基因工程也稱為遺傳工程,是生物技術(shù)的主體技術(shù)。基因工程是指按照人類的愿望,將不同生物的遺傳物質(zhì)在體外人工剪切并和載體重組后轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)進行擴增,并表達產(chǎn)生所需蛋白質(zhì)的技術(shù)。基因工程能夠打破種屬的界限,在基因水平上改變生物遺傳性,并通過工程化為人類提供有用產(chǎn)品及服務(wù)。
基因工程的基本步驟是:
第一步:獲得符合人類意愿的基因,即獲得目的基因。目的基因是依據(jù)基因工程設(shè)計中所需要的某些DNA分子片段,含有所需要的完整的遺傳信息。獲得目的基因的方法很多,目前采用的分離、合成目的基因的方法主要有:
超速離心法:根據(jù)不同基因的組成不同,即其內(nèi)的堿基對的比例不同,其浮力、密度等理化性質(zhì)也不同的原理,應(yīng)用密度梯度超速離心機,直接將特殊的目的基因分離出來。
分子雜交法:采用加堿或加熱的方法使DNA變成單鏈,而后加入有放射性標(biāo)記的RNA,讓DNA在特定的條件下,結(jié)合成DNA和RNA的雜交分子,再用多聚酶制備出足夠數(shù)量的雙鏈DNA分子,進而獲得DNA目的基因。
反轉(zhuǎn)錄酶法:先分離出特定的mRNA,再用反轉(zhuǎn)錄酶做催化劑,以RNA為模板合成所需要的DNA目的基因。
合成法:如果已知目的基因的堿基排列順序,可用酶法或化學(xué)法,直接合成目的基因。目前此法已很少采用。
第二步:把目的基因接到某種運載體上,常用的運載體有能夠和細(xì)菌共生的質(zhì)粒、溫和噬菌體(病毒)等。
DNA重組技術(shù):重組DNA就是讓DNA片段和載體連接。外源DNA是很難直接透過細(xì)胞膜進入受體細(xì)胞的。即使進入受體細(xì)胞之中,也會受到細(xì)胞內(nèi)限制性內(nèi)切酶的作用而分解。目的基因結(jié)合到經(jīng)過改造的細(xì)菌中的質(zhì)粒(細(xì)菌細(xì)胞中的小環(huán)狀DNA分子)或溫和噬菌體(病毒)上后形成的組合體稱為重組體DNA。在這一技術(shù)中,限制性內(nèi)切酶是一種常用的工具酶,它能“切開”質(zhì)粒的環(huán)形DNA,也能切取目的基因,然后把目的基因DNA片段與質(zhì)粒DNA分子的兩端,在連接酶的作用互補連接形成重組體DNA。
第三步:通過運載體把目的基因帶入某生物體內(nèi),并使它得到表達。目的基因的表達是指目的基因進入受體細(xì)胞后能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)錄和翻譯。目的基因能否表達是基因工程是否成功的關(guān)鍵。
目前,人類已經(jīng)利用外源基因,如人的生長激素基因、人胸腺激素基因、人干擾素基因、牛生長激素基因等,導(dǎo)入細(xì)菌中,生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品,在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用,取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。