细胞工程论文

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浅谈转基因动物对克服人类疾病的影响

班级：生物工程12级（1） 学号：1238030118 姓名：毛华原

摘要 转基因动物在医学研究领域和生命科学的研究中有着重要应用价值，可以用于改良动物品种、提高动物产品的产量和质量及抗病性；也可以用于生物制药、建立诊断和治疗人类疾病的动物模型、生产可用于人体器官移植的动物器官等；还可以利用转基因技术对某些遗传病进行基因治疗、获得基因敲出动物等。疾病动物模型在认识疾病本质、确定防治方案及药物研究上十分重要。转基因动物人类疾病动物模型的研究和建立在基因水平上研究人类疾病、揭示各个基因的各种功能中将起重大作用。

关键词：转基因动物 动物模型 人类疾病 器官

1. 转基因动物概述

在分子水平或者基因水平的基础上，用人工的手段去改造生物遗传性状的基因工程，出现在20世纪70年代。基因工程应用技术之一的基因重组，可用于对不同生物遗传物质的体外人工剪切、组合、拼接，使遗传物质重新组合，然后，通过载体，如微生物、病毒等转入微生物或细胞内，进行“无性繁殖”，并使所需基因在细胞内表达出来，产生人类所需的物质或创造新的物种。近年来，国外已出现了一些“基因作物”，如抗腐烂西红柿、抗除草剂棉花、抗病毒黄瓜和马铃薯，以及抗虫玉米等。目前，利用基因重组技术能分离出来的目标基因已近百种，在农作物上实现目标基因表达的也已有10多种。

所谓转基因动物，是用实验方法，把外源基因导入到动物体内，这种外源基因与动物本身的染色体整合，这时外源基因就能随细胞的分裂而增殖，在体内得到表达，并能传给后代。世界上第一只转基因动物巨鼠，是将大白鼠生长激素导入小白鼠的受精卵中，再将这个受精卵移入借腹怀胎的母鼠子宫中，产下的小白鼠比一般的大一倍。这只在遗传学上具有重大意义的转基因动物的研究究培育成功，展现出诱人的光明前景。

克隆动物的操作过程中，完全可以同时进行转基因操作。在体细胞去核并与去核的卵细胞结合之前，将有关的人类基因注入，这样，培育的“转基因克隆羊”，就会产生出人类蛋白质。第一头克隆羊“多利”引起的轰动，在于它的理论价值，它突破了有性生殖的框架，证明高等动物也可以由无性生殖来繁衍。我国转基因羊研究新突破，，在于它的经济价值，因为它可以让人类丰衣足食、健康长寿的美梦成真。那转基因羊的后代是不是转基因羊呢?转基因羊与普通羊交配，即有性繁殖，后代中的一半是转基因羊；但若用克隆——无性繁殖的方法，那所有的后代都是转基因羊。

2. 转基因技术的应用（医学方面）

一、建立人类疾病动物模型。通过转基因技术制作转基因动物模型，可以模拟人类疾病的起始和发展，并可测试比较各种治疗方案的治疗结果，最终确定最行之有效的治疗方案。现已建立的人类动物疾病模型有癌症、动脉硬化症、镰刀状细胞贫血、地中海贫血、红细胞

增多症、肝炎、免疫缺陷、自发性高血压、淋巴系统病、透纳氏症、心肌顿抑、老年痴呆症等。此外，新开发的药品用于人体之前先要进行动物试验，但许多疾病没有适当的动物模型来进行药物的评价。利用转基因技术可建立与人类相同疾病的动物模型，以利于药物筛选，其优点是准确、经济、试验次数少、显著缩短试验时间，现已成为一种进行“快速筛选”的手段。随着癌基因的不断发现，越来越多的肿瘤疾病模型被用于药物筛选。

二、生产可用于人体器官移植的动物器官。目前，中国每年约有150万患者需要器官移植，但每年器官移植手术仅有1.1万例左右，还不到1%，供体器官短缺严重以及移植后的免疫排斥反应使99%以上的患者失去了宝贵的生命。利用转基因技术改造异种来源器官的遗传性状，使之能适用于人体器官或组织的移植，是解决移植器官短缺和移植后免疫排斥反应的最有效途径。目前最为理想的转基因动物是猪，因为其在器官大小、结构和功能上与人类较为相似。利用转基因技术敲除猪α-1，3半乳糖转移酶基因（该基因会引发免疫排斥反应），就可清除猪作为人类器官供体的一个主要障碍，将进一步推动器官移植的发展与应用。这项研究具有重要的实用价值，相信以后会有更多、更完善的改造器官用于人类疾病的治疗。

三、可以生产医疗药品和营养保健品。将某些具有药用价值的基因转入动物体内，然后再回收这些基因的表达产物，就可以生产出具有生物活性的药物。利用转基因动物生产药物具有以下四个优点：①设备简单，不耗能，无环境污染。动物吃的是饲料，生产出的是高营养价值的药品和具有营养保健功能的蛋白。②可生产的药物品种多，产量高，质量好。动物的乳房有强大的生产蛋白质的能力，一头优良品种的奶牛，在305天的泌乳期中可产奶>10吨。鲜奶的蛋白质含量占3.2%～3.6%，折合每头奶牛年产纯蛋白320～360千克。一只绵羊一年可产奶300～500千克，奶中蛋白质含量约占7%，折合每只母羊年产纯蛋白20～30千克。上个世纪90年代中期，国际上就已有数十家转基因动物公司生产出贵重的药用蛋白，如α1-抗胰蛋白酶（治疗肺气肿）、人红细胞生成素（用于肿瘤化疗）、乳铁蛋白（抗胃肠道感染）、人血清白蛋白（提高人体免疫力）、人血红蛋白（治疗烧伤和血量扩积）、人凝血因子Ⅷ（治疗血友病）、抗凝血酶Ⅲ（用于动脉移植）、胶原蛋白（治疗类风湿）、血纤蛋白原（用于外科创伤）、胰岛素（治疗糖尿病）等。③生产周期短。目前一种新药从研制开发，通过新药评审，直到上市需15～20年。如果利用转基因动物，新药生产周期约5年，如以动物生命的周期计算，转基因牛从显微注射到泌乳的周期是个25～29月，而转基因羊只要18个月。④生产成本低，投资风险低，可以获得巨额经济利润。国外经济学家曾算过一笔账，若用传统的生产工艺来生产1克药物蛋白，成本需800～5 000美元，而利用转基因动物只需0.02～0.50美元。

3. 转基因动物应用桎梏

转基因动物安全吗？尽管转基因动物将为人类带来巨大的益处是人们所共识的，但目前转基因动物真正意义上的商业化生产还未展开。这里面除有技术因素之外，人们考虑更多的还是安全性问题。

转基因动物食品是否安全关系到人类自身的安全问题，人们对转基因动物食品主要存在以下担忧：①和非转基因动物食品相比，转基因动物食品的营养成分是否会发生变化？是否会出现抗营养因子？②是否会出现新的过敏源？由于导入基因的来源及序列或表达蛋白质的氨基酸序列可能与已知的致敏源存在同源性，导致过敏发生或产生新的过敏源。③是否会产生有毒物质？在转基因食品加工过程中，由于基因的导入可能使得病毒蛋白发生过量表达，产生各种毒素。④食用转基因动物食品后是否会致病？⑤除目的基因外，引入的抗生素标记基因和报告基因是否安全？

从理论上来说，无论转基因食品还是药品，转入动物体内的基因都是天然存在的，人们平常吃的东西中就含有这些基因，用转基因技术仅仅是把这种基因转到其他动物体内进

行生产后再分离出来。因此，在理论上转基因药物和食物是有一定安全保证的，而不是合成新的东西。当然，我们不能仅停留在理论性的安全上，还要做更多的安全性实验。现有的转基因食品饲喂实验表明，摄食转基因动物食品对小鼠和大鼠的生长、脏器发育、血液生理生化指标、繁殖能力及其后代的生长发育均无显著影响。

（1）、转基因动物自身安全吗？由于转基因操作方法的自身缺陷，可能会影响到转基因动物的健康状况。由于外源基因在受体基因组中的整合位点是随机的，因此外源基因的整合给动物带来的伤害是难以控制的。然而我们可以选择插入位点对动物影响小的，而实际上，有严重影响的插入事件往往因为动物死亡或者发育的缺陷而会被排除。另外，转基因表达也会对动物产生一定影响，转入基因的插入突变、异位表达、修饰、表达产物自身等都有可能对动物自身健康造成影响。因此，对转基因动物自身安全性进行检测与评估是必要和迫切的。

（2）、转基因动物对环境会产生怎样的影响？转基因动物对于生态环境的影响，人们主要有以下几个方面的顾虑：①对生物多样性的影响。②对非靶标生物的影响。③基因漂移对生态环境和农业生产的影响，包括外源基因是否有可能向相关植物、动物和微生物发生水平转移，造成基因漂移。④是否会引发新的环境问题，如是否会对抗生素产生耐药性、是否会产生新病毒。⑤转基因动物是否会演变为有害生物，或演变成优势物种从而破坏生态平衡。

（3）、对于环境安全，人们主要是对转基因鱼所存在的生态风险担忧，鱼类易于逃逸、扩散，有很大可能性影响生物多样性并对野生基因库造成污染。除转基因鱼外，转基因动物中规模稍大的就是家养动物（猪、牛、羊等），其去向比较容易跟踪。另外，因其对环境的适应能力较低，很容易控制和捕捉，只要管理科学、措施得当，不会存在有很大的环境问题。目前，国家专门设立了研究转基因动物安全性的项目，说明国家对转基因动物的安全性是非常重视的，并且现在也有来自国外的经验可以借鉴。

4. 转基因动物的意义

第一头克隆羊“多利”引起的轰动，在于它的理论价值，它突破了有性生殖的框架，证明高等动物也可以由无性生殖来繁衍。我国转基因羊研究新突破，在于它的经济价值，因为它可以让人类丰衣足食、健康长寿的美梦成真。 用基因转移技术，增强动物抗病力的研究，也很鼓舞人心。导入抗病或抗寄生虫的外源基因，牛便不怕“疯牛病”，猪便不怕瘟??从而使畜牧业“旱涝保收”，成为“黄金”产业。

将外源基因导入家畜，能使家畜朝人类希望的目标靠拢，如肉质改善、饲料增效、个体增大、体重增加、奶量提高、脂肪减少等。例如将长瘦肉的基因导入猪细胞中，猪就成为瘦肉型；将促乳汁分泌的基因导入牛、羊细胞中，这些转基因牛、羊乳汁猛增；还有科学家将貂的长皮毛基因导入羊细胞中，培育出长出类似貂毛毛皮的羊。这些羊易养，繁殖快，且“羊貂皮”面积数倍于貂皮，将使“貂皮”时装进入寻常百姓家。

身价百倍的奥秘何在呢？是在于它们是转基因动物，它们的乳汁中含有“药”，它们是天然的、无公害的“动物药厂”。利用转基因动物生产蛋白质、造药，是全新的生产模式。与细菌、细胞等生物工程制药相比，它有明显优势：转基因动物的乳汁，可以方便收集，且不损伤动物；目的蛋白质，已经过动物体内加工和修饰，不必再进行后加工。而以往微生物、细胞等生物工程基因产物，要有后加工。用转基因动物生产，也不需投入大量资金建厂、添设施、雇用人员等。有人算过帐，用传统生物技术生产的产品，成本需800～5 000美元的，利用转基因动物只需0.5美元!美国每年要有600万人输血，才够本国血友病人所需的凝血因子，而以后只要2头转基因牛就可代劳。如果有300万头转基因猪，就可让全人类用血再无后顾之忧——再不用人输出血液，也不用担心输了血后感染上艾滋病等传染病。有了能任

意植入外源基因的转基因动物，对少有良药的遗传病人、癌症病人，不啻是大大的福音。

转基因动物还将是人类最好的“器官库”，提供从皮肤、角膜，到心、肝、肾等几乎所有的“零件”。让器官移植专家有充分施展才华的用武之地，让体内部分“零部件”出了故障的病人重获生的希望。

5. 对转基因动物技术期望

（1）、转基因动物是对多种生命现象本质深入了解的工具，如研究基因结构与功能的关系，细胞核与细胞质的相互关系，胚胎发育调控以及肿瘤等；（2）、可以用来建立多种疾病的动物模型，进而研究这些疾病的发病机理及治疗方法；（3）、由于转基因动物技术可以改造动物的基因组，使家畜、家禽的经济性状改良更加有效，如使生长速度加快、瘦肉率提高，肉质改善，饲料利用率提高，抗病力增强等。对于动物遗传资源保护的意义更加深远，对挽救濒危物种是必不可少的；(4)、转基因动物可作为医用或食用蛋白的生物反应器。

转基因动物作为一项只有二十几年研究历史的生物高新技术成果，涉及农牧业、生物医学和药物产业等诸多方面，显示出了广阔的应用前景与重大的应用价值。虽然转基因动物至今还没有真正进入产业化和市场化，但随着理论上和技术上不断完善，转基因动物及其相关产品必将对人们的健康和社会发展产生巨大的影响。

21世纪生物工程技术领域最活跃、最具有实践应用价值的技术之一。随着相关法规的出台，无疑会加速和正确引导转基因工程产品的研究和开发，相信在不久的将来，转基因动物生产将会成为生产行业中的一项新兴产业。因此，充分利用转基因技术的潜在价值，实现转基因技术实用化、商业化和转基因动物的产业化。

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