什么是轉(zhuǎn)基因生物？它們是怎么做成的？

什么是轉(zhuǎn)基因生物

轉(zhuǎn)基因生物是指經(jīng)過(guò)基因改造的生物。基因改造技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世了幾十年。如果要?jiǎng)?chuàng)造有特定特點(diǎn)的動(dòng)物或植物，那么基因改造是最有效和最迅捷的方法。基因改造能實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA序列的精確定位改造。因?yàn)镈NA基本上包含決定著整個(gè)生物體的藍(lán)圖，所以對(duì)DNA的改變也就改變了生物體的某些功能。這一點(diǎn)只有通過(guò)過(guò)去40年來(lái)研發(fā)的基因改造技術(shù)才能做到，這些技術(shù)能直接操縱DNA。

怎樣對(duì)生物進(jìn)行基因改造呢？其實(shí)，這是一個(gè)很寬泛的問(wèn)題。生物體可以是植物、動(dòng)物、真菌或細(xì)菌，過(guò)去40年來(lái)人類對(duì)這些生物體中的某些種類實(shí)施過(guò)基因改造。最早被基因改造的生物體是細(xì)菌，改造時(shí)間是在20世紀(jì)70年代。從那時(shí)起，經(jīng)過(guò)基因改造的細(xì)菌成為數(shù)萬(wàn)個(gè)對(duì)動(dòng)植物進(jìn)行基因改造的實(shí)驗(yàn)室的得力助手。大多數(shù)基本的基因重組和基因改造，都是運(yùn)用細(xì)菌（主要是大腸桿菌的一些變種）來(lái)設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備和轉(zhuǎn)移到目標(biāo)生物體的。

對(duì)動(dòng)物、植物和微生物進(jìn)行基因改造的基本方法，在概念上很相似。然而，由于動(dòng)物和植物細(xì)胞的差異（例如，植物細(xì)胞有細(xì)胞壁，動(dòng)物細(xì)胞則沒(méi)有），它們的基因改造技術(shù)也有差異。

為什么要對(duì)一些動(dòng)植物實(shí)施基因改造

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物主要用于科學(xué)研究，經(jīng)常是用作藥物研發(fā)所需的生物系統(tǒng)模型。也有少數(shù)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研發(fā)是為了商業(yè)目的，例如作為寵物的發(fā)光魚(yú)，以及幫助控制帶菌蚊子的轉(zhuǎn)基因蚊子。迄今為止，還沒(méi)有轉(zhuǎn)基因動(dòng)物獲準(zhǔn)作為食物來(lái)源。隨著豐水鮭魚(yú)進(jìn)入審批階段，這種局面可能會(huì)很快改變。

對(duì)植物來(lái)說(shuō)，情況則不同。盡管大量對(duì)植物的基因改造是為了科研目的，但大多數(shù)農(nóng)作物基因改造的目的卻是為了讓植株具有商業(yè)性或社會(huì)性的好處。例如，通過(guò)基因改造提升植物抗病蟲(chóng)害或適應(yīng)惡劣環(huán)境（比如寒冷地帶）的能力，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。通過(guò)基因改造讓植物果實(shí)保持成熟期更長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)食物保質(zhì)期。還可以通過(guò)基因改造提升植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值（比如增加維生素A含量），以及使植物果實(shí)不容易霉變?；旧?，不僅要通過(guò)添加或抑制一個(gè)特定基因來(lái)讓植物表現(xiàn)所需的特點(diǎn)，而且可以通過(guò)對(duì)多個(gè)基因的管理來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但這后一種技術(shù)的過(guò)程更復(fù)雜，迄今尚未運(yùn)用這種過(guò)程創(chuàng)制出具有商業(yè)價(jià)值的農(nóng)作物。

什么是基因

在解釋新基因怎樣被引入生物體之前，有必要了解一下什么是基因。你可能知道，基因由DNA組成，而DNA的一部分由4種堿基（ATCG）組成。這些堿基在一個(gè)基因的一條DNA鏈上的線性排列，可被視為一種特定蛋白質(zhì)的編碼。蛋白質(zhì)是生物大分子，由以不同組合串接在一起的氨基酸組成。當(dāng)正確組合的氨基酸被連接在一起時(shí)，氨基酸鏈折疊成的蛋白質(zhì)有特定形態(tài)和合適的化學(xué)特征，這讓蛋白質(zhì)能執(zhí)行特定的功能或反應(yīng)。生物主要由蛋白質(zhì)組成。有些蛋白質(zhì)是酶，它們催化化學(xué)反應(yīng)。還有一些蛋白質(zhì)運(yùn)輸物質(zhì)給細(xì)胞；另有一些蛋白質(zhì)充當(dāng)開(kāi)關(guān)，激活或關(guān)閉其他蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)聯(lián)級(jí)。因此，當(dāng)一個(gè)新基因被引入時(shí)，它會(huì)給予細(xì)胞編碼序列，讓細(xì)胞制造一種新蛋白質(zhì)。

細(xì)胞怎樣組織基因

在動(dòng)植物細(xì)胞中，幾乎所有DNA長(zhǎng)鏈都卷繞成染色體?；?qū)嶋H上是構(gòu)成染色體的DNA長(zhǎng)序列的小片段。在細(xì)胞每一次復(fù)制時(shí)，所有染色體最先復(fù)制。對(duì)細(xì)胞來(lái)說(shuō)這是最核心的一套指令，每個(gè)后代細(xì)胞都得到一套復(fù)制的指令。因此，為了引入一個(gè)新基因，讓細(xì)胞制造一種新蛋白質(zhì)，以賦予一個(gè)特定特征，你只需在一條染色體長(zhǎng)鏈上插入DNA的一小段。就像其他任何基因一樣，一旦被插入，在任何子細(xì)胞復(fù)制時(shí)，DNA都會(huì)被傳給子細(xì)胞。事實(shí)上，某些類型的DNA可在細(xì)胞中獨(dú)立于染色體而存在，可使用這些細(xì)胞來(lái)引入基因，這樣新基因就不會(huì)合并到染色體DNA。但使用這種方法，由于染色體未經(jīng)改造，經(jīng)過(guò)多代復(fù)制后，細(xì)胞中的新基因會(huì)丟失。為了實(shí)現(xiàn)永久性、可遺傳的基因改造，例如用于農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因的基因改造過(guò)程，就需要改造染色體。

新基因怎樣被插入

基因工程是指，把一個(gè)新的DNA堿基序列（通常對(duì)應(yīng)于整個(gè)基因）插入生物體的染色體DNA中。從概念上說(shuō)這很直截了當(dāng)，但從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)卻有點(diǎn)復(fù)雜。把具有合適信號(hào)的合適DNA序列插到染色體上的合適位置，從而讓細(xì)胞識(shí)別它是一個(gè)基因，并且用它來(lái)制造新蛋白質(zhì)，這當(dāng)中涉及許多技術(shù)細(xì)節(jié)。在幾乎所有基因工程程序中，有以下4個(gè)共同點(diǎn)。

1. 首先，需要一個(gè)基因（啟動(dòng)子）。這意味著需要具有特定堿基序列的DNA分子。以前，使用任何一種很費(fèi)勁的技術(shù)（這樣的技術(shù)有多種），這些序列都能從一個(gè)生物體直接得到。如今，科學(xué)家不再?gòu)纳矬w提取DNA，而是從基本堿基ATCG合成DNA。一旦得到，這個(gè)序列就可被插入一段像是一個(gè)小染色體的細(xì)菌DNA（質(zhì)粒）。因?yàn)榧?xì)菌復(fù)制很快，所以需要多少基因就能制造多少基因。

2. 一旦有了啟動(dòng)子，就需要把它放到一條DNA鏈上。鏈上的DNA序列必須適合，才能識(shí)別新基因，并正確表達(dá)它。基本上，這意味著需要一小段DNA序列，指引細(xì)胞表達(dá)新基因。

3. 除了插入啟動(dòng)子之外，經(jīng)常還需要第二個(gè)基因提供選擇標(biāo)記。第二個(gè)基因基本上是一個(gè)工具，用它來(lái)識(shí)別包含啟動(dòng)子的細(xì)胞。

4. 最后，把新DNA（包括啟動(dòng)子和標(biāo)記基因）送入生物體的細(xì)胞中。這有多種辦法，其中一種是基因槍，它用改造的步槍把包裹了DNA的鎢或金微粒射進(jìn)細(xì)胞內(nèi)。

對(duì)動(dòng)物細(xì)胞來(lái)說(shuō)，有多種轉(zhuǎn)染介質(zhì)覆蓋和結(jié)合DNA，使DNA穿透細(xì)胞膜。另一種常見(jiàn)做法是，把新DNA與經(jīng)過(guò)改造的病毒DNA接合，病毒DNA作為載體，把新基因送進(jìn)細(xì)胞內(nèi)?？梢杂谜２《镜鞍装?jīng)過(guò)改造的病毒DNA，這樣制作的假病毒能感染細(xì)胞，將攜帶基因的DNA插入，但不會(huì)復(fù)制新病毒。

對(duì)許多雙子葉植物來(lái)說(shuō)，可以把基因放進(jìn)經(jīng)過(guò)改造的根癌農(nóng)桿菌T-DNA載體。還有其他多種方法來(lái)插入基因。大多數(shù)情況下，只有少數(shù)細(xì)胞能獲得新基因，因此篩選出改造成功的細(xì)胞是非常重要的一步。這就是需要標(biāo)記基因的原因。

怎樣制造轉(zhuǎn)基因老鼠或番茄

轉(zhuǎn)基因生物擁有數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，而前面只描述了怎樣對(duì)單一細(xì)胞進(jìn)行基因改造的技術(shù)。創(chuàng)生整個(gè)生物體的過(guò)程，基本上相當(dāng)于對(duì)生殖細(xì)胞（精子和卵細(xì)胞）運(yùn)用這些基因改造技術(shù)。一旦重要基因被插入，剩下的過(guò)程基本上就是運(yùn)用遺傳育種技術(shù)，產(chǎn)生體內(nèi)所有細(xì)胞都包含新基因的動(dòng)植物?；蚋脑鞂?shí)際上只是針對(duì)細(xì)胞進(jìn)行的。