基因工程

什么是基因工程

基因工程是对生物体遗传物质进行的有意改造，通常是把基因从一个生物体转移到另一个生物体，使受体生物体产生新的性状或产物。它也称为重组DNA技术，因为它把来自两个不同来源的DNA结合成一个分子。

基本步骤

1. 从来源生物体的DNA中鉴定并分离出所需的基因。
2. 使用限制酶切下该基因，该酶能识别并切割特定序列的DNA。
3. 用相同的限制酶切开载体（通常是细菌质粒），产生相匹配的切口。
4. 把该基因插入载体，并用DNA连接酶把各片段连接（拼接）起来，形成重组DNA。
5. 把重组DNA转移到细菌等宿主细胞中，该细胞随后表达这个新基因并产生所需的蛋白质。

例子与应用

人类胰岛素曾经是从动物胰脏中提取的，如今通过把人类胰岛素基因插入细菌中大量生产，细菌因而能廉价、大量地制造胰岛素。其他应用包括利用土壤细菌的基因改造而能抵抗特定害虫的Bt作物，以及经改造以提升营养含量的作物，例如富含维生素A的稻米。

由于插入的基因来自不同物种，通过这种方式产生的生物体称为基因改造生物（GMO），而基因改造作物通常简称为转基因作物。

优点与局限

• 基因工程能够精确转移单一所需性状，而不会像传统杂交育种那样连带转入许多其他基因。
• 由于细菌等宿主生物能在大型发酵罐中快速且廉价地培养，胰岛素等产品能以更低成本、更大规模生产，远胜于从动物或植物中提取。
• 针对特定益处改造的作物，例如富含维生素A的稻米，有助解决某群体饮食中特定的营养缺乏问题。
• 新的基因改造生物在推出前必须经过生物安全评估，其对环境与生物多样性的长期影响也持续受到监测与研究。

如何考查

SPM试题常要求你把基因工程的各个步骤按正确顺序排列，说明限制酶或DNA连接酶的作用，或说出并描述基因工程的某项应用，例如利用细菌生产人类胰岛素。

考试风格例题

题目。一家生物科技公司想利用细菌生产人类胰岛素。

(a) 说出把人类胰岛素基因转移到细菌中所用的技术名称。(b) 按正确顺序描述所涉及的主要步骤，从分离人类DNA中的基因开始。

(c) 解释为何选择细菌而非人类细胞作为大规模生产胰岛素的宿主生物。(d) 说出以此方式生产胰岛素相较于从动物胰脏提取的一项优点。

参考答案。(a) 该技术是基因工程（重组DNA技术）。

(b) 首先用限制酶从人类DNA中分离并切下胰岛素基因，该酶能识别并切割特定序列的DNA。用相同的限制酶切开细菌的质粒载体，产生相匹配的切口。

把基因插入质粒中，并用DNA连接酶把它密封连接，形成重组DNA。这个重组质粒随后被导入细菌，细菌表达该基因并产生人类胰岛素。

(c) 细菌通过二分裂快速繁殖，并能在大型发酵罐中廉价培养，因此胰岛素能比使用人类细胞更快、更大量地大量生产。(d) 以此方式生产的胰岛素与人类胰岛素在化学上完全相同，并能持续大规模生产，不像从动物胰脏获得的供应那样有限且更不稳定。

练习题

试一试。一名研究人员把来自土壤细菌的除草剂抗性基因插入作物细胞中。

(a) 说出这一过程所产生的生物体类型。(b) 提出这种改造作物对农民的一项优点。

考试提示

重点术语

第28章的这些术语对准确描述基因工程至关重要：

• 基因工程，利用重组DNA技术，把基因从一个生物体直接转移到另一个生物体。
• 基因改造生物（GMO），遗传物质经基因工程改变的生物体。
• 生物科技，利用生物体或其产物来制造或改造某物以达到实际用途。
• DNA，在基因工程中被切割、连接与转移，携带遗传指令的分子。
• 克隆，制造一个生物体或一段DNA在遗传上完全相同的复制品。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题

遗传技术的更多资源