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    基因工程的誕生

    由於分子生物學和分子遺傳學發展的影響,基因分子生物學的研究也取得了前所未有的進步。為基因工程的誕生奠定了堅實的理論基礎,這些成就主要包括了3個方面:第一,在40年代確定了遺傳資訊的攜帶者,即基因的分子載體是DNA而不是蛋白質,從而明確了遺傳的物質基礎問題;第二,是在50年代揭示了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留複製機制,解決了基因的自我複製和傳遞的問題;第三,是在50年代末期和60年初,相繼提出了中心法則和操縱子學說,併成功的破譯了遺傳密碼,從而闡明瞭遺傳資訊的流向和表達問題。

    使人們期待已久的,應用類似於工程技術的程式,主動的改造生物的遺傳特性,創造具有優良性狀的生物新型別的美好願望,從理論上講已有可能變為現實。

    但在60年代的科學技術發展水平下,真正實施基因工程,還有一些問題:

    要詳細瞭解DNA編碼蛋白質的情況,以及DNA與基因的關係等,就必須首先弄清DNA核苷酸序列的整體結構,怎樣才能分離出單基因,以便能夠在體外對它的結構與功能等一系列的有關問題作深入的研究,對於基因操作來說是十分重要的環節。在70年代兩項關鍵技術:DNA分子的切割與連線技術,DNA的核苷酸序列分析技術從根本上解決了DNA的結構分析問題。

    應用核酸內切酶和DNA連線酶對DNA分子進行體外的切割與連線,是60年代末和70年代初發展起來的一項重要的基因操作技術。有人甚至說它是重組DNA的核心技術。1972年在舊金山H.W.Boyer實驗室首先發現的EcoRI核酸內切限制酶具有特別重要的意義。1967年在世界上有5個實驗室幾乎同時發現了DNA連線酶。1970年當時在Wisconsin大學的H.G.Khorana實驗室的一個小組,發現T4DNA連線酶具有更高的連線活性,有時甚至能催化完全分離的兩段DNA分子進行末端的連線。到了1972年底,人們已經掌握了好幾種連線雙鏈DNA分子的方法。

    在70年代,將外源DNA分子匯入大腸桿菌的轉化現象獲得成功,1972年斯坦福大學的S.Cohen等人報道,勁氯化鈣處理的大腸桿菌細胞同樣也能夠攝取質粒的DNA,從此,大腸桿菌便成了分子克隆的良好的轉化受體。不到四年,世界上第一家基因工程公司“Genetech”註冊登記,意味著基因工程的實際應用已跨入商業運作的門檻。

    70年代初期,開展DNA重組工作,無論在理論上還是技術上都已經具備了條件。1972年,斯坦福大學的P. Berg博士領導的研究小組,率先完成了世界上第一次成功的DNA體外重組實驗,並因此與W. Gilbert, F. Sanger分享了1980年度的諾貝爾化學獎。

    基因工程是在分子生物學和分子遺傳學綜合發展基礎上於本世紀70年代誕生的一門嶄新的生物技術科學。一般來說,基因工程是指在基因水平上的遺傳工程,它是用人為方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質--DNA大分子提取出來,在離體條件下用適當的工具酶進行切割後,把它與作為載體的DNA分子連線起來,然後與載體一起匯入某一更易生長、繁殖的受體細胞中,以讓外源遺傳物質在其中"安家落戶",進行正常複製和表達,從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術。 這個定義表明,基因工程具有以下幾個重要特徵: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係,這種能力是基因工程的第一個重要特徵。第二個特徵是,一種確定的DNA小片段在新的寄主細胞中進行擴增,這樣實現很少量DNA樣品"複製"出大量的DNA,而且是大量沒有汙染任何其它DNA序列的、絕對純淨的DNA分子群體。科學家將改變人類生殖細胞DNA的技術稱為“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都將可能使其後代發生同樣的改變。

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