基因工程在食品、醫(yī)藥及疫苗中的應(yīng)用

1、基因工程在食品、醫(yī)藥及疫苗中的應(yīng)用2009級(jí)生物技術(shù)本科02班 學(xué)號(hào):200908110224姓名:徐靜摘要:綜述基因工程技術(shù)在食品、醫(yī)藥及疫苗中的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品及其安全性問 題進(jìn)行了總結(jié)歸納，最后對(duì)基因工程技術(shù)在食品、醫(yī)藥及疫苗中的發(fā)展前景進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：基因工程轉(zhuǎn)基因食品醫(yī)藥疫苗目前,經(jīng)基因工程改造的產(chǎn)品已在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位，特別是在 食品工業(yè)中越來(lái)越顯示了它的優(yōu)越性和發(fā)展前景。基因工程技術(shù)在食品領(lǐng)域中的作用目前涉 及到對(duì)食品資源的改造、對(duì)食品品質(zhì)的改造、新產(chǎn)品的開發(fā)、食品添加劑的生產(chǎn)以及食 品衛(wèi)生檢測(cè)等方面?；蚬こ虇柺?0多年來(lái)，無(wú)論是基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域，

2、還是在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng) 用方面，都取得了驚人的成績(jī)，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類社會(huì)的進(jìn)步帶來(lái)了深刻而廣泛的影 響，同時(shí)為食品工業(yè)開拓了廣闊的發(fā)展空間。1基因工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用改善食品原料品質(zhì)。基因工程應(yīng)用于植物食品原料的生產(chǎn)上，可進(jìn)行品種改良，新品種開 發(fā)與原料增產(chǎn)，如選育抗病植物、耐除草劑植物、抗昆蟲或抗病毒植物、耐鹽或耐旱植物。 除增加產(chǎn)量外，還應(yīng)用于改良農(nóng)作物品種特性方面，例如，豆類植物中蛋氨酸的含量普遍較 低,但賴氨酸的含量很高；而谷類作物中的兩者含量正好相反，通過基因工程技術(shù)，可將谷 類植物基因?qū)攵诡愔参铮_發(fā)蛋氨酸含量高的轉(zhuǎn)基因大豆。維生素A ( VA )缺乏在發(fā)展 中國(guó)家是一種常見的

3、營(yíng)養(yǎng)缺乏癥，通過基因改造的黃金米(golden rice)，可以產(chǎn)生VA的 前體物質(zhì)胡蘿卜素，為防治VA缺乏癥提供了解決辦法，但其使用的有效性和安全性一直 以來(lái)未作深入研究。Stein等結(jié)合健康和營(yíng)養(yǎng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)政策等因素，通過對(duì)黃金米進(jìn)行 的以試驗(yàn)為依據(jù)的研究表明黃金米有望極大地減少VA缺乏癥的發(fā)生。此外，通過外源生長(zhǎng) 激素在受體魚中的表達(dá)，可使轉(zhuǎn)基因魚的肌肉蛋白含量和飼料轉(zhuǎn)換效率明顯提高，生長(zhǎng)速度 加快。生長(zhǎng)激素轉(zhuǎn)基因豬也取得了相似的效果，且減少了脂肪，增加了瘦肉率。在不影響奶 質(zhì)量的前提下，美國(guó)康乃爾大學(xué)利用基因工程技術(shù)研究了一種牛生長(zhǎng)激素(bovine some totropin ,B

4、ST )，將它注射到乳牛體內(nèi)，便可提高乳牛的產(chǎn)奶量?；ㄉ^敏源是一種嚴(yán)重的 食品過敏源,也是最常見的可能威脅到生命的致敏反應(yīng)。盡管普遍的引發(fā)過敏反應(yīng)的閾值范 圍在1個(gè)花生仁左右，但痕量(0 1- 10 mg )也可能觸發(fā)對(duì)花生的過敏反應(yīng)。研究認(rèn)為A ra h1、Arah 2和Ara h3是花生中3種很重要的蛋白質(zhì)過敏源。Dodo等研究發(fā)現(xiàn)，通過RNA 干涉技術(shù)可以使花生中A ra h 2的表達(dá)受到抑制，從而生產(chǎn)出低致敏源的花生。2基因工程制藥基因工程制藥發(fā)展生物工程(bioengineering )主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程 和發(fā)酵工程等5個(gè)部分?，F(xiàn)代生物技術(shù)的核心是基因工

5、程，人工進(jìn)行基因切割、重組、轉(zhuǎn) 移和表達(dá)的技術(shù)?；蚬こ陶Q生于70年代。自1978年成功地用大腸桿菌生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋 放抑制因子以來(lái)，人胰島素、人生長(zhǎng)激素、胸腺素、干擾素、尿激酶、乙肝病毒疫菌和腫瘤 壞死因子等數(shù)十種基因工程產(chǎn)品相繼問世；1982年開始進(jìn)入商品市場(chǎng)，在疾病防治中獲得 廣泛應(yīng)用，并已取得或正在取得巨大的效果和收益?；蚬こ趟幬镏扑幍闹饕椒??；蚬?程技術(shù)是利用體外重組技術(shù)或PCR技術(shù),切割、加工修飾獲得目的基因，將重組對(duì)象的目的 基因插入載體,拼接后轉(zhuǎn)入新的宿主細(xì)胞，構(gòu)建成工程菌(或細(xì)胞)，實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的重新 組合，并使目的基因在工程菌內(nèi)進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)的技術(shù)。目的基因的獲得方法。

6、主要有逆轉(zhuǎn) 錄法和化學(xué)合成法。逆轉(zhuǎn)錄法：逆轉(zhuǎn)錄法就是先分離純化目的基因的mRNA，在反轉(zhuǎn)錄成 cDNA,然后進(jìn)行cDNA的克隆表達(dá)。化學(xué)合成法：較小的蛋白質(zhì)或多肽的編碼基因可以用化學(xué)合成法合成。必須知道目的基因的核苷酸順序或目的蛋白質(zhì)的氨基酸順序。用化學(xué)法合 成目的基因DNA不同部位的兩條鏈的寡核苷酸短片段，再退火成為兩端形成粘性末端的 DNA雙鏈片段,然后將這些雙鏈片段按正確的次序進(jìn)行退火使連接成較長(zhǎng)的DNA片段，再 用連接酶連接成完整的基因。3各種基因工程疫苗簡(jiǎn)介目前利用基因工程技術(shù)已經(jīng)使用和正在研制開發(fā)的新型疫苗主要有基因工程亞單位疫苗、 基因工程活載體疫苗、核酸疫苗、合成肽疫苗、轉(zhuǎn)基因

7、植物可食疫苗等，這些疫苗統(tǒng)稱為 基因工程疫苗。3.1核酸疫苗核酸疫苗(Nucleic vaccine)又名基因疫苗(Gene vaccine)或 DNA 疫苗(DNA vaccine), 是一種或多種抗原編碼基因克隆到真核表達(dá)載體上，將構(gòu)建的重組質(zhì)粒直接注入到體內(nèi)而激 活機(jī)體免疫系統(tǒng)，因此也有人稱之為DNA免疫。它所合成的抗原蛋白類似于亞單位疫苗，區(qū) 別只在于核酸疫苗的抗原蛋白是在免疫對(duì)象體內(nèi)產(chǎn)生，并能引起體液和細(xì)胞免疫反應(yīng)。核酸 疫苗是近幾年來(lái)新興的一種疫苗，它以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)吸引著人們：(1)抗原合成和遞呈過程與 病原的自然感染相似，通過MHC I類和II類分子直接遞呈免疫系統(tǒng)。特別是特異性

8、CD8 +淋 巴細(xì)胞(CTL)的免疫反應(yīng)，這是滅活疫苗和亞單位疫苗不能比擬的；(2)免疫原的單一性，只有 編碼所需抗原基因?qū)爰?xì)胞得到表達(dá)，載體本身沒有抗原性。(3)易于構(gòu)建和制備，穩(wěn)定性好, 成本低廉，適于規(guī)模化生產(chǎn)。但其潛在的危險(xiǎn)性是:(1)被注射的、可由宿主吸收的DNA有可 能被整合到宿主的染色體中，引起插入突變。(2)外源抗原的長(zhǎng)期表達(dá)可能導(dǎo)致不利的免疫 病理反應(yīng);(3)使用編碼細(xì)胞因子或協(xié)同刺激分子的基因可能具有額外的危害;(4)有可能形 成針對(duì)注射DNA的抗體和出現(xiàn)不利的自身免疫紊亂；(5)所表達(dá)的抗原可能產(chǎn)生意外的生物 活性。解決這些安全問題是研究核酸疫苗的焦點(diǎn)。3.2合成肽疫苗

9、合成肽疫苗 (Synthetical peptide vaccine)也稱表位疫苗(Epitope vaccine),是用化學(xué)合成法人工合成類似于抗原決定簇的小肽(約20-40個(gè)氨基酸)。合成肽 疫苗分子是由多個(gè)B細(xì)胞抗原表位和T細(xì)胞抗原表位共同組成的，大多需與一個(gè)載體骨架分 子相耦聯(lián)。合成肽疫苗的研究最早始于口蹄疫病毒(FMDV)合成肽疫苗，主要集中在FMDV的 單獨(dú)B細(xì)胞抗原表位或與T細(xì)胞抗原表位結(jié)合而制備的合成肽疫苗研究。分析合成肽疫苗免 疫效果不佳的原因主要有：(1)疫苗缺乏足夠的免疫原性,很難如蛋白質(zhì)抗原那樣誘導(dǎo)集體的 多種免疫反應(yīng)；(2)B細(xì)胞和T細(xì)胞抗原表位很難發(fā)揮協(xié)同作用；(3

10、)缺乏足夠多的B細(xì)胞抗原 表位的刺激。針對(duì)提高合成肽疫苗的免疫原性，進(jìn)行了許多研究，如獨(dú)特型肽疫苗、熱休克 蛋白一肽復(fù)合體疫苗等。一般來(lái)說單獨(dú)的抗原決定簇的免疫原性較弱,所以通常要與載體偶 聯(lián)，或以融合蛋白的形式進(jìn)行免疫,還可以與細(xì)胞因子一起作用，以提高免疫原性。4展望21世紀(jì)是生物技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，轉(zhuǎn)基因食品的興起是生物技術(shù)革命的必然結(jié)果， 盡管目前對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的爭(zhēng)論較多，但其好處也顯而易見。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究的不斷深入, 生產(chǎn)符合人類需要的基因工程食品已經(jīng)越來(lái)越明朗化和可操作化。相信隨著對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的 檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，安全衛(wèi)生監(jiān)管措施及轉(zhuǎn)基因食品安全性評(píng)估體系的不斷健全和完善， 將為

11、轉(zhuǎn)基因食品的商業(yè)化提供更為強(qiáng)大的理論支持和法律保障從而生產(chǎn)出更豐富、更有利 健康、更富有營(yíng)養(yǎng)的食品,并帶動(dòng)食品工業(yè)發(fā)生革命性的變化。理想的疫苗必須安全、有 效，同時(shí)還應(yīng)具備價(jià)廉、易于推廣等優(yōu)點(diǎn),基因工程疫苗技術(shù)是一項(xiàng)新興的具有應(yīng)用前景的 生物技術(shù)，具有許多傳統(tǒng)疫苗無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。研制疫苗的首要原則就是要獲得巨大的經(jīng)濟(jì) 效益和社會(huì)效益,多聯(lián)或多價(jià)疫苗能降低生產(chǎn)成本、簡(jiǎn)化免疫程序，并且多聯(lián)苗還可克服不 同病毒弱毒苗間產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象,因此將是基因工程疫苗的主要發(fā)展方向。祁賢,湯奮揚(yáng),李亮等.新甲型H1N1(2009)流感病毒的早期分子特征J.微生物學(xué) 報(bào),2010.陳爾曼，周道，杜淑軍.口蹄疫疫苗研究進(jìn)展J.畜牧獸醫(yī)科技信息,2010.羅中捷，周卓晟，郝春慧等.環(huán)境脅迫因子對(duì)大腸桿菌的影響J.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜 志，2010.張國(guó)強(qiáng)，劉志剛等，哺乳動(dòng)物細(xì)胞高效表達(dá)系統(tǒng)研究進(jìn)展生物技術(shù)