基因重组技术

由于遗传物质DNA分子双螺旋结构的发现、遗传表达中心法则的提出和遗传密码的破译，使得人们对基因的具体结构及其作用方式等有关问题有了基本的了解。基因是DNA分子上具有遗传特性的片段，通过转录和翻译过程，控制蛋白质一级结构的形成。随着研究的深入，基因的调控和跳跃等性质的发现，为基因的技术运用开辟了前景。在1950年代美国生物学家卢里亚发现在大肠杆菌中从细菌A中释放出来的噬菌体可以有效地感染同一菌株而不能感染细菌B的限制性，英国生物学家海斯（W.Heyes）和美国生物学家莱德泊格（J.Lederberg）等人发现发现大肠杆菌F因子和温和噬菌体λ等质粒。在1970年代，两项发现组成基因技术的形成。一项是美国生物学家伯格（Paul Berg，1926—）等人发现卢里亚所谓的限制现象是因为细菌细胞中存在着几种限制性内切酶，它们可以像剪刀一样切断DNA分子，而且常常是作用专一的。另一项是美国生物学家柯恩（Stanley Cohen）等发现，经过人工改造的DNA片段能够以质粒和温和噬菌体为载体进入宿主细胞。在体外重新组成一种新的DNA的分子，开创了基因工程的新纪元。1972年伯格成功地实现了DNA分子的体外重组，1973年柯恩又成功地将重组体插入质粒并引入宿主细胞。从此开创了基因技术的新时代。

基因技术是按照预先设计的施工蓝图，把需要的甲种生物基因（称为目的基因）转入乙种生物的细胞中，使目的基因被复制并表达出来，从而使乙种生物的细胞获得甲种生物的性状，形成新的生物类型。基因重组成功与否，在很大程度上取决于目的基因是否正确和能否表达，因此要求基因与启动子（启动基因表达）正确拼接，并和增强子（增强表达的元件）以及表达终止元件组成一个“重组体”，即基因重组。

所谓“基因重组”就是将DNA进行新的组合，然后把新组合的DNA分子转移到我们操作的生命体中。举例说，我们要获得一种抗虫的农作物，首先就要分离一段这样的基因，它能编码某种专门杀虫的毒蛋白，然后将这个基因放在一个载体上，通过载体将这段基因转到农作物植株细胞的DNA上去（这一过程又称DNA整合）。这样，在这些转入基因的农作物细胞中就能产生这种杀虫的蛋白，虫子一吃就会被杀死。这种能杀虫的特性可以随着DNA的复制而传绘后代，因此这种良好的特性就被固定下来了。

基因重组技术包括以下基本程序：获取目的基因，在选定的载体上重组，将重组载体送入选定的宿主细胞，对重组分子进行选择，将目的基因表达成蛋白质。目的基因的制备，载体分子和宿主细胞的选择。获取所需的目的基因的主要方法包括，使用超声波等机械方法或者使用限制性内切酶将DNA大分子剪断成为便于操作的小分子，或者先以信使RNA为模板在逆转录酶的作用下获得与其互补的DNA单链然后再在聚合酶作用下复制成双链分子，或者用化学的方法人工合成。载体是能专一地感染某一类细胞的环状DNA分子，具有多个可供使用的限制性内切酶位点和选择性标记，能在细胞中随染色体的复制而独立复制，并随着细胞的分裂而扩增。在连接酶的作用下目的基因与载体分子连接在一起，然后携带着目的基因的重组载体被送入宿主细胞。宿主细胞的选择要考虑到基因表达的问题，既要保证目的基因准确地转录、翻译成蛋白质和维持稳定，又要根据研究或应用的目的，或大量地表达或表达后分泌出细胞，以利于提纯等。重组载体送入宿主细胞的方式有转化（用于重组质粒）、转染、转导（体外噬菌体包装）、直接注射等多种。重组分子进行选择，载体上的选择性标记可以提供一种选择的方法，另外还可以通过免疫学方式和分子杂交等方式选择出重组的载体。目的基因表达成蛋白质，我们才能进一步鉴定其功能或是提纯应用，因此在构建重组DNA分子选择

传统的遗传育种所获优良物种，经几代以后其优良的品质就要退化。很多情况下这是因为这些优良品质没有在基因水平上固定下来，因而很难稳定地遗传给后代。基因重组技术的诞生既是现代分子生物学理论发展的结果，也是社会需求强烈呼唤的产物。基因重组技术是在基因（DNA）水平上对生命体进行操作，而这种操作的结果是可以传递给后代的。这就从本质上决定了基因重组技术划时代的重大意义。