年銷售額21.16億元人民的10.4%。然而可喜的是，中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，年銷售額已從1996年的2.2億元人民幣增長到1998年的7.2億元人民幣，年均增長率高達80%。預計2000年中國基因工程藥物銷售額將達到22.8億元人民幣。
基因工程在制藥業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景，中國的基因制藥行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，但與世界發(fā)達國家存在差距，主要表現(xiàn)在具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品較少，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、經(jīng)濟效益低。基因制藥產(chǎn)業(yè)面臨著歷史性的機遇，主要表現(xiàn)在政府支持、資源豐富、基因信息公開、國際交流增加等方面。提高自主開發(fā)能力、保護基因資源是當前亟待解決的問題，同時，應(yīng)加強對基因制藥領(lǐng)域技術(shù)壁壘的研究與準備。
國內(nèi)外對比
中國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，特別是生物制藥產(chǎn)業(yè)規(guī)模與美國相比差距很大。1996年，中國生物技術(shù)銷售額為114億元人民幣，美國為100億美元，相差7倍。1996年，中國基因工程和疫苗銷售額為2.3億元人民幣，同期美國75億美元。1998年，中國基因工程藥物和疫苗銷售額為7.2億元人民幣，還不到1億美元，而1996年美國Amgen公司的兩個主要產(chǎn)品Neupgen（G-CSF）和Epogen（紅細胞生成素）銷售額均達到10億美元。
從上市品種看，1998年，中國有15種基因工程藥物和疫苗獲準上市，美國上市的生物藥物（主要是基因工程藥物）共53種。中國基國工程藥物市時間較美國同品種上市時間晚5年-10年。
存在的主要問題
1、同種產(chǎn)品生產(chǎn)廠家過多，造成市場惡性競爭，嚴重影響產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展：
中國已批準上市的基因工程藥物和疫苗絕大多數(shù)是多家生產(chǎn)。例如：干擾素α2a生產(chǎn)廠家有5家，干擾素α2b有5家，白細胞介素-2有10家，G-CSF有7家，GM-CSF有6家。基因工程藥物臨床應(yīng)用劑量一般都很小（微克級），通常2-3個廠家滿負荷生產(chǎn)就能滿足全國市場需要。因此，過多廠家生產(chǎn)同一種基因工程藥物勢必造成市場過度競爭，使各生產(chǎn)企業(yè)的利潤下降，同時還導致現(xiàn)有生產(chǎn)能力開工不足，成本增加，使企業(yè)不能獲得合理利潤，無法步入良性發(fā)展的軌道，甚至迫使有些企業(yè)嚴重虧損和破產(chǎn)。
這種重復生產(chǎn)的現(xiàn)象與中國新藥研究開發(fā)的指導思想不無關(guān)系。以往中國新藥的研究開發(fā)是以引進開發(fā)為主，中國研制上市的和在研的新藥絕大部分是仿制國外的，創(chuàng)新藥物很少。已批準的15種基因工程藥物和疫苗中，只有干擾素αlb擁有我自主知識產(chǎn)權(quán)。在研究的生物新藥中，絕大多數(shù)是國外進入二、三期臨床后中國開始跟蹤研制的。由此不難看出，中國新藥研究開發(fā)缺乏創(chuàng)新和低水平重復是導致醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)重復生產(chǎn)的源頭。大力加強創(chuàng)新藥物的研究是從源頭解決基因工程藥物重復生產(chǎn)問題的根本出路。同時，中國還必須進一步完善新藥審批制度和專利制度，從制度上鼓勵創(chuàng)新，切實保護創(chuàng)新者的知識產(chǎn)權(quán)，避免重復生產(chǎn)。
2、融資渠道單一、產(chǎn)業(yè)發(fā)展資金不足：
基因工程制藥產(chǎn)業(yè)是典型的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，具有高投入、高風險、高收益的特點。中國基因工程制藥企業(yè)投資大多在2000萬元-1億元人民幣。資金來源除股東投入的股本金外，主要是靠銀行貸款，融資渠道狹窄。由于銀行十分注意資金的的安全性和流動性，高技術(shù)投資的風險使銀行對之貸款慎之又慎。同時，中國基因工程制藥使得這些企業(yè)融資能力明顯不足，很難從一般融資渠道獲得企業(yè)發(fā)展所需的資金。發(fā)展資金嚴重不足已成為基因工程制藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大障礙因素。因此，中國應(yīng)借鑒國外利用風險投資發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的成功經(jīng)驗，制定有關(guān)法規(guī)政策，積極穩(wěn)妥地啟動風險投資。
3、醫(yī)藥市場競爭無序，行業(yè)不正之風盛行：
隨著中國從計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌，醫(yī)藥市場出現(xiàn)了新的變化，藥品購銷各個環(huán)節(jié)利潤分配極不合理。按國家現(xiàn)行價格規(guī)定，藥品批發(fā)價是出廠價的115%，零售價為批發(fā)價的120%。但是，基因工程藥物實際營銷中，醫(yī)院一般以國家批發(fā)價的70%-85%進藥，從而獲得零售價的30%-50%的利潤，而生產(chǎn)企業(yè)的利潤只有5%-15%。這種利潤不合理分配導致眾多制藥企業(yè)虧損。更加上同種基因工程藥品由多家生產(chǎn)，迫使生產(chǎn)企業(yè)紛紛采取高定價、高讓利的促銷手段，使藥品市場競爭進一步惡化。企業(yè)迫于市場壓力，主要精力都用在市場競爭上，無力顧及技術(shù)創(chuàng)新。過多的市場投入和讓利，使正常生產(chǎn)經(jīng)營都十分困難，更談不上如何發(fā)展了。醫(yī)藥市場惡性競爭非但未能使消費者受益，卻使得國家、制藥企業(yè)和廣大消費者的利益受到極大的損害。
另據(jù)調(diào)查，絕大多數(shù)進口基因工程藥品的銷售價格都大大高于同種國產(chǎn)藥品銷售價格，而且更為不合理的是，一半以上的進口基因工程藥品在中國的售價高于原產(chǎn)國售價。
4、企業(yè)管理相對滯后，技術(shù)兼經(jīng)營型人才匱乏：
中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)起步較晚，但是起點相對較高。許多企業(yè)的關(guān)鍵性生產(chǎn)設(shè)備都是從國外進口。然而，在經(jīng)營管理上與國外相比還有很大的差距。現(xiàn)代企業(yè)制度的特點之一是所有權(quán)與經(jīng)營權(quán)分離，企業(yè)的所有者對經(jīng)營者進行監(jiān)督，經(jīng)營者通過自主經(jīng)營使企業(yè)的資產(chǎn)保值增值。中國大多數(shù)基因工程制藥企業(yè)，雖然在形式上是有限責任公司或股份有限，但是企業(yè)的所有經(jīng)營者一般由企業(yè)出任或委派。企業(yè)這種所有權(quán)與經(jīng)營以不分的狀況，既不利于企業(yè)長遠發(fā)展，也不利于企業(yè)經(jīng)營階層即企業(yè)家階層的形成。
基因工程制藥企業(yè)是典型的技術(shù)密集型高技術(shù)企業(yè)，企業(yè)要在激烈的競爭中求得生存和發(fā)展就必須擁有一批高素質(zhì)的復合型人才。如何培養(yǎng)和造就一批這種復合型人才已成為中國生物制藥閏為亟持解決的問題。
對策及政策建議
根據(jù)國家內(nèi)外工程制藥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為促進中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，我們提出以下建議：
基因工程[生物學術(shù)語]
中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)存在的盲目性和嚴重的重復現(xiàn)象與缺乏明確的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃不無關(guān)系。因此，中國應(yīng)該盡早制定出臺生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和指導性發(fā)展規(guī)劃，在引進、消化、吸收、創(chuàng)新及對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造方面，集中有限財力、物力，重點支持一批具自主知識產(chǎn)權(quán)和國際競爭優(yōu)勢，對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活具有重大影響的關(guān)鍵性基因工程產(chǎn)業(yè)化項目。只有這樣，中國基本工程制藥產(chǎn)業(yè)才能避免盲目性和無政府狀態(tài)，從而走上良性發(fā)展的道路。
基因工程制藥業(yè)與其它高技術(shù)產(chǎn)業(yè)一樣，具有高投入、高風險和高產(chǎn)出等特點，起步階段必須依靠國家優(yōu)惠政策扶持才能不斷發(fā)展壯大。中國各級政府為支持高科技產(chǎn)為發(fā)展雖制定了許多優(yōu)惠政策，但優(yōu)惠的力度不夠，而且在具體實施過程中因涉及部門較多，落無實處的情況時有發(fā)生。因此，建議國家進一步強化并規(guī)范對基因工程制藥產(chǎn)業(yè)的財政、稅收優(yōu)惠政策。
2、大力加強基因工程創(chuàng)新藥物的研制和生產(chǎn)
由于中國上市銷售和在研的基因工程藥物絕大多數(shù)是仿制國外的，這使得中國基因工程藥物很難講入國際市場。特別是中國加入WTO后，一些基因工程制藥企業(yè)將處于十分被動的境地，有可能會面臨專利糾紛。為了從根本上改變中國基因工程制藥業(yè)重復生產(chǎn)和缺乏國際競爭力的局面，中國的新藥研制開發(fā)思想必須做戰(zhàn)略調(diào)整，從以仿制為主向創(chuàng)新與仿制相結(jié)合轉(zhuǎn)變。為此，中國必須大力加強創(chuàng)新藥物研究，進一步完善知識產(chǎn)權(quán)保護制度和新藥審批制度，特別是要加大對侵犯知識產(chǎn)權(quán)的打擊力度，切實保護創(chuàng)新者權(quán)益。同時，新藥研制單位和個人應(yīng)該注意學會用專利保護自己的利益。國外一些公司采取的“專利加發(fā)表”的策略具有一定的啟發(fā)性。為了使自己的技術(shù)專利化，并防止別人申請同樣的專利，美國公司在申請專利后便迅速將專利內(nèi)容公開發(fā)表。這種做法既確立了自己的領(lǐng)先地位，又有效一阻止了他人申請相同的專利。
在加強創(chuàng)新藥物研究的同時，可以有選擇地合法仿制一些專利即將過期、療效明確、應(yīng)用前景廣闊基因工程藥物。對仿制藥物有關(guān)的專利要進行認真的研究，采取有效的專利回避策略，避免簡單的、盲目的仿制。要在仿制的基礎(chǔ)上創(chuàng)新。創(chuàng)造出專利方法不同的生產(chǎn)工藝和方法，避免引起專利糾紛。
3、積極引導培育風險投資市場
融資困難、資金不足已嚴重制約了中國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。歐美發(fā)達國家的成功經(jīng)驗表明，風險投資是解決高技術(shù)商品化、產(chǎn)業(yè)化過程中資金困難的有效途徑。因此，中國政府應(yīng)積極穩(wěn)妥地引導和培育風險投資，盡制定風險投資運行的法規(guī)和政策，為風險投資創(chuàng)造寬松的環(huán)境和條件，適時允許投資銀行、信托投資公司、保險公司等機構(gòu)發(fā)起設(shè)立風險投資基金。積極吸引國外風險投資歷基金流入。同時，還應(yīng)該放寬高技術(shù)企業(yè)股票發(fā)行條件，為高技術(shù)企業(yè)股票上市提供更多機會。積極準備開辟高技術(shù)企業(yè)股票市場即第二股票市場，為風險投資進入和退了資本市場創(chuàng)造條件。
危害
關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物的安全性，沒有科學性共識。盡管如此，基因工程農(nóng)作物已被大規(guī)模投放，生物醫(yī)學應(yīng)用也日益增加。轉(zhuǎn)基因生物還被投入工業(yè)使用和環(huán)境恢復，而公眾對此卻知之甚少。最近幾年，越來越多的證據(jù)證明存在生態(tài)、健康危害和風險，對農(nóng)民也有不利影響.
1999出版的研究資料例舉了基因工程微生物釋放到環(huán)境中將如何導致廣泛的生態(tài)破環(huán)。
當把克氏桿菌的基因工程菌株與砂土和小麥作物加入微觀體中時，喂食線蟲類生物的細菌和真菌數(shù)量明顯增加，導致植物死亡。而加入親本非基因工程菌株時，僅有喂食線蟲類生物的細菌數(shù)量增加，而植物不會死亡。沒有植物而將任何一種菌株引入土壤都不會改變線蟲類群落。
克氏桿菌是一種能使乳糖發(fā)酵的常見土壤細菌。基因工程細菌被制造用來在發(fā)酵桶中產(chǎn)生使農(nóng)業(yè)廢物轉(zhuǎn)換為乙醇的增強乙醇濃縮物。發(fā)酵殘留物，包括基因工程細菌亦可于土壤改良。
研究證明，一些土壤生態(tài)系統(tǒng)中的基因工程細菌在某些條件下可長期存活，時間之長足以刺激土壤生物產(chǎn)生變化，影響植物生長和營養(yǎng)循環(huán)進程。雖然仍不清楚此類就地觀測的程度，但是基因工程細菌引起植物死亡的發(fā)現(xiàn)也說明如果使用此種土壤改良有殺傷農(nóng)作物的可能。
致命基因工程鼠痘病毒偶然產(chǎn)生
澳大利亞研究員在研發(fā)對相對無害的鼠痘病毒基因工程時竟意外制創(chuàng)造出可徹底消滅老鼠的殺手病毒。
研究員們將白細胞間介素4的基因（在身體中自然產(chǎn)生）插入到一種鼠痘病毒中以促進抗體的產(chǎn)生，并創(chuàng)造出用于控制鼠害的鼠類避妊疫苗。非常意外的是，插入的基因完全抑制了老鼠的免疫系統(tǒng)。鼠痘病毒通常僅導致輕微的癥狀，但加入IL-4基因后，該病毒9天內(nèi)使所有動物致死。更糟的是，此種基因工程病毒對接種疫苗有著異乎尋常的抵抗力。
經(jīng)改良的鼠痘病毒雖然對人類無影響，但卻與天花關(guān)系十分密切，讓人擔心基因工程將會被用于生物戰(zhàn)。一名研究員在談及他們決定出版研究成果的原因時曾說：" 我們想警告普通民眾，現(xiàn)在有了這種有潛在危險的技術(shù)"，"我們還想讓科學界明白，必須小心行事，制造高危致命生物并不是太困難。"
殺蟲劑使用的增加大部分是由于HT作物，尤其是HT大豆使用的殺蟲劑增加，這一點可追溯到對HT作物的嚴重依賴性以及雜草管理的單一除草劑（草甘磷）使用。這已導致轉(zhuǎn)移到更加難以控制的雜草，而某些雜草中還出現(xiàn)了遺傳抗性，迫使許多農(nóng)民在基因工程作物上噴灑更多的除草劑以對雜草適當進行控制。HT大豆中的抗草甘膦杉葉藻（marestail）于2000年在美國首次出現(xiàn)，在HT棉花中也已鑒別出此種物質(zhì)。
其它研究顯示，基因工程農(nóng)作物本身也會對其使用的除草劑產(chǎn)生抗性，引發(fā)嚴重的自身自長作物問題（同一塊地里早先種植的作物種子發(fā)芽的植物后來變成雜草）并迫使進一步使用除草劑。加拿大科學家證實了抗多種除草劑之基因工程油菜的迅速演化，此種作物因花粉長距離傳播而融合了不同公司研制的單價抗除草劑特性。
此外，科學家還在2002年確認了轉(zhuǎn)基因可從Bt向日葵移動到附近的野生向日葵，使雜化物更強、對化學藥品更具抗性，因為較之無基因控制的情況，雜化物多了50%的種子，且種子健康，甚至在干旱條件下也如此。
北卡羅萊那州大學的研究顯示，Bt油菜與相關(guān)雜草、鳥食草之間的交叉物可產(chǎn)生抗蟲性雜合物，使雜草控制更困難。
所有這些事件使預防方法和嚴格的生物安全管理變得突出。預防原則在《卡塔赫納生物安全協(xié)議》這一主要管理轉(zhuǎn)基因微生物的國際法律中已得到重申。尤其是第 10（6）條聲稱，如果缺乏科學定論，締約方可限制或禁止轉(zhuǎn)基因生物的進口，以避免或使生物多樣性及人類健康的不利影響降到最低。
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