生物化学与分子生物学/DNA重组与基因工程

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生物化学与分子生物学

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基因工程(geneticengineering)和遗传工程的英语中是同一个词汇。从字面上看,遗传工程就是按人们的意思去改造生物的遗传特性、或创建具有新遗传物性的生物。遗传是由基因决定的,改建生物的遗传性,就是改建生物的基因,因此狭义的遗传工程就是基因工程。

对多数生物来说,基因本质是DNA,基因工程就是要改建DNA,涉及DNA序列的重新组合和建造,所以基因工程的核心就是人工的DNA重组(DNa recombination)。

基本工程的基本程序


图20-1 基本工程的基本程序

重组、建造的DNA分子只有纯化繁殖才有意义。纯的无性繁殖系统称为克隆。纯化繁殖DNA就称为DNA克隆或分子克隆,基因的纯化繁殖就称为基因克隆。所以DNA重组和分子克隆是与基因工程密切不可分的,是基因工程技术的核心和主要组成部分。重组DNA、分子克隆甚至成了基因工程的代名词。

只有当人类对遗传现象本质和规律有深入的认识,才能按人类的意志去改造或创建生物的遗传特性。20世纪50-60年代分子遗传学的迅速发展,确定了主要遗传物质DNA的双螺旋结构、阐明了遗传信息传递的中心法则、破译了遗传密码,为基因工程奠定了理论基础;同时酶学、细菌学、病毒学的发展,为基因工程提供了必要的工具。1972-1973年Boyer、Cohn和Berg等创立了DNA克隆技术,打破了种属的界限,第一次使本来只存在于真核细胞中的蛋白质能够在大肠杆菌中合成,这是基因工程诞生的里程碑。科学界公认基因工程的出现是20世纪最重要的科学成就这一。标志人类主动改造生物界的能力进入新的阶段。分子生物学的成就是DNA重组技术和基因工程出现和发展的基础,而DNA重组技术和基因工程的发展又有力地推动着分子生物学的进步。

基因工程属于生物技术范畴,生物技术(biotechnology)不是一个独立的学科而是一套技术或手段。广义的生物技术指任何利用活的生物体或其一部分生产产品或改良生物品质的技术;狭义的生物技术是专指以DNA重组技术和单克隆技术为标志发展起来的新技术。如无特别说明,通常生物技术一词就专指新的生物技术而言。一般认为这新的生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程几方面的内容。基因工程是生物技术的核心和关键,是主导技术;细胞技术是生物技术的基础;酶工程是生物技术的条件;发酵工程是生物技术获得最终产品的手段,四个面相互联系的。生物技术是一个综合技术体系,其中基因工程和细胞融合技术最为突出。蛋白质工程(protein engineering)则是在基因工程基础上综合蛋白质化学、蛋白质晶体学、计算机学辅助设计等知识和技术发展起来的研究新领域,开创了按人类意愿设计和研制人类需要的蛋白质的新时期,被称为第二代基因工程。

基因工程的基本程序见图20-1所示。

32 基因表达调控提要 | 工具酶 32
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