基因工程药物研究前言进展论文

最新成果：一:在生产领域,人们可以利用基因技术,生产转基因食品.例如,科学家可以把某种肉猪体内控制肉的生长的基因植入鸡体内,从而让鸡也获得快速增肥的能力.但是,转基因因为有高科技含量, 怕吃了转基因食品中的外源基因后会改变人的遗传性状，比如吃了转基因猪肉会变得好动，喝了转基因牛奶后易患恋乳症等等。华中农业大学的张启发院士认为：“转基因技术为作物改良提供了新手段，同时也带来了潜在的风险。基因技术本身能够进行精确的分析和评估，从而有效地规避风险。对转基因技术的风险评估应以传统技术为参照。科学规范的管理可为转基因技术的利用提供安全保障。生命科学基础知识的科普和公众教育十分重要。” 二:军事上的应用.生物武器已经使用了很长的时间.细菌,毒气都令人为之色变.但是,现在传说中的基因武器却更加令人胆寒。 三: 环境保护上,也可以应用基因武器.我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物,研制出专门的基因药物,既能高效的杀死它们,又不会对其他生物造成影响.还能节省成本.例如一直危害我国淡水区域的水葫芦,如果有一种基因产品能够高校杀灭的话,那每年就可以节省几十亿了. 科学是一把双刃剑.基因工程也不例外.我们要发挥基因工程中能造福人类的部分,抑止它的害处. 四，医疗方面 随着人类对基因研究的不断深入，发现许多疾病是由于基因结构与功能发生改变所引起的。科学家将不仅能发现有缺陷的基因，而且还能掌握如何进行对基因诊断、修复、治疗和预防，这是生物技术发展的前沿。这项成果将给人类的健康和生活带来不可估量的利益。所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法，将正常的基因转如病患者的细胞中，以取代病变基因，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径，达到治疗某些遗传病的目的。目前，已发现的遗传病有6500多种，其中由单基因缺陷引起的就有约3000多种。因此，遗传病是基因治疗的主要对象。 第一例基因治疗是美国在1990年进行的。当时，两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症。科学家对她们进行了基因治疗并取得了成功。这一开创性的工作标志着基因治疗已经从实验研究过渡到临床实验。1991年，我国首例B型血友病的基因治疗临床实验也获得了成功。 基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗。其方法是将特定的DNA用改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着人们未来可能利用基因枪传送药物到人体内的特定部位，以取代传统的接种疫苗，并用基因枪技术来治疗遗传病。 目前，科学家们正在研究的是胎儿基因疗法。如果现在的实验疗效得到进一步确证的话，就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病，以防止出生患遗传病症的新生儿，从而从根本上提高后代的健康水平。 五，基因工程药物研究 基因工程药物，是重组DNA的表达产物。广义的说，凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的，都可以成为基因工程药物。在这方面的研究具有十分诱人的前景。 基因工程药物研究的开发重点是从蛋白质类药物，如胰岛素、人生长激素、促红细胞生成素等的分子蛋白质，转移到寻找较小分子蛋白质药物。这是因为蛋白质的分子一般都比较大，不容易穿过细胞膜，因而影响其药理作用的发挥，而小分子药物在这方面就具有明显的优越性。另一方面对疾病的治疗思路也开阔了，从单纯的用药发展到用基因工程技术或基因本身作为治疗手段。 现在，还有一个需要引起大家注意的问题，就是许多过去被征服的传染病，由于细菌产生了耐药性，又卷土重来。其中最值得引起注意的是结核病。据世界卫生组织报道，现已出现全球肺结核病危机。本来即将被消灭的结核病又死灰复燃，而且出现了多种耐药结核病。据统计，全世界现有亿人感染了结核病菌，每年有900万新结核病人，约300万人死于结核病，相当于每10秒钟就有一人死于结核病。科学家还指出，在今后的一段时间里，会有数以百计的感染细菌性疾病的人将无药可治，同时病毒性疾病日益曾多，防不胜防。不过与此同时，科学家们也探索了对付的办法，他们在人体、昆虫和植物种子中找到一些小分子的抗微生物多肽，它们的分子量小于4000，仅有30多个氨基酸，具有强烈的广普杀伤病原微生物的活力，对细菌、病菌、真菌等病原微生物能产生较强的杀伤作用，有可能成为新一代的“超级抗生素”。除了用它来开发新的抗生素外，这类小分子多肽还可以在农业上用于培育抗病作物的新品种。 六，加快农作物新品种的培育 科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展，一场新的绿色革命近在眼前。这场新的绿色革命的一个显著特点就是生物技术、农业、食品和医药行业将融合到一起。 本世纪五、六十年代，由于杂交品种推广、化肥使用量增加以及灌溉面积的扩大，农作物产量成倍提高，这就是大家所说的“绿色革命”。但一些研究人员认为，这些方法目前已很难再使农作物产量有进一步的大幅度提高。 基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物。例如，基因技术可以使农作物自己释放出杀虫剂，可以使农作物种植在旱地或盐碱地上，或者生产出营养更丰富的食品。科学家们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食品的农作物。 基因技术也使开发农作物新品种的时间大为缩短。利用传统的育种方法，需要七、八年时间才能培育出一个新的植物品种，基因工程技术使研究人员可以将任何一种基因注入到一种植物中，从而培育出一种全新的农作物品种，时间则缩短一半。 虽然第一批基因工程农作物品种5年前才开始上市，但今年美国种植的玉米、大豆和棉花中的一半将使用利用基因工程培育的种子。据估计，今后5年内，美国基因工程农产品和食品的市场规模将从今年的40亿美元扩大到200亿美元，20年后达到750亿美元。有的专家预计，“到下世纪初，很可能美国的每一种食品中都含有一点基因工程的成分。” 尽管还有不少人、特别是欧洲国家消费者对转基因农产品心存疑虑，但是专家们指出，利用基因工程改良农作物已势在必行。这首先是由于全球人口的压力不断增加。专家们估计，今后40年内，全球的人口将比目前增加一半，为此，粮食产量需增加75％。另外，人口的老龄化对医疗系统的压力不断增加，开发可以增强人体健康的食品十分必要。 加快农作物新品种的培育也是第三世界发展中国家发展生物技术的一个共同目标，我国的农业生物技术的研究与应用已经广泛开展，并已取得显著效益。 七，分子进化工程的研究 分子进化工程是继蛋白质工程之后的第三代基因工程。它通过在试管里对以核酸为主的多分子体系施以选择的压力，模拟自然中生物进化历程，以达到创造新基因、新蛋白质的目的。 这需要三个步骤，即扩增、突变、和选择。扩增是使所提取的遗传信息DNA片段分子获得大量的拷贝；突变是在基因水平上施加压力，使DNA片段上的碱基发生变异，这种变异为选择和进化提供原料；选择是在表型水平上通过适者生存，不适者淘汰的方式固定变异。这三个过程紧密相连缺一不可。 现在，科学家已应用此方法，通过试管里的定向进化，获得了能抑制凝血酶活性的DNA分子，这类DNA具有抗凝血作用，它有可能代替溶解血栓的蛋白质药物，来治疗心肌梗塞、脑最新技术：(一)反义技术 根据目前研究的内容，反义技术(antisense technology)是指根据碱基互补原理，用人工合成(或生物体合成)的特定互补RNA或DNA片段(或其化学修饰产物)抑制或封闭基因表达的技术。反义技术理论的形成和发展是以原核生物中天然存在的反义RNA及其调控机理的研究为基础的。在真核生物中一直尚未找到天然存在的反义RNA调控系统，但检测出了许多具有互补碱基序列的小分子RNA，推测其中一部分可能参与基因表达调控，起着类似于反义RNA的作用。1．反义RNA的人工合成 常见的获得反义RNA的方法与基因工程方法相同。首先是以mRNA为模板，合成互补的一条DNA链；然后再以此互补DNA为模板合成互补配对的另一条DNA链，所得到的双链DNA片段就是目的基因片段，反向装上启动子和终止子并反向地插入适当的载体中。将此重组载体导入细胞，当重组载体表达时，就会转录出反义RNA。此外也可以用人工合成的反义寡聚核苷酸，用以解除核糖体的翻译活性。2．反义RNA的作用原理 反义RNA是通过与靶基因转录的RNA碱基互补形成复合体，参与有关基因表达的调控，推测反义RNA的作用方式可能是：①与mRNA形成二聚体，阻断了mRNA与核糖体的结合，以致不能进行翻译。②与mRNA结合，使mRNA不能向细胞质运输，造成特定基因失活或关闭。③与mRNA结合，使得mRNA易被酶识别而降解。④反义RNA与DNA结合，使DNA的复制受阻。3．反义技术的应用前景 反义技术的操作和突变不同，能在不破坏目的基因的前提下调控基因的表达，因此，它既是阐明基因功能的一种新手段，又拓宽了通过基因工程改良动、植物品质和治疗疾病的途径。1986年Ecker等首先报道了反义技术在植物基因工程中的应用情况。他们用农杆菌上的nos等启动子构建了一组有义和反义的氯霉素乙烯转移酶(CAT)基因载体，将这些有义和反义的载体按一定比例混合，通过电激融合法，同时转化胡萝卜原生质体。在继续培养的原生质体再生细胞中，发现cat基因的表达受到了明显的抑制，且其抑制程度随反义基因质粒的增加而增强。目前在植物中反义RNA的研究主要是在控制花的颜色及果实成熟和后熟方面，如对番茄果实成熟和软化控制的研究已取得令人瞩目的进展。这就是把与果实软化和成熟相关的酶如多聚乳糖醛酸酶(PG)、乙烯形成酶(EFE)等基因的反义RNA转入番茄。对转化体的自交后代的分析结果表明，果实细胞壁软化受到了显著的抑制，从而增加了果实的耐压抗裂性，贮藏期延长，果实的加工特性也有所改善。对于改良作物品种的不良性状，克服产品中的不良性质，反义基因技术有其独特的优点。反义技术的建立扩展了机体抵御外来微生物的经典免疫学概念，这就是用反义RNA通过核酸分子之间的相互作用，可以抑制外源病毒等的侵袭。如用反义RNA已成功地抑制了流感病毒、疱疹病毒和人类免疫缺陷综合症病毒等对所培养的组织细胞的侵袭。针对植物病毒的反义RNA可使植株产生保护和抗害作用。在癌症及遗传病治疗方面，反义技术也同样展现了令人鼓舞的前景。如将携带反义RNA的骨髓白血病(MYC)基因及编码大肠杆菌黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶基因的质粒，通过原生质体融合并引入到前骨髓白血病细胞系，获得高水平表达反义MYC RNA的细胞系，其MYC蛋白质比对照组下降70％。结果还表明，反义RNA不仅能在转录水平而且还能在翻译水平抑制癌基因的表达。反义RNA对细胞内原癌基因的阻抑，不仅使细胞增殖力下降，还启动了单细胞分化，进而使癌变得以缓解乃至痊愈。(二)蛋白质工程1．蛋白质工程的主要内容 蛋白质工程(protein engineering)是近十余年来在基因工程取得成就的基础上，融合蛋白质结晶学、计算机辅助设计以及蛋白质化学等多种学科而形成的一个新的研究领域。蛋白质空间结构的信息包含在它的氨基酸排列顺序中，而这种氨基酸的排列顺序又是由其编码基因的核苷酸序列所决定的，因此，通过对其编码基因的修饰和基因工程途径，便可创造出新型的蛋白质分子。可见蛋白质工程正是集中了当前分子生物学中一些前沿领域的最新成就，把核酸研究与蛋白质研究相结合，把基础研究与应用研究相结合，使人类从认识生命走向改造生命。遗传工程使人类能以在控制条件下生产自然界中存在的蛋白质，而蛋白质工程则开创了按人们意愿设计制造符合人类所需蛋白质分子的新时期，因此被誉为第二代遗传工程。蛋白质工程的具体程序大抵是：首先分离纯化～ mg目的蛋白质，测定其部分肽段的一级结构，据此及编码原则合成含有同位素标记的寡聚核苷酸探针，从基因文库中分离编码该蛋白质的克隆化基因，转入噬菌体M13系统，用双脱氧链端终止法完成其DNA序列分析，通过表达载体获得较大量(～)该蛋白质。用于空间结构测定，从晶体结构模型及结构与功能研究出发，借助计算机辅助分子设计提出分子预期性质及改造方案。通过合成寡核苷酸-M13系统定位突变并分离其突变体，引入表达载体生产并纯化多量突变型蛋白质，分析及测试其性质，指导进一步分子设计，以最终获得所预期性质的分子(图19-13)。2．蛋白质工程研究中寡核苷酸诱导的定点突变 蛋白质工程是一门从改变基因入手，创造新的蛋白质的技术科学，因此，改变基因的方法就成为蛋白质工程的主要内容之一。蛋白质工程研究中使用的基因突变技术，按照对突变位点确定的程度，大致可分为定点突变和非定点突变两大类。定点突变是对已知序列的基因(DNA)中任意指定位置进行突变的技术，包括核苷酸的置换、插入或删除。非定点突变是指那些不能预先确定产生突变位点的点突变技术。在基因突变技术中采用寡核苷酸诱导的定点突变(oligonucleotide-directed mutagenesis)方法，可以定向地改变基因的序列结构，也就是说用这种方法可以改变任何想要改变的碱基。因此，这一方法已成为当前蛋白质工程中改变基因的主要方法。这项技术主要是利用带有预定突变序列的寡核苷酸单链引物，在体外与原基因序列退火，诱导合成少量完整的突变基因，然后，通过体内增殖得到大量的突变基因。其具体步骤如图19-14。在此技术中，最初用作单链模板的DNA分子为ΦX174噬菌体。近年来随着单链噬菌体M13运载系统的发展，由于它所具有的一些优点，如含有许多可被克隆的位点，转化产生的噬菌斑可根据插入物的有无呈现不同颜色而易于筛选，这类运载体在宿主细胞中拷贝数多(约200个)而表达效率高，这一系统可插入的外源DNA长度变化范围也较大，以及能够较简便快捷地提取到单链模板DNA，因而M13运载系统已被广泛地应用于位点定向诱变工作。到20世纪80年代中期，利用定点突变法已先后进行了枯草杆菌蛋白酶、二氢叶酸还原酶、胰蛋白酶以及酪氨酰-tRNA合成酶的基因改造。血栓等疾病。提问者评价谢了评论(3)|34zhen玉玲珑 |四级采纳率17%擅长：生活网络游戏教育/科学按默认排序|按时间排序其他1条回答检举|2008-09-06 20:19laozijsj|三级2月27至28日，依托北京大学的蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室接受了国家科技部委托国家自然科学基金委组织的评估。评估工作检阅了重点实验室五年来的研究成果，专家组认为比上一个评估周期有明显进步，取得了显著成绩。特别是近三年来，重点实验室的研究人员连续在世界一流学术刊物《植物细胞》（Plant Cell）、《美国科学院院报》（Proc. Natl. Acad. Sci.）上发表了多篇有重要影响的科研论文，反映了重点实验室强劲的发展势头和突出成果。 最新一期的Plant Cell（2006年3月，第18卷651-664页）上发表了重点实验室朱玉贤教授研究组的研究论文，此项研究采用转录组学、生物信息学（与重点实验室魏丽萍研究组合作）、生物化学及植物生理学方法证实植物激素乙烯控制棉花纤维伸长。这是棉花纤维发育和细胞伸长机制研究中的一个重大突破，也是乙烯参与调控植物细胞伸长的最新证据。 仅仅在半年以前，重点实验室瞿礼嘉教授研究组刚刚在这个植物科学界最有影响力的刊物上发表了研究论文（Plant Cell，2005年10月，第17卷2693-2704页）。他们通过对一个叶片显著上卷的拟南芥突变体（iamt1-D）的研究，发现编码吲哚乙酸（IAA）羧甲基转移酶的IAMT1基因过量表达是引起该突变表型的根本原因，证明IAA的甲基化在调节植物的发育和植物生长素的动态平衡上起重要作用。他们的研究还发现，外源施加的IAA甲酯抑制主根和下胚轴的伸长的活性比IAA更强，表明植物可以通过甲基化来有效地调节IAA活性。该项研究首次证明植物叶片的平展和发育涉及植物生长素活性的合理空间分布。 重点实验室赵进东教授研究组对钙离子在蓝藻异型胞分化中的作用进行系统深入的研究，研究成果连续两年发表在Proc. Natl. Acad. Sci.上。他们研究发现调控异型胞分化的主开关基因产物HetR是一个DNA结合蛋白，HetR与DNA的结合是异型胞分化的前提，异型胞分化抑制物PatS能抑制HetR与DNA的结合，证明HetR与PatS的相互作用是调控异型胞格式形成的关键。该研究成果2004年4月发表于Proc. Natl. Acad. Sci.（第101卷4848-4853页）。随后，他们又克隆了一个蓝藻的钙结合蛋白基因（称为CcbP），并证明钙离子对蓝藻异型胞分化有关键性调节作用。该研究成果在2005年4月以封面论文的形式发表于Proc. Natl. Acad. Sci.（102: 5744–5748页）。 重点实验室许智宏院士和白书农教授共同主持的研究组用组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA处理拟南芥植株，发现组蛋白乙酰化模式的改变直接影响了部分在根表皮细胞分化模式决定过程中有重要作用的基因表达。据此，他们提出组蛋白乙酰化是诱导根表皮细胞分化模式形成的“位置信息”的重要介导组分，为认识植物细胞模式形成机制提供了新的视角。该研究成果2005年10月发表于Proc. Natl. Acad. Sci.（第102卷14469–14474页）。 重点实验室苏晓东教授研究组以三维晶体结构为基础，结合生物化学及细胞生物学方法确定了一个人类未知功能蛋白AD－004为核定位的核苷酸激酶，将其命名为AK6（Adenylate Kinase，AK），是第一类被发现定位于细胞核内的腺苷酸激酶。AK6不仅在核苷酸及能量代谢研究领域具有重大理论价值，最近国际上其他实验室的结果表明，它很可能与真核细胞中核糖体的组装相关。AK6的晶体结构解析是在国内首次利用实验室常规转靶光源，通过测定天然蛋白晶体中的硫（S）原子反常散射信号（S-SAD）完成的，在方法学上也有新贡献。该研究成果2005年1月发表于Proc. Natl. Acad. Sci.（第102卷303–308页）。 蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室研究人员发表的上述有重要影响的研究论文，均以北京大学作为第一作者单位及通讯作者单位，对于提升北京大学在相关领域的国际地位发挥了重要作用。根据美国科学情报研究所（ISI）科学引文数据库（SCI）截止到2005年10月的统计，北京大学（含原北京医科大学）共有9个研究领域跻身全球引用前1%排行榜，包括数学、物理学、化学、生物学与生物化学、地球科学、材料科学、工程、植物与动物科学、临床医学。其中，蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室基本涵盖并涉及了北京大学植物科学及生物化学这两个学科点，充分表明该实验室已经成为国际上相关领域具有重要影响的基础研究基地。