转基因工程

将外源基因转移到原生质、细胞或组织的技术可称之为转基因技术。其工程应用范围，在原理上说十分广泛。就目前的发展水平说，主要应用面包括：转基因植物、转基因动物、转基因药物和基因治疗。

●转基因植物

将基因的表达载体整个合到植物的株系及种子进行繁殖，以培养出抗病、抗虫、丰产和优良的植物品种，就是转基因植物工程。

美国孟山公司欧洲农作物研究中心的生物技术项目总监史蒂芬·罗杰斯博士，在1980年在公司的支持下，主持投资1.75亿美元建立起世界上规模最大、设备最先进的生物工程技术研究中心，率领1200名技术人员致力于转基因技术项目的开发与研究。1982年他们首次将在实验室内获得成功的转基因作物马铃薯种植于大田中。1995年孟山公司培育的一些转基因植物获准大面积种植，次年该公司的各种转基因作物种子的生产正式进入商业化运作。到1997年防虫、抗病和抗除草剂三种基因的转基因作物在全球范围内的种植面积突破1.5亿亩。转基因粮食的推广种植，将会给人类提供更优质、更丰富的食品。

中国是世界棉花产量和消费量的大国，每年种植约8000万亩。但自1990年代以来，棉铃虫害在大部分产棉区持续发生。并且由于长期使用化学农药导致的棉虫抗药性，使得棉玲虫害猖獗，造成的经济损失每年多达100亿元。为此中国农业科学研究院生物技术研究中心进行了抗病棉的研究，并成功地将人工合成的杀虫基因整合到棉花基因组中的株系和种子，培育出抗虫能力达80%以上的丰产性和适应性优良的抗虫棉。中国农科院与河北省沧州市民办国欣农研会协作完成的基因抗虫棉“中棉所30号”，并通过了全国农作物品种审定委员会棉麻专业组的审定。在种植抗虫棉的示范田里，在不打农药，没有浇水，田间管理粗放的情况下，棉株生长良好，几乎找不到棉铃虫，棉桃累累，一派丰收景象。

近10多年来，转基因植物工程有了长足的进步，已能分离和合成一些特定的基因，运用生物、物理和化学的方法，将目的基因导入植物细胞，通过组织培养和直接转化获得转基因植物。不仅扩大了植物间远缘杂交的范围，而且还能将微生物或动物的有益基因转移给植物。现在已获得百余种转基因植株，其中包括烟草、马铃薯、油菜、亚麻、棉花、甜菜、大豆、番茄等重要农作物品种。被批准田间试验的转基因植物已达数千例之多，包括抗虫、抗病、抗药、高产、优质、保鲜、延熟等优良品种。但目前实现的转基因植物主要是双子叶植物，对于小麦、水稻和玉米等双子叶植物的遗传转化还存在诸多困难。

通过转基因技术实现改良作物遗传基础的主要困难有三：一是对于改良主要作物可用的目的基因还很少，这是制约转基因工程发展的重要因素。二是目的基因在转移植物中的稳定表达及其遗传的稳定性尚待深入研究，而对于目的基因在受体细胞染色体上的整合过程和机理几乎完全不清楚。三是大多数作物的经济形状都是由多基因决定的，而目前对这类形状的主效基因之识别、分离和纯化技术都还不足，并有待基础研究的进一步深入。

●转基因动物

将基因的载体直接注入受精卵或早期的胚胎细胞，然后植入假怀孕的母体动物，经植床后发育成胎，最后成熟分娩，产生带有该基因的动物，就是转基因动物工程。

1982年转基因动物──超级鼠的诞生为转基因动物抗病育种带来了希望。1989年克里腾登（Crihenden）将A亚组禽白血病毒抗原蛋白的基因注入鸡蛋，发现后代不含病毒，但表达糖蛋白，能抗同亚组病毒感染。1990年威斯康星大学的卡特拉伦（Carterallen）将牛鼻气管炎病毒epIV基因导入牛纤维细胞，所得新细胞的抗病毒感染能力提高了1000倍。进一步的研究是转基因抗病鼠，最后目标是抗鼻气管炎的牛。英国PPL公司基因实验室培育了一头名叫“罗斯”的转基因奶牛，它的奶中含有与人乳相同的成分──人乳清蛋白，这种含有多种氨基酸的乳清蛋白是婴儿的必备食物。芬兰培育的一头转基因牛可生产含红细胞生成素的牛奶，1年内可从其奶中提取60—80公斤的红细胞生成素，为贫血患者提供一种增强造血功能的食物。加拿大培育的罗非鱼能分泌人胰岛素，为糖尿病患者提供了保健治疗的新食品。

家禽和家畜是人类不可缺少的食物。但是家禽和家畜的某些传染病的危害日益加剧，不仅流行之势不衰而且种类不断增多。近几年来，大牲畜的死亡率为20~30%，每年由于畜禽死亡造成的经济损失超过几百亿元。1980年美国仅牛病一项的经济损失就高达50亿美元。1996年春季英伦三岛的疯牛病顿时成为世界新闻。自80年代以来，英国已有16万头牛死于疯牛病。疯牛病不仅发生在牲畜上，还有传染给人的危险。已在英国和法国发现3个少年和9个青年人的非典型CJD病例表明，疯牛病传染给人的可能性。为了减少禽畜因传染病死亡所造成的损失，彻底摆脱禽畜传染病的困扰，国内外不少学者提出开展动物抗病育种的建议。用基因技术培育转基因动物应该说是抗病育种的最好办法。

●转基因药物

转基因技术用于生产人类所需的药物，是将带有特定启动子和增强子的表达载体注入受精卵或直接导入牛或羊等动物的乳腺，从而让动物从乳汁中分泌出我们所需要的药物。这种以“生物反应器”代替体外发酵罐的生物工程可称之为转基因药物工程。

美国的一头转基因猪能生产人体血凝蛋白，这种蛋白称为C蛋白，它是治疗血友病的药物，不会含有感染病毒的危险。一头母猪一年能产300升，每多升奶有1毫C蛋白，比正常人血液中所发展C蛋白的浓度高，而且有很高的生物活性。

英国培育出转基因羊能够生产抗胰蛋白酶。这种酶可以治疗一种欧洲致命性疾病──囊性纤维性引发的肺部感染和肺气肿，已用于临床。一头转基因羊生产的奶制药剂可以治疗15个患者。

上海医学遗传研究所的科研人员与复旦大学遗传所合作，对119头山羊进行了转基因研究和培育。经过多年的努力在上海奉新试验场诞生了一批转基因山羊，其中的5头实现了与人的凝血因子第九基因成功的整合。1996年10月出生的一头转基因山羊已进入泌乳期，其乳汁中存在能治疗血友病的基因药物——人凝血九因子。

转基因药物和疫苗的研究已显示出良好应用前景。例如用转基因技术获得了干扰素与生长激素、白细胞介素-2、人表生长因子乙型肝炎疫苗。美国已批准的637种生物技术诊断试剂中，有571种单抗，53种DNA探针，13种重组DNA产品。中国研制的哺乳动物细胞表达的乙肝转基因疫苗也于1992年获国家批准，投放市场。与多基因工程疫苗进入临床试验的还有甲肝病毒重组疫苗、病毒活疫苗、霍乱菌苗、福氏、宋内氏双价痢疾菌苗和EB病毒重组痘苗等。此外我国还有基因工程多肽药物投入市场。例如用治疗慢性活动性乙型肝炎、丙型肝炎、毛细脆性白血病、肾癌等恶性肿瘤、带状疱疹、类风湿关节炎、慢性宫颈炎、疱疹性角膜炎等疾病的外用人基因工程a1b型干扰素、注射用人基因工程a1b型干扰素、注射用基因a2b型干扰素、基因工程白介素工及基因工程干扰素等5种产品。这些药物和疫苗都有很高的经济回报，例如1992年，美国的干扰素销售量达6.05亿美元，生长激素达6.25亿美元，乙型肝炎疫苗的销售量达7.42亿美元。

人类细胞系的单抗体可用来诊断和研究诸如恶性肿瘤和乙型脑炎等顽症。现在各国正在以细胞融合技术研制单抗体药物。中国以单抗体为基本技术导向的药物已从实验室走向临床。抗人体细胞的免疫毒素及抗C-ALL免疫毒素，经国家批准进入临床试验，作为基因骨髓移植治疗白血病的辅助疗法，对于防止和减轻排斥反应是有效的，同位素标记的抗肝癌单抗体已于1995年4月通过卫生部审查，并已用于临床显像诊断，将进入临床治疗试验。流行性乙型脑炎是一种严重的以中枢神经系统损伤为主要表现的急性病毒性传染病，并且是一种人畜共患的疾病，病死率高，后遗症严重，迄今为止尚无特效治疗方法。1980年代初，中国微生物学专家、第四军医大学的汪美先教授，在中国率先组织单抗体的研究与应用。1984年汪美先教授与马文煜教授合作融合成功抗乙型脑炎病毒活性很高的单抗体，并在临床诊断和治疗方面者取得了重大进展。乙型脑炎单抗体药物已作为国家一类新药通过卫生部的审评，获准进入一、二期临床试验，经过345例乙型脑炎患者的试用，在退热、止惊、改善意识、减少恢复期症状、提高治愈率和降低病死率等方面均获明显疗效。

●基因治疗

转基因技术应用于治疗，即将正常基因转入病患者的细胞中，以取代病变基因表达所缺乏的产物，或者关闭或者降低异常表达的基因，达到治疗等某些遗传病的目的，被称之为基因治疗。

美国已于1989年批准基因治疗进入临床试验。1990年一个4岁和一个9岁的两个美国女孩，由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患“严重联合免疫缺陷症”。这两个女孩接受了基因治疗并获成功。据1995年报道，这两个女孩都已在上学了。这是美国进行的第一例用于临床的基因治疗。到1995年美国已批准进入临床试验的方案达100多个，接受治疗的病人有79例。现在科学家正在研究如何对有“严重联合免疫缺陷症”家族病史的孕妇所怀胎儿的胎儿进行基因治疗。在孕妇受孕12周时，可对胎儿进行检查，如确诊胎儿患有这种遗传病，可在胎儿16周后接受基因治疗。治疗方法是从胎儿的脐带提取胎儿细胞，用基因技术处理无害病毒加上健康基因“感染”这些胎儿细胞，然后把它们注入正在生成免疫系统的胎儿体内，取代有缺陷的基因，待婴儿出生后再检测是否还有“严重联合免疫缺陷病”的征兆，如果没有则表示其他遗传病也可以采用基因治疗。这将可以防止新生儿的遗传病的发生，从根本上提高了下一代的健康水平。

中国的基因治疗是以B型血友病为突破口的。1991年上海复旦大学薛京伦教授主持的实验室和上海医院合作对B型血友病所进行的基因治疗临床实验获得初步成功。B型血友病是一种遗传病，它是由于人体凝血Ⅸ因子基因有缺陷，不能分泌Ⅸ因子蛋白所造成的。患者的临床表现是鼻子大出血，且一旦鼻子出血就要输血，给病人带来很大的痛苦。B型血友病的基因治疗方案是，将人的凝血Ⅸ因子的基因以反转录酶病毒为载体导入患者自身的残纤维细胞，随后将这些经过转化的细胞通过肢下注射进入患者体内，获得了Ⅸ因子的成功表达，使血液中Ⅸ因子蛋白增加到正常人的浓度，可达病症减轻或消失。1994年经卫生部药政局批准扩大试验病例，目前已在另两例上进行临床试验。在应用自杀基因治疗恶性肿瘤方面也已完成了实验室研究，并获卫生部药政局批准开始临床试验。

基因治疗是一个全新的领域，它涉及医学和生物学的多学科、分子、以及整体的多层面，生物学现象的诸多方面。近年来，基因治疗的发展十分迅速，已经发现6500多种遗传病，其中由于单基因缺陷引起的约有3000多种，这些遗传疾病都是基因治疗的对象。但目前基因治疗仍然属于起步阶段，不仅基因治疗方案还存在一些问题，而且一些关键的技术问题也还没有完全解决，多遗传疾病的基因还不清楚。但是基因治疗的前景是美好的，随着人类基因组计划的实施和大批新基因的发现以及基因技术的发展，预计在21世纪的头10-20年内，基因治疗将会有重大突破，有可能成为一种常规的治疗手段，为更多的疑难病患者带来福音。