什麽是基因工程？簡介
基因工程是生物工程的壹個重要分支，它和細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程***同組成了生物工程。 所謂基因工程（genetic engineering)是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術，是將外源基因通過體外重組後導入受體細胞內，使這個基因能在受體細胞內復制、轉錄、翻譯表達的操作。它是用人為的方法將所需要的某壹供體生物的遺傳物質——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當的工具酶進行切割後，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然後與載體壹起導入某壹更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源物質在其中“安家落戶”，進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的壹種嶄新技術。
基因工程是在分子生物學和分子遺傳學綜合發展基礎上於本世紀70年代誕生的壹門嶄新的生物技術科學。壹般來說，基因工程是指在基因水平上的遺傳工程，它是用人為方法將所需要的某壹供體生物的遺傳物質--DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當的工具酶進行切割後，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然後與載體壹起導入某壹更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源遺傳物質在其中"安家落戶"，進行正常復制和表達，從而獲得新物種的壹種嶄新的育種技術。 這個定義表明，基因工程具有以下幾個重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中進行繁殖，能夠跨越天然物種屏障，把來自任何壹種生物的基因放置到新的生物中，而這種生物可以與原來生物毫無親緣關系，這種能力是基因工程的第壹個重要特征。第二個特征是，壹種確定的DNA小片段在新的寄主細胞中進行擴增，這樣實現很少量DNA樣品"拷貝"出大量的DNA，而且是大量沒有汙染任何其它DNA序列的、絕對純凈的DNA分子群體。科學家將改變人類生殖細胞DNA的技術稱為“基因系治療”（germlinetherapy），通常所說的“基因工程”則是針對改變動植物生殖細胞的。無論稱謂如何，改變個體生殖細胞的DNA都將可能使其後代發生同樣的改變。
迄今為止，基因工程還沒有用於人體，但已在從細菌到家畜的幾乎所有非人生命物體上做了實驗，並取得了成功。事實上，所有用於治療糖尿病的胰島素都來自壹種細菌，其DNA中被插入人類可產生胰島素的基因，細菌便可自行復制胰島素。基因工程技術使得許多植物具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力；在美國，大約有壹半的大豆和四分之壹的玉米都是轉基因的。目前，是否該在農業中采用轉基因動植物已成為人們爭論的焦點：支持者認為，轉基因的農產品更容易生長，也含有更多的營養（甚至藥物），有助於減緩世界範圍內的饑荒和疾病；而反對者則認為，在農產品中引入新的基因會產生副作用，尤其是會破壞環境。
誠然，仍有許多基因的功能及其協同工作的方式不為人類所知，但想到利用基因工程可使番茄具有抗癌作用、使鮭魚長得比自然界中的大幾倍、使寵物不再會引起過敏，許多人便希望也可以對人類基因做類似的修改。畢竟，胚胎遺傳病篩查、基因修復和基因工程等技術不僅可用於治療疾病，也為改變諸如眼睛的顏色、智力等其他人類特性提供了可能。目前我們還遠不能設計定做我們的後代，但已有借助胚胎遺傳病篩查技術培育人們需求的身體特性的例子。比如，運用此技術，可使患兒的父母生壹個和患兒骨髓匹配的孩子，然後再通過骨髓移植來治愈患兒。
隨著DNA的內部結構和遺傳機制的秘密壹點壹點呈現在人們眼前，特別是當人們了解到遺傳密碼是由 RNA轉錄表達的以後，生物學家不再僅僅滿足於探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，設想在分子的水平上去幹預生物的遺傳特性。 如果將壹種生物的 DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外壹種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織壹下，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，這與過去培育生物繁殖後代的傳統做法完全不同。 這種做法就像技術科學的工程設計，按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創造出新的生物。這種完全按照人的意願，由重新組裝基因到新生物產生的生物科學技術，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”。
基因工程的基本操作步驟
1.獲取目的基因是實施基因工程的第壹步。
2.基因表達載體的構建是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。
3.將目的基因導入受體細胞是實施基因工程的第三步。
4.目的基因導入受體細胞後，是否可以穩定維持和表達其遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才能知道。這是基因工程的第四步工作。
基因工程的前景科學界預言，21世紀是壹個基因工程世紀。基因工程是在分子水平對生物遺傳作人為幹預，要認識它，我們先從生物工程談起：生物工程又稱生物技術，是壹門應用現代生命科學原理和信息及化工等技術，利用活細胞或其產生的酶來對廉價原材料進行不同程度的加工，提供大量有用產品的綜合性工程技術。
生物工程的基礎是現代生命科學、技術科學和信息科學。生物工程的主要產品是為社會提供大量優質發酵產品，例如生化藥物、化工原料、能源、生物防治劑以及食品和飲料，還可以為人類提供治理環境、提取金屬、臨床診斷、基因治療和改良農作物品種等社會服務。
生物工程主要有基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程等5個部分。其中基因工程就是人們對生物基因進行改造，利用生物生產人們想要的特殊產品。隨著DNA的內部結構和遺傳機制的秘密壹點壹點呈現在人們眼前，生物學家不再僅僅滿足於探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，設想在分子的水平上去幹預生物的遺傳特性。
美國的吉爾伯特是堿基排列分析法的創始人，他率先支持人類基因組工程 如果將壹種生物的DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外壹種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織壹下，不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嗎？這與過去培育生物繁殖後代的傳統做法完全不同，它很像技術科學的工程設計，即按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創造出新的生物。這種完全按照人的意願，由重新組裝基因到新生物產生的生物科學技術，就被稱為“基因工程”，或者稱之為“遺傳工程”。
人類基因工程走過的主要歷程怎樣呢？1866年，奧地利遺傳學家孟德爾神父發現生物的遺傳基因規律；1868年，瑞士生物學家弗裏德裏希發現細胞核內存有酸性和蛋白質兩個部分。酸性部分就是後來的所謂的DNA；1882年，德國胚胎學家瓦爾特弗萊明在研究蠑螈細胞時發現細胞核內的包含有大量的分裂的線狀物體，也就是後來的染色體；1944年，美國科研人員證明DNA是大多數有機體的遺傳原料，而不是蛋白質；1953年，美國生化學家華森和英國物理學家克裏克宣布他們發現了DNA的雙螺旋結果，奠下了基因工程的基礎；1980年，第壹只經過基因改造的老鼠誕生；1996年，第壹只克隆羊誕生；1999年，美國科學家破解了人類第 22組基因排序列圖；未來的計劃是可以根據基因圖有針對性地對有關病癥下藥。
人類基因組研究是壹項生命科學的基礎性研究。有科學家把基因組圖譜看成是指路圖，或化學中的元素周期表；也有科學家把基因組圖譜比作字典，但不論是從哪個角度去闡釋，破解人類自身基因密碼，以促進人類健康、預防疾病、延長壽命，其應用前景都是極其美好的。人類10萬個基因的信息以及相應的染色體位置被破譯後，破譯人類和動植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農作物產量開拓了廣闊的前景。將成為醫學和生物制藥產業知識和技術創新的源泉。美國的貝克維茲正在觀察器皿中的菌落，他曾對人類基因組工程提出警告。
科學研究證明，壹些困擾人類健康的主要疾病，例如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關。依據已經破譯的基因序列和功能，找出這些基因並針對相應的病變區位進行藥物篩選，甚至基於已有的基因知識來設計新藥，就能“有的放矢”地修補或替換這些病變的基因，從而根治頑癥。基因藥物將成為21世紀醫藥中的耀眼明星。基因研究不僅能夠為篩選和研制新藥提供基礎數據，也為利用基因進行檢測、預防和治療疾病提供了可能。比如，有同樣生活習慣和生活環境的人，由於具有不同基因序列，對同壹種病的易感性就大不壹樣。明顯的例子有，同為吸煙人群，有人就易患肺癌，有人則不然。醫生會根據各人不同的基因序列給予因人而異的指導，使其養成科學合理的生活習慣，最大可能地預防疾病。
人類基因工程的開展使破譯人類全部DNA指日可待。
信息技術的發展改變了人類的生活方式，而基因工程的突破將幫助人類延年益壽。目前，壹些國家人口的平均壽命已突破80歲，中國也突破了70歲。有科學家預言，隨著癌癥、心腦血管疾病等頑癥的有效攻克，在2020至2030年間，可能出現人口平均壽命突破100歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達到90至95歲。
人類將挑戰生命科學的極限。1953年2月的壹天，英國科學家弗朗西斯·克裏克宣布：我們已經發現了生命的秘密。他發現DNA是壹種存在於細胞核中的雙螺旋分子，決定了生物的遺傳。有趣的是，這位科學家是在劍橋的壹家酒吧宣布了這壹重大科學發現的。破譯人類和動植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農作物產量開拓了廣闊的前景。1987年，美國科學家提出了“人類基因組計劃”，目標是確定人類的全部遺傳信息，確定人的基因在23對染色體上的具體位置，查清每個基因核苷酸的順序，建立人類基因庫。1999年，人的第22對染色體的基因密碼被破譯，“人類基因組計劃”邁出了成功的壹步。可以預見，在今後的四分之壹世紀裏，科學家們就可能揭示人類大約5000種基因遺傳病的致病基因，從而為癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病找到基因療法。
繼2000年6月26日科學家公布人類基因組"工作框架圖"之後，中、美、日、德、法、英等6國科學家和美國塞萊拉公司2001年2月12日聯合公布人類基因組圖譜及初步分析結果。這次公布的人類基因組圖譜是在原"工作框架圖"的基礎上，經過整理、分類和排列後得到的，它更加準確、清晰、完整。人類基因組蘊涵有人類生、老、病、死的絕大多數遺傳信息，破譯它將為疾病的診斷、新藥物的研制和新療法的探索帶來壹場革命。人類基因組圖譜及初步分析結果的公布將對生命科學和生物技術的發展起到重要的推動作用。隨著人類基因組研究工作的進壹步深入，生命科學和生物技術將隨著新的世紀進入新的紀元。
基因工程在20世紀取得了很大的進展，這至少有兩個有力的證明。壹是轉基因動植物，壹是克隆技術。轉基因動植物由於植入了新的基因，使得動植物具有了原先沒有的全新的性狀，這引起了壹場農業革命。如今，轉基因技術已經開始廣泛應用，如抗蟲西紅柿、生長迅速的鯽魚等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的誕生。這只叫“多利”母綿羊是第壹只通過無性繁殖產生的哺乳動物，它完全秉承了給予它細胞核的那只母羊的遺傳基因。“克隆”壹時間成為人們註目的焦點。盡管有著倫理和社會方面的憂慮，但生物技術的巨大進步使人類對未來的想象有了更廣闊的空間。
基因工程大事記
1860至1870年 奧地利學者孟德爾根據豌豆雜交實驗提出遺傳因子概念，並總結出孟德爾遺傳定律。
1909年 丹麥植物學家和遺傳學家約翰遜首次提出“基因”這壹名詞，用以表達孟德爾的遺傳因子概念。
1944年 3位美國科學家分離出細菌的DNA（脫氧核糖核酸），並發現DNA是攜帶生命遺傳物質的分子。
1953年 美國人沃森和英國人克裏克通過實驗提出了DNA分子的雙螺旋模型。
1969年 科學家成功分離出第壹個基因。
1980年 科學家首次培育出世界第壹個轉基因動物轉基因小鼠。
1983年 科學家首次培育出世界第壹個轉基因植物轉基因煙草。
1988年 K.Mullis發明了PCR技術。
1990年10月 被譽為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動。
1998年 壹批科學家在美國羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國際人類基因組計劃展開競爭。
1998年12月 壹種小線蟲完整基因組序列的測定工作宣告完成，這是科學家第壹次繪出多細胞動物的基因組圖譜。
1999年9月 中國獲準加入人類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的1%。中國是繼美、英、日、德、法之後第6個國際人類基因組計劃參與國，也是參與這壹計劃的惟壹發展中國家。
1999年12月1日 國際人類基因組計劃聯合研究小組宣布，完整破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測定。
2000年4月6日 美國塞萊拉公司宣布破譯出壹名實驗者的完整遺傳密碼，但遭到不少科學家的質疑。
2000年4月底 中國科學家按照國際人類基因組計劃的部署，完成了1%人類基因組的工作框架圖。
2000年5月8日 德、日等國科學家宣布，已基本完成了人體第21對染色體的測序工作。
2000年6月26日 科學家公布人類基因組工作草圖，標誌著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要壹步。
2000年12月14日 美英等國科學家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類首次全部破譯出壹種植物的基因序列。
2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6國科學家和美國塞萊拉公司聯合公布人類基因組圖譜及初步分析結果。
科學家首次公布人類基因組草圖“基因信息”。
[編輯本段]基因研究 各國爭先恐後 基因時代的全球版圖
讓我們看壹下在新世紀到來時，世界各國的基因科學研究狀況。
英國：早在20世紀80年代中期，英國就有了第壹家生物科技企業，是歐洲國家中發展最早的。如今它已擁有560家生物技術公司，歐洲70家上市的生物技術公司中，英國占了壹半。
德國：德國政府認識到，生物科技將是保持德國未來經濟競爭力的關鍵，於是在1993年通過立法，簡化生物技術企業的審批手續，並且撥款1.5億馬克，成立了3個生物技術研究中心。此外，政府還計劃在未來5年中斥資12億馬克，用於人類基因組計劃的研究。1999年德國研究人員申請的生物技術專利已經占到了歐洲的14%。
法國：法國政府在過去10年中用於生物技術的資金已經增加了10倍，其中最典型的項目就是1998年在巴黎附近成立的號稱“基因谷”的科技園區，這裏聚集著法國最有潛力的新興生物技術公司。另外20個法國城市也準備仿照“基因谷”建立自己的生物科技園區。
西班牙：馬爾制藥公司是該國生物科技企業的代表，該公司專門從海洋生物中尋找抗癌物質。其中最具開發價值的是ET-743，這是壹種從加勒比海和地中海的海底噴出物中提取的紅色抗癌藥物。ET-743計劃於2002年在歐洲註冊生產，將用於治療骨癌、皮膚癌、卵巢癌、乳腺癌等多種常見癌癥。
印度：印度政府資助全國50多家研究中心來收集人類基因組數據。由於獨特的“種姓制度”和壹些偏僻部落的內部通婚習俗，印度人口的基因庫是全世界保存得最完整的，這對於科學家尋找遺傳疾病的病理和治療方法來說是個非常寶貴的資料庫。但印度的私營生物技術企業還處於起步階段。
日本：日本政府已經計劃將明年用於生物技術研究的經費增加23%。壹家私營企業還成立了“龍基因中心”，它將是亞洲最大的基因組研究機構。
新加坡：新加坡宣布了壹項耗資6000萬美元的基因技術研究項目，研究疾病如何對亞洲人和白種人產生不同影響。該計劃重點分析基因差異以及什麽樣的治療方法對亞洲人管用，以最終獲得用於確定和治療疾病的新知識；並設立高技術公司來制造這壹研究所衍生出的藥物和醫療產品。
中國：參與了人類基因組計劃，測定了1%的序列，這為21世紀的中國生物產業帶來了光明。這“1%項目”使中國走進生物產業的國際先進行列，也使中國理所當然地分享人類基因組計劃的全部成果、資源與技術。
[編輯本段]基因工程與農牧業、食品工業
運用基因工程技術，不但可以培養優質、高產、抗性好的農作物及畜、禽新品種，還可以培養出具有特殊用途的動、植物。
1.轉基因魚
生長快、耐不良環境、肉質好的轉基因魚（中國）。
2.轉基因牛
乳汁中含有人生長激素的轉基因牛（阿根廷）。
3.轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒
4.轉魚抗寒基因的番茄
5.轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯
6.不會引起過敏的轉基因大豆
7.超級動物
導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠
8.特殊動物
導入人基因具特殊用途的豬和小鼠
9.抗蟲棉
蘇雲金芽胞桿菌可合成毒蛋白殺死棉鈴蟲，把這部分基因導入棉花的離體細胞中，再組織培養就可獲得抗蟲棉。
[編輯本段]基因工程與環境保護
基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環境中的病毒、細菌等汙染。
利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環境汙染的情況，卻不易因環境汙染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化汙染物。
基因工程與環境汙染治理
基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種汙染環境的物質。
（通常壹種細菌只能分解石油中的壹種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質。）
[編輯本段]基因治療可待 醫學革命到來
“基因”釋意 現在我們通用的“基因”壹詞，是由“gene”音譯而來的。基因就是決定壹個生物物種的所有生命現象的最基本的因子。科學家們認為這個詞翻譯得不僅音順，意義也貼切，是科學名詞外語漢譯的典範。基因作為機體內的遺傳單位，不僅可以決定我們的相貌、高矮，而且它的異常會不可避免地導致各種疾病的出現。某些缺陷基因可能會遺傳給後代，有些則不能。基因治療的提出最初是針對單基因缺陷的遺傳疾病，目的在於有壹個正常的基因來代替缺陷基因或者來補救缺陷基因的致病因素。
用基因治病是把功能基因導入病人體內使之表達，並因表達產物——蛋白質發揮了功能使疾病得以治療。基因治療的結果就像給基因做了壹次手術，治病治根，所以有人又把它形容為“分子外科”。
我們可以將基因治療分為性細胞基因和體細胞基因治療兩種類型。性細胞基因治療是在患者的性細胞中進行操作，使其後代從此再不會得這種遺傳疾病。體細胞基因治療是當前基因治療研究的主流。但其不足之處也很明顯，它並沒前改變病人已有單個或多個基因缺陷的遺傳背景，以致在其後代的子孫中必然還會有人要患這壹疾病。
無論哪壹種基因治療，目前都處於初期的臨床試驗階段，均沒有穩定的療效和完全的安全性，這是當前基因治療的研究現狀。
可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運轉機制、充分了解基因調控機制和疾病的分子機理之前進行基因治療是相當危險的。增強基因治療的安全性，提高臨床試驗的嚴密性及合理性尤為重要。盡管基因治療仍有許多障礙有待克服，但總的趨勢是令人鼓舞的。據統計，截止1998年底，世界範圍內已有373個臨床法案被實施，累計3134人接受了基因轉移試驗，充分顯示了其巨大的開發潛力及應用前景。正如基因治療的奠基者們當初所預言的那樣，基因治療的出現將推動新世紀醫學的革命性變化。
[編輯本段]基因工程將使傳統中藥進入新時代
5月13日 13日參加“中藥與天然藥物”國際研討會的中國專家認為，轉基因藥用植物或器官研究、有效次生代謝途徑關鍵酶基因的克隆研究、中藥DNA分子標記以及中藥基因芯片的研究等，已成為當今中藥研究的熱點，並將使傳統中藥進入壹個嶄新的時代。
據北京大學天然藥物及仿生學藥物國家重點實驗室副主任果德安介紹，轉基因藥用植物或器官和組織研究是中國近幾年中藥生物技術比較活躍的領域之壹。
在轉基因藥用植物的研究方面，中國醫學科學院藥用植物研究所分別通過發根農桿菌和根癌農桿菌誘導丹參形成毛狀根和冠癭瘤進而再分化形成植株，他們將其與栽培的丹參作了形態和化學成分比較研究，結果發現毛狀根再生的植株葉片皺縮、節間縮短、植株矮化、須根發達等；而冠癭組織再生的植株株形高大、根系發達、產量高，丹參酮的含量高於對照，這對丹參的良種繁育，提高藥材質量具有重要意義。
果德安說，研究中藥化學成分的生物合成途徑，不僅可以有助於這些化學成分的仿生合成，而且還可以人為地對這些化學成分的合成進行生物調控，有利於定向合成所需要的化學成分。國內有關這方面的研究已經開始起步。
據了解，中國在中藥研究中生物技術應用方面的研究已經漸漸興起，有些方面如藥用植物組織與細胞培養，已積累了二三十年的經驗，理論和技術都相當成熟，而且在全國範圍內已形成了壹定的規模。其中，中藥材細胞工程研究正處於鼎盛時期。
果德安介紹說，面對許多野生植物瀕於滅絕，壹些特殊環境下的植物引種困難等問題，中國科學工作者開始探索通過高等植物細胞、器官等的大量培養生產有用的次生代謝物。研究內容包括通過高產組織或細胞系的篩選與培養條件的優化和通過對次生代謝產物生物合成途徑的調控等，達到降低成本及提高次生代謝產物產量的目的。
此外，近來利用植物懸浮培養細胞或不定根、發狀根對外源化學成分進行生物轉化的研究也在悄然興起，並已取得了壹定的進展。
不僅如此，科學工作者更加重視對次生代謝產物生物合成途徑調控的研究。這些研究都取得了令人興奮的成果，說明中國的藥用植物的細胞培養已進入壹個嶄新的時代。