基因克隆技術(shù)在制藥中的應(yīng)用

蘇暢

摘要：基因克隆技術(shù)在制藥中的應(yīng)用，是人類生物技術(shù)發(fā)展的里程碑，也是人類進入文現(xiàn)代文明的一種象征，它對人們的身體健康有著至關(guān)重要的作用，本文重點探究基因克隆技術(shù)的誕生和它在制藥中的微觀應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：基因克隆技術(shù)，DNA;遺傳基因

引言：

基因克隆技術(shù)是一項現(xiàn)代生物技術(shù)，具有很強的先進性。近幾年的發(fā)展也很迅速，所以它的熱度很高，這是人類育種技術(shù)歷史上的里程碑。但是它的誕生和興起并不是一件簡單的事情，這不僅僅是因為它的技術(shù)研究難度大，也是因為其他領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的限制，它涵蓋了生物學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科?？寺〖夹g(shù)就是在這樣的基礎(chǔ)上誕生和發(fā)展起來的，它的成績徹底解放了人們思想束縛，為人類探索科學(xué)的世界打開了另一個大門。

1 基因克隆技術(shù)在制藥中的應(yīng)用

生物學(xué)家Avery等人采用離體培養(yǎng)的方式測定了SIII型號細胞中各種分離提純了的提取物的轉(zhuǎn)化活性。雖然這些研究對現(xiàn)代生物技術(shù)有革命性的意義，但是不能否定的是發(fā)生在1928年的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗，1944年Avery進行額實驗就發(fā)生在這個實驗的基礎(chǔ)上。這次提取物中包括了DNA、RNA，還有很多的蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)。通過這個實驗，生物學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)了只有從SIII型菌中提出的DNA和RII型菌混合與瓊脂平板上進行培養(yǎng)的時候，才能使得RII型菌轉(zhuǎn)化為SIII型菌，這看似簡單的一句話的結(jié)論，背后是生物學(xué)家辛勤的鉆研。這就非常有力的證明了DNA是轉(zhuǎn)化因子，DNA可以引起遺傳性狀的改變，這一發(fā)現(xiàn)是驚人的，不僅解釋了生物學(xué)中的遺傳的相關(guān)研究，也真正的從生物學(xué)的微觀研究中國證明了遺憾信息的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA，徹底否定了以前的結(jié)論（這個實驗之前人們普遍認為遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)）。

僅僅在一年后，時間仿佛和這些生物學(xué)家開了一個玩笑，研究生物大分子的手段發(fā)生了重大的進步。這些進步進一步把DNA結(jié)構(gòu)已經(jīng)清晰的描述了出來。但是有的生物學(xué)家但是并沒有完全確定這里面的一些發(fā)現(xiàn)，因為有些理論還只是處于被證明的階段，也就是說一些發(fā)現(xiàn)尚不能得到證實，才是一種假說。筆者在研究這篇論文的時候，為了更近一步弄懂克隆技術(shù)的發(fā)展歷程，就探析了這四種發(fā)現(xiàn)。分別是X射線衍射顯示DNA立體結(jié)構(gòu)中的堿基分子是一種相互靠近的存在狀態(tài)，第二點就是DNA中的嘌吟和嘧啶堿基有一種相互吸引的趨勢，第三點就是嘌吟和嘧啶堿基呈現(xiàn)出了1：1的比例，最后一點是堿基排列順序推測應(yīng)該是沒有規(guī)則的只有這樣，才算是攜帶著非常豐富的遺傳信息的。這四大發(fā)現(xiàn)結(jié)果不僅說明了DNA的結(jié)構(gòu)，也說明了DNA攜帶遺傳信息的條件。

1.1 DNA雙雙螺旋結(jié)構(gòu)和功能分析

著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的理論和半保復(fù)制機理是在1953年被Watson進而Crick提出來的。這并不是兩者在憑借想象或者前者的四大發(fā)現(xiàn)提出來的，他們是根據(jù)堿基組成的測定和X射線衍射分析的結(jié)果。在這樣的分析的結(jié)果中，很成功的解釋清楚了DNA的理化性質(zhì)和自體復(fù)制的方式、生物遺傳的現(xiàn)象。如果說在這以前，人類社會對生物的遺傳還處在一個簡單的模糊的不確定的階段的話，那今天的這個發(fā)現(xiàn)就可以說人類社會已經(jīng)看到了基因，對基因有了實質(zhì)性的認識，這不僅是遺傳學(xué)的上的一大飛躍，也是人類生物學(xué)歷史上的一次巨大成功，它成功的開啟了生物學(xué)的新紀(jì)元。這為今天的克隆技術(shù)提供了一種強大的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)。

1.2 遺傳信息的流向和表達機制的闡明

人類敲開了遺傳的大門，看到了遺傳的家庭成員和成員之間的關(guān)系，但是遺傳到底是怎么進行的，信息是如何傳遞的。他到底還有什么秘密。于是在20世紀(jì)50年代末期和20世紀(jì)60年代，有人提出了中心法則和操縱子學(xué)說，并成功的找到了打開遺傳秘密的寶箱的鑰匙，也就說有人破譯了遺傳的密碼，這就查闡明了遺傳信息的流向和表達機制。在這個發(fā)現(xiàn)中，人們知道了遺傳信息主要的存在方式是以密碼的形式編碼在DNA分子上的，表現(xiàn)出來的就是特定的核苷酸培訓(xùn)序列，DNA通過復(fù)制實現(xiàn)遺傳信息的傳遞，傳遞給子代的DNA分子。同時DNA還可以通過轉(zhuǎn)錄作用將遺傳信息傳遞給使者RNA（mRNA），mRNA由此來控制專一蛋白質(zhì)的合成，使得遺傳信息在蛋白質(zhì)肽鏈的氨基酸排列順序上得到體現(xiàn)，這就是遺傳密碼的翻譯過程。DNA-mRNA-多肽鏈-DNA中心法則的建立，直接打開的是困擾生物學(xué)發(fā)展的百年之謎。街壘了蛋白質(zhì)合成過程中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄和翻譯之謎。它為人類走進蛋白質(zhì)的生物合成過程打開了方便之門。后來發(fā)現(xiàn)的反向轉(zhuǎn)錄酶，肯定了病毒的遺傳規(guī)律。病毒可以以RNA為模板合成互補DNA，生物學(xué)上把這一發(fā)現(xiàn)認為是對中心法則的完善和補充。如果問生物技術(shù)發(fā)展到今天，距離克隆技術(shù)的實現(xiàn)還有多少距離，其實就在下一步了。在這一階段，遺產(chǎn)信息復(fù)制和遺傳機制的闡明就為人工改變生物DNA機構(gòu)從而引起遺傳性狀的改變，它為創(chuàng)造色新的生物品種和新型產(chǎn)物提供了可能性。

1.3 質(zhì)粒等基因克隆載體的發(fā)現(xiàn)

時光荏苒，一代代生物學(xué)家選定了噬菌體作為基因克隆的最有希望的載體，然后對它進行了深刻的研究，這是人類開始研究克隆技術(shù)的開始。在將這種外源基因?qū)爰闹鞯妮d體的不是噬菌體，而是質(zhì)粒載體，從質(zhì)粒載體做走向噬菌體。這中間最早被發(fā)現(xiàn)和研究的質(zhì)粒是大腸桿菌致育因子，1952年在一次偶然中發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌可以產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)的抗菌性物質(zhì)，也就是后來的大腸桿菌素。在后續(xù)的研究中，證明了它是由另一種質(zhì)?！猚ol因子在支配的過程中產(chǎn)生的，它是生物歷史上第二個研究較長的質(zhì)粒。上世紀(jì)六十年代，日本發(fā)現(xiàn)了抗藥性質(zhì)粒，就是R因子，這種因子呈現(xiàn)出來的特點就是分子量小，操作性強，還有抗藥性選擇標(biāo)記，這些既是它的特點，也是它的優(yōu)點。在以后的研究中，在細菌和放線菌中發(fā)現(xiàn)了樣式各異的質(zhì)粒。人們對質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和功能進行了一個深刻的分析，弄清了質(zhì)粒的真面目，它是一種存在于微生物細胞內(nèi)染色體外的一種閉合環(huán)狀雙鏈條小型DNA分子。也是能夠促進獨立自體復(fù)制并保持恒定遺傳的復(fù)制子。同時它可以實現(xiàn)在兩個微生物細胞中轉(zhuǎn)化，有些質(zhì)?？梢栽诩毎羞M行大量的復(fù)制，通過這樣的方式增加了它所謂基因的運載體的可能性。當(dāng)某種外源基因從一個細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞并大量復(fù)制該基因的一種拷貝，在這個基礎(chǔ)上高產(chǎn)相應(yīng)的基因產(chǎn)物。其實不難發(fā)現(xiàn)，質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)，很多不同的生物細胞之間的基因轉(zhuǎn)移開創(chuàng)了新的一種發(fā)現(xiàn)局面，這些目前已經(jīng)被發(fā)展成為基因分子克隆中最常見的一種載體，他對生物技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了不可替代的作用。

1.4 細胞轉(zhuǎn)化方法的建立

外源DNA分析導(dǎo)入細菌細胞的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，在上個世紀(jì)40年代，肺炎鏈球菌中發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象，但是這對大腸桿菌來說，在1970年才獲得真正意義上的成功，那個時候的M.Mmander和A.HIga發(fā)現(xiàn)用CACL2，處理了大腸桿菌，這個可以它對DNA的呼吸有很明顯的增加作用，1972年的時候，當(dāng)事者在斯坦福大學(xué)的S.Cohen等人發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氯化鈣處理的大腸桿菌細胞同樣也可以攝取治理DNA，這項技術(shù)應(yīng)用到質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化上，最后的結(jié)果是就時單位DNA得到了大約106到107，的數(shù)量轉(zhuǎn)化，在這個時候，大腸桿菌便成為了分子克隆良好轉(zhuǎn)化的受體，大腸桿菌轉(zhuǎn)化體系到此建立，它對基因工程的建立具有不可比擬的里程碑意義。

1.5 核酸和蛋白質(zhì)序列分析技術(shù)的發(fā)明

核酸和蛋白質(zhì)序列分析發(fā)發(fā)明的得益于1965年sanger發(fā)明的氨基酸序列分析測定法的發(fā)明，但是并不是只有這一個，在接下來的日子里，又相繼發(fā)明了DNA分子的核苷酸序列分析法，這是人們對DNA序列分析獲得的重要發(fā)展，只要通過一個實驗就能確定幾百個堿基的排列順序，進而了解蛋白質(zhì)的基因DNA的基因序列，所以就可以根據(jù)這三個堿基決定一個氨基酸的三聯(lián)體密碼子，在它的基礎(chǔ)上可以推算出來這個蛋白質(zhì)的氨基酸序列，然后可以利用化學(xué)的但是人工進行基因的合成，說到這里，一切都真相大白了，核酸還有蛋白技術(shù)的出現(xiàn)是基因分析和合成有了一種可能。

結(jié)束語：

所以綜合來看，遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的證明，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和功能的闡明，遺產(chǎn)信息的流向等等技術(shù)的出現(xiàn)，為基因克隆技術(shù)的誕生和興起奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)今天的這項基因克隆技術(shù)在制藥中的作用就顯而易見的了，藥物的合成是一種生物技術(shù)，這是宏觀上的概念，從微觀上說，它就是基因克隆技術(shù)的應(yīng)用，這是無可厚非的。從生物技術(shù)上的統(tǒng)一發(fā)展來看，從微觀上把握基因克隆技術(shù)在制藥中的應(yīng)用是最科學(xué)的，而這一切都根源于生物育種技術(shù)的發(fā)展，這是人類的智慧。

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