让我们以获取胰岛素基因为例来介绍基因工程的操作过程。我们知道,胰岛素是治疗糖尿病的药物。以前市场上出售的胰岛素是从猪、牛及其他牲畜的胰腺中提取,从100千克原料中仅能生产3~4克,因而成本很高,并且用来治疗还有副作用。自从基因工程技术研究成功后,可以利用基因工程的方法生产胰岛素。首先要获取人胰岛素基因,通常是用人工合成的方法合成人胰岛素基因,之后选择大肠杆菌的质粒作为运载体来运载胰岛素基因。那质粒是什么呢?质粒是一个环状的双链结构的DNA分子,它大多存在于细菌的细胞质中,是细菌染色体外的一种遗传物质,它能够在细菌细胞里复制自己,可以自由出入细菌细胞。有了大肠杆菌质粒作为运载体之后,就选择能切割基因的切刀,这种切刀叫限制性内切酶。必须要选择同一种限制性内切酶去切割人工合成的人胰岛素基因和质粒,使它们有同一个切点,这样就可以把人工合成的人胰岛素基因接到环状质粒的运载体上,组成重组体,把新组成的重组体再引入大肠杆菌。这种大肠杆菌和原来的大肠杆菌不一样了,因带有人胰岛素基因,所以称为工程菌。这种工程菌放进发酵罐里,它的代谢产物就产生出人胰岛素了(见图4)。
1983年,利用基因工程技术生产的人胰岛素产品投放市场。
细胞工程。关于细胞工程的定义和范围还没有一个统一的看法,不过一般认为,以细胞为基本单位,在离体条件下进行培养、繁殖,或人为地使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变,从而来改良生物品种和创造新品种,或加速繁育动植物个体,或获得有用物质的过程。所以细胞工程包括动植物细胞和组织培养技术、细胞融合技术(也称体细胞杂交)、细胞器移植技术和染色体工程技术。

在植物细胞和组织培育技术方面已进入快速繁殖的工业化育苗阶段。动物细胞融合方面,发展最快的是杂交瘤技术产生的单克隆抗体。目前单克隆抗体不仅用于疾病的诊断和治疗,同时还可用于疾病的预防,以及发酵工业的分离提纯工作和生物医学研究等方面。在细胞器移植方面,近年来英国学者的克隆羊问世,不仅轰动了科学界,也使各国政府感到不安,惟恐用此技术克隆人,引起不堪设想的人类进化的伦理学问题。但是,应该认识到,不管怎样,这是人类科学史上的一大进步,正像和平利用原子能一样,必将造福于人类。
酶工程。当食物进入口腔后,经口里的唾液酶、胃里的胃蛋白酶以及胰脏里的胰酶逐渐消化,才能被人体吸收。所以给酶下一个定义:酶是生物体内进行新陈代谢,物质合成、降解、转化所不可缺少的生物催化剂。酶在生物体内的催化条件只需要常温常压,而且在催化反应时特异性很高,某一种酶专门催化某一反应。
酶工程就是利用酶或存在着酶的细胞所具有的某些特异催化功能以及生物反应器(即发酵罐)和整个的工艺过程来生产人类所需要的产品的一种技术。酶工程包括固定化酶、固定化细胞技术和设计生产酶的发酵罐等。
固定化技术就是将酶或细胞吸附在固体载体上或用包埋剂包埋起来,使酶不容易失活,可以多次使用,借此来提高催化的效率和酶的利用率,而固定化细胞又是固定化酶技术的一个发展,可以不必从细胞中把酶提取出来。
在固定化技术的基础上最近又发展出了生物传感器。生物传感器是一种分析测试工具,它的特点是灵敏、快速、准确。它主要用在化学分析、临床诊断、环境监测、发酵过程控制等方面。
发酵工程。什么是发酵工程?发酵工程就是给微生物一个最适合生长的条件,利用微生物的代谢功能,通过现代化工程技术手段生产出人类所需要的产品。也有人称之为微生物工程。
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