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        生物基因工程在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

        2019-02-17 10:20:28劉淑穎
        生物化工 2019年6期
        關(guān)鍵詞:抗凝血酶基因工程生物

        劉淑穎

        (天津諾禾致源生物信息科技有限公司,天津 301700)

        DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著生物基因工程研究開(kāi)始朝著分子結(jié)構(gòu)方向進(jìn)展。近年來(lái)隨著生物技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,生物基因工程領(lǐng)域獲得了不錯(cuò)的發(fā)展成績(jī),不僅給人們生活帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響,還為醫(yī)藥領(lǐng)域開(kāi)拓了新的發(fā)展方向。生物基因工程能夠利用預(yù)先設(shè)定好的重組DNA序列,通過(guò)一系列的特殊反應(yīng),實(shí)現(xiàn)改變細(xì)胞功能、獲取預(yù)想產(chǎn)物的目的。在醫(yī)藥領(lǐng)域,將生物基因工程與各種疫苗、藥物研究以及臨床診斷治療相結(jié)合,已經(jīng)取得了不錯(cuò)的發(fā)展成績(jī)。

        1 生物基因工程概述

        生物基因工程又被稱為基因拼接技術(shù)或者DNA重組技術(shù),其主要特點(diǎn)是通過(guò)人工轉(zhuǎn)移的方式,將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)受體細(xì)胞中,并使該轉(zhuǎn)移基因在受體細(xì)胞中表達(dá),從而獲得全新的具有生物活性的產(chǎn)物[1]。操作生物基因主要依賴于限制性核酸內(nèi)切酶、運(yùn)載體、DNA連接酶這3大工具。限制性內(nèi)切酶是一種生物酶,能夠在DNA的特定位置點(diǎn)切斷DNA長(zhǎng)鏈,也可以水解目標(biāo)DNA分子骨架上的磷酸二酯鍵,準(zhǔn)確地切下所需DNA片段。運(yùn)載體能夠?qū)NA片段運(yùn)輸?shù)剿拗鲀?nèi)部的目標(biāo)位置,經(jīng)大量復(fù)制后表達(dá),從而達(dá)到研究目的。DNA連接酶是一種核酸酶,能夠連接DNA的3'-羥基末端與另一DNA片段的5’-磷酸基末端,在兩者之間形成磷酸二酯鍵。生物基因工程技術(shù)不但為遺傳物質(zhì)的研究提供了重要的技術(shù)支撐,還為醫(yī)藥研究的良好發(fā)展提供了新鮮動(dòng)力與活力。

        1.1 生物基因工程的發(fā)展現(xiàn)狀

        目前,生物基因工程已經(jīng)成功進(jìn)入細(xì)菌界、植物界、動(dòng)物界的研究領(lǐng)域,并且取得了不錯(cuò)的發(fā)展成績(jī)。在細(xì)菌界,運(yùn)用生物基因工程研究得到的工程菌可以提取胰島素,其在糖尿病治療方面取得了不錯(cuò)的效果。在植物界,通過(guò)生物基因工程改變植物結(jié)構(gòu),可以增強(qiáng)植物的抗病蟲(chóng)害能力[2]。對(duì)于農(nóng)作物而言,增強(qiáng)其抗病蟲(chóng)害能力,有助于提升產(chǎn)量的同時(shí)減少農(nóng)藥的使用,從而降低農(nóng)作物上農(nóng)藥的殘留量,降低對(duì)人體健康造成的危害。在動(dòng)物界,將能夠?qū)崿F(xiàn)特定表達(dá)的特定基因,通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)入動(dòng)物體內(nèi),可以使其成功表達(dá)出新的特征,可用于識(shí)別動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中的基因(包括內(nèi)源基因)及其活動(dòng),也可測(cè)出與動(dòng)物發(fā)育相關(guān)的未知基因的表達(dá)特性。此外,克隆動(dòng)物也是動(dòng)物界基因工程中重要的成功典例。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,現(xiàn)階段生物基因工程已經(jīng)成為生命科學(xué)研究中不可或缺的重要組成成分。

        1.2 生物基因工程的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

        生物基因工程的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在跨物種性和無(wú)限擴(kuò)增兩個(gè)方面。跨物種性不僅打破了不同物種之間存在的界限,還成功地實(shí)現(xiàn)了原核與真核生物之間、植物與動(dòng)物之間遺傳信息的相互轉(zhuǎn)移或重組。在農(nóng)牧發(fā)展領(lǐng)域中,通過(guò)生物基因工程能夠降低農(nóng)藥殘留給人類造成的危害,提高牲畜的培養(yǎng)品質(zhì),提高農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)收益,促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)的穩(wěn)定、健康發(fā)展。無(wú)限擴(kuò)增是指導(dǎo)入宿主細(xì)胞中的外源DNA能夠在宿主特定的細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無(wú)限擴(kuò)增。例如,在醫(yī)藥研發(fā)過(guò)程中,將工業(yè)化藥物生產(chǎn)與生物基因工程相結(jié)合,能夠高效率地提取干擾素、疫苗等藥物產(chǎn)品[3]。

        2 生物基因工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

        微生物具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、迅速繁殖的特性,在其繁殖發(fā)展中應(yīng)用生物基因工程技術(shù)能取得顯著的效果。20世紀(jì)八九十年代,生物基因工程就已經(jīng)應(yīng)用到微生物藥用蛋白質(zhì)的研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中。例如,對(duì)治療依賴性糖尿病有顯著作用的胰島素,對(duì)治療急性胰腺炎、肢端肥大疾病有效的人腦激素以及有助于分娩的松弛素等。動(dòng)物基因工程不僅培育出能夠生產(chǎn)具有人源性蛋白質(zhì)藥物的動(dòng)物,還可以從某些動(dòng)物的胰腺中獲得有助于治療疾病的目標(biāo)產(chǎn)物,從而推進(jìn)了醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展,提高了醫(yī)療治愈水平。

        2.1 微生物基因工程中的胰島素

        胰島素屬于多肽類和蛋白質(zhì)類激素,其最大的療效是能夠合成肌糖原與肝糖原,加快體內(nèi)糖類物質(zhì)的氧化與分解,并阻礙非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類,使人體內(nèi)的血糖含量下降,從而維持血糖平衡,對(duì)治療依賴性糖尿病具有非常好的功效[4]。先天性糖尿病及后天因不良飲食習(xí)慣導(dǎo)致的糖尿病,會(huì)造成患者體內(nèi)缺少調(diào)控血糖的激素,使得血糖含量不均衡,進(jìn)而出現(xiàn)精神萎靡等癥狀。運(yùn)用微生物基因工程制造出來(lái)的胰島素,能夠有效緩解并治療這種病癥。

        2.2 植物基因工程中的藥用重組蛋白

        植物細(xì)胞具有全能性,在特定環(huán)境下,植物組織或者細(xì)胞能夠生長(zhǎng)出完整的植株。所以,可以將藥物基因組合到植物細(xì)胞內(nèi),通過(guò)分別培養(yǎng),得到具有藥物基因的植株。植物獨(dú)特的穩(wěn)定遺傳特性為醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展提供了充足而良好的條件。目前,借助植物基因工程制造的藥物有:純化的血清蛋白、白介素、干擾素與腦啡呔等。

        2.3 動(dòng)物基因工程中制造的抗凝血酶

        缺乏抗凝血酶會(huì)引起靜脈血栓,屬于常染色體顯性遺傳病。借助動(dòng)物基因工程生產(chǎn)抗凝血酶的主要原理是:用山羊作為生產(chǎn)藥物的生物反應(yīng)器,通過(guò)動(dòng)物基因工程技術(shù)將人體抗凝血基因轉(zhuǎn)移拼接到贍養(yǎng)乳腺組織內(nèi)部的特異性表達(dá)載體內(nèi)部,然后將獲得的重組DNA分子通過(guò)顯微注射技術(shù)注射到山羊的受精卵中,出生的小山羊就會(huì)具備這種特定的基因,并在山羊乳汁內(nèi)含有人抗凝血蛋白,可用于制作抗凝血酶藥物。

        3 生物基因工程在藥物領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

        3.1 優(yōu)點(diǎn)

        由于微生物體積較小、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、繁殖速度快,微生物轉(zhuǎn)基因工程具有生產(chǎn)迅速、產(chǎn)量高、效率快、投入成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。科學(xué)、合理地應(yīng)用微生物基因工程,有助于促進(jìn)藥物工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定、健康、持續(xù)發(fā)展,對(duì)于提高藥物工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。植物細(xì)胞具有全能型特點(diǎn),通過(guò)植物基因工程生產(chǎn)疫苗時(shí),對(duì)生產(chǎn)環(huán)境并沒(méi)有特殊的要求,整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單方便[5];其所表達(dá)的產(chǎn)物大都沒(méi)有較大的毒性,是一種較為安全的藥物生產(chǎn)機(jī)制。動(dòng)物基因工程的遺傳特性相對(duì)穩(wěn)定,可以借助這項(xiàng)技術(shù)大量獲取目標(biāo)藥物。

        3.2 缺點(diǎn)

        生物基因工程在造福人類的同時(shí),也逐漸暴露出以下3個(gè)缺點(diǎn)。第一,成本較高;第二,在藥物制作與生產(chǎn)過(guò)程中,存在一些不安全的因素;第三,對(duì)環(huán)境、設(shè)備、技術(shù)等要求較高,一旦不滿足生產(chǎn)條件,后果不堪設(shè)想。

        4 結(jié)語(yǔ)

        生物基因工程在藥物方面的應(yīng)用十分廣泛,為醫(yī)學(xué)界提供了很多治療疾病的有效藥物。在生物基因工程發(fā)展過(guò)程中,雖然會(huì)遇到一定的曲折與困難,但只要經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐與驗(yàn)證,就一定能披荊斬棘,為人類及世界作出更大貢獻(xiàn)。

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