Genetic Engineering 基因工程

Genetic Engineering 基因工程

基因工程(genetic engineering)又稱為遺傳工程，是利用DNA重組技術，將目的基因與載體DNA在體外進行重組，然後把這種重組DNA分子引入受體細胞，並使之增殖和表達的技術。遺傳工程與傳統培育方式不同之處，在於物種在傳統培育方式中透過間接的形式變更，而遺傳工程是直接變更其基因。遺傳工程透過分子選殖和轉化來直接改變基因的構造與特性。

如果將一種生物的DNA中的某個遺傳密碼片段連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的願望，設計出新的遺傳物質並創造出新的生物類型，這基因工程一般包括四個步驟：

1.取得符合人們要求的DNA片段
要把目的基因從供體DNA長鏈準確地剪切下來，可不是一件容易的事。1968年，沃納·阿爾伯、丹尼爾·內森斯和漢彌爾頓·史密斯第一次從大腸桿菌中提取出了限制性核酸內切酶，它能夠在DNA上尋找特定的「切點」，認準後將DNA分子的雙鏈交錯地切斷。人們把這種限制性內切酶稱為「分子剪刀」。這種「分子剪刀」可以完整地切下個別基因。自1970年代以來，人們已經分離提取了400多種「分子剪刀」。有了形形色色的「分子剪刀」，人們就可以隨心所欲地進行DNA分子長鏈的切割了。

2.構建基因表現載體
DNA的分子鏈被切開後，還得縫接起來以完成基因的拼接。1967年，科學家們在5個實驗室里幾乎同時發現並提取出一種酶，這種酶可以將兩個DNA片段連接起來，修復好DNA鏈的斷裂口。1974年以後，科學界正式肯定了這一發現，並把這種酶叫作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了名符其實的「縫合」基因的「分子針線」。只要在用同一種「分子剪刀」剪切的兩種DNA碎片中加上「分子針線」，就會把兩種DNA片段重新連接起來。

3.將目的基因導入受體細胞
把「拼接」好的DNA分子運送到受體細胞中去，必須尋找一種分子小、能自由進出細胞，而且在裝載了外來的DNA片段後仍能照樣複製的運載體。理想的運載體是質體，因為質體能自由進出細菌細胞，應當用「分子剪刀」把它切開，再給它安裝上一段外來的DNA片段後，它依然如故地能自我複製。此方法適用於植物細胞的基因工程。此外，將目的基因導入動物細胞可選用顯微注射法，導入微生物細胞可以使用鈣離子（如氯化鈣）處理細胞使其可以吸收外界的DNA分子。

4.目的基因的檢測與鑑定
目的基因導入受體細胞後，是否可以穩定維持和表現其遺傳特性，只有通過檢測與鑑定才能知道。這是檢測基因工程是否成功的一步。
‧首先，要檢測基因改造生物染色體的DNA上是否插入了目的基因。方法是採用DNA分子雜交技術，即將基因改造生物的基因組DNA提取出來，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等做標記，以此作為探針，使探針與基因組DNA雜交，如果顯示出雜交帶，就表明目的基因已插入染色體DNA中。該方法因發現者而命名為「Southern」銘印。
‧其次，還需要檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，檢測方法同樣是分子雜交技術，與上述方法不同的是需從基因改造生物中提取mRNA，做上標記以進行檢測。由於Southern銘印名稱的緣故，所以該方法被稱為「Northern」銘印。
‧最後，檢測目的基因是否轉譯成蛋白質。方法是從基因改造生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原－抗體雜交，若有雜交帶出現，表明目的基因已經形成蛋白質產品。該方法又成為「Western」銘印。

基因工程應用：
用酵母菌生產人的B型肝炎病毒疫苗、生產新型疫苗、生產人胰島素、研製干擾素、動物基因工程品種改良、基因診斷、基因治療