轉基因動物
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中文名稱: 轉基因動物
英文名稱: Transgenic Animals
曾 用 名:
學科分類: 遺傳學
注 釋: 一種生物(通常是老鼠),將外來基因轉入其體內成為其基因組的一部分。引入的基因先被分離出來並設計使其攜帶適當片段。然後將這段基因注入受精卵,方法如下:對一隻雌老鼠注射激素使其產生大量卵;讓一隻雄老鼠與其交配使部分卵受精;將這些卵收集起來,在其卵裂前注入外來基因物質。這些卵被移植入另一個雌性體內,在那裡它們發育成型。在某些卵里基因物質在隨意位點與染色體整合而成為老鼠細胞的遺傳物質。由這種卵發育成的動物將攜帶該基因從而成為轉基因動物。轉基因動物對於描述新發現基因的功能和在大動物體內產生有益蛋白質十分有用
轉基因動物是指以實驗方法導入外源基因,在染色體組內穩定整合併能遺傳給後代的一類動物。1981年,第一次成功地將外源基因導入動物胚胎,創立了轉基因動物技術。1982年獲得轉基因小鼠。轉入大鼠的生長激素基因,使小鼠體重為正常個體的二倍,因而被稱為「超級小鼠」。此後相繼培育成功了轉基因兔、綿羊、豬、魚、昆蟲、牛、雞、山羊、大鼠等轉基因動物。
由於轉基因動物體系打破了自然繁殖中的種間隔離,使基因能在種系關係很遠的機體間流動,它將對整個生命科學產生全局性影響。因此,轉基因動物技術在1991年第一次國際基因定位會議上被公認是遺傳學中繼連鎖分析、體細胞遺傳和基因克隆之後的第四代技術,被列為生物學發展史上126年中第14個轉折點。
自1982年轉基因鼠問世以來,轉基因動物研究在許多領域都取得了令人矚目的成就。一般來講,根據不同的目的,轉基因動物操作可以簡單地劃分為四種類型:(l)疾病型轉基因動物;(2)利用轉基因動物製藥;(3)動物改良型;(4)基礎生物學研究。
應用前景
轉基因動物在諸多領域具有廣闊的應用前景:
1、轉基因動物是對多種生命現象本質深入了解的工具,如研究基因結構與功能的關係,細胞核與細胞質的相互關係,胚胎髮育調控以及腫瘤等;
2、可以用來建立多種疾病的動物模型,進而研究這些疾病的發病機理及治療方法;
3、由於轉基因動物技術可以改造動物的基因組,使家畜、家禽的經濟性狀改良更加有效,如使生長速度加快、瘦肉率提高,肉質改善,飼料利用率提高,抗病力增強等。對於動物遺傳資源保護的意義更加深遠,對挽救瀕危物種是必不可少的;
轉基因動物
1997年2月,第一頭無性繁殖的複製羊"多利"現世,標誌著克隆哺乳動物的成功,更有利於轉基因動物的培育和利用。
在分子水平或者基因水平的基礎上,用人工的手段去改造生物遺傳性狀的基因工程,出現在20世紀70年代。基因工程應用技術之一的基因重組,可用於對不同生物遺傳物質的體外人工剪切、組合、拼接,使遺傳物質重新組合,然後,通過載體,如微生物、病毒等轉入微生物或細胞內,進行"無性繁殖",並使所需基因在細胞內表達出來,產生人類所需的物質或創造新的物種。近年來,國外已出現了一些"基因作物",如抗腐爛西紅柿、抗除草劑棉花、抗病毒黃瓜和馬鈴薯,以及抗蟲玉米等。目前,利用基因重組技術能分離出來的目標基因已近百種,在農作物上實現目標基因表達的也已有10多種。
所謂轉基因動物,是用實驗方法,把外源基因導入到動物體內,這種外源基因與動物本身的染色體整合,這時外源基因就能隨細胞的分裂而增殖,在體內得到表達,並能傳給後代。世界上第一隻轉基因動物巨鼠,是將大白鼠生長激素導入小白鼠的受精卵中,再將這個受精卵移入借腹懷胎的母鼠子宮中,產下的小白鼠比一般的大一倍。這只在遺傳學上具有重大意義的轉基因動物的研究培育成功,展現出誘人的光明前景。
將外源基因導入家畜,能使家畜朝人類希望的目標靠攏,如肉質改善、飼料增效、個體增大、體重增加、奶量提高、脂肪減少等。例如將長瘦肉的基因導入豬細胞中,豬就成為瘦肉型;將促乳汁分泌的基因導入牛、羊細胞中,這些轉基因牛、羊乳汁猛增;還有科學家將貂的長皮毛基因導入羊細胞中,培育出長出類似貂毛毛皮的羊。這些羊易養,繁殖快,且"羊貂皮"面積數倍於貂皮,將使"貂皮"時裝進入尋常百姓家。
用基因轉移技術,增強動物抗病力的研究,也很鼓舞人心。導入抗病或抗寄生蟲的外源基因,牛便不怕"瘋牛病",豬便不怕瘟……從而使畜牧業"旱澇保收",成為"黃金"產業。
你聽說過6000美元1磅的羊奶嗎?聽說過身價30萬美元的羊嗎?聽說過每年產奶價值數十億美元的奶牛嗎?這不是天方夜譚,而將變成活生生的事實。
身價百倍的奧秘何在呢?是在於它們是轉基因動物,它們的乳汁中含有"藥",它們是天然的、無公害的"動物藥廠"。利用轉基因動物生產蛋白質、造藥,是全新的生產模式。與細菌、細胞等生物工程製藥相比,它有明顯優勢:轉基因動物的乳汁,可以方便收集,且不損傷動物;目的蛋白質,已經過動物體內加工和修飾,不必再進行後加工。而以往微生物、細胞等生物工程基因產物,要有後加工。用轉基因動物生產,也不需投入大量資金建廠、添設施、僱用人員等。有人算過帳,用傳統生物技術生產的產品,成本需800~5 000美元的,利用轉基因動物只需0.5美元!美國每年要有600萬人輸血,才夠本國血友病人所需的凝血因子,而以後只要2頭轉基因牛就可代勞。如果有300萬頭轉基因豬,就可讓全人類用血再無後顧之憂--再不用人輸出血液,也不用擔心輸了血後感染上愛滋病等傳染病。有了能任意植入外源基因的轉基因動物,對少有良藥的遺傳病人、癌症病人,不啻是大大的福音。
轉基因動物還將是人類最好的"器官庫",提供從皮膚、角膜,到心、肝、腎等幾乎所有的"零件"。讓器官移植專家有充分施展才華的用武之地,讓體內部分"零部件"出了故障的病人重獲生的希望。
克隆動物的操作過程中,完全可以同時進行轉基因操作。在體細胞去核並與去核的卵細胞結合之前,將有關的人類基因注入,這樣,培育的"轉基因複製羊",就會產生出人類蛋白質。
第一頭複製羊"多利"引起的轟動,在於它的理論價值,它突破了有性生殖的框架,證明高等動物也可以由無性生殖來繁衍。我國轉基因羊研究新突破,在於它的經濟價值,因為它可以讓人類豐衣足食、健康長壽的美夢成真。
那轉基因羊的後代是不是轉基因羊呢?轉基因羊與普通羊交配,即有性繁殖,後代中的一半是轉基因羊;但若用克隆--無性繁殖的方法,那所有的後代都是轉基因羊。
其他相關信息
人類改造自然界的生物種群,開始於人工篩選育種,繼而人工雜交、人工誘變。80年代,我國科學家朱作言國際上首先研製成功了轉基因魚。90年代,國內成功研製了轉基因羊。
轉基因禽類生物反應器,包括肝臟和輸卵管表達系統。1993年Ruslin 研究所的Sang博士成功在禽蛋卵黃表達外源蛋白。1994-1995年我國曾邦哲提出系統(結構)遺傳學(system genetics)方法和首創了輸卵管生物反應器(oviduct bioreactor)的概念 – 轉基因禽類金蛋計劃(Goldegg Plan)。1996年在北京召開了第1屆國際轉基因動物學術研討會(秘書長曾邦哲)和籌建國際轉基因學協會(IUT)並闡述(Zeng BJ)了生物系統論與遺傳學、生物工程等,至今已召開了5屆會議,並得到了朱作言、旭日干、劉德培等我國著名科學家的參與和支持。
動物克隆 –無性生殖技術,開始於1938年德國科學家施佩曼的蠑螈受精卵結紮實驗。1961年我國科學家朱洗採用人工刺激蟾蜍成熟卵,成功研究了兩棲類人工單性生殖。1962年,英國科學家J. B. Gurdon,採用核移植法成功培育了非洲爪蟾成體。1980年,美國生物學家P. C. Hoppe和日內瓦超微型外科專家K. I. Illmense,用胚泡細胞核移植方法成功繁育了小鼠。
1997年國I. Wilmut等,用綿羊乳腺細胞的細胞核移植到去細胞核的卵細胞中,成功得到了複製羊「多莉」。
基於系統生物學的基因工程 - 合成生物學,也就是系統生物工程技術的進展,轉基因技術包括轉基因動物的研究與開發,進入了人工設計、合成基因與基因調控鏈的轉基因技術新的時期,改變了以往的單基因克隆、載體構建與基因轉移方法,開啟了全基因合成、基因調控網路設計乃至人工基因組轉移的多基因轉基因生物技術時代。
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