转基因动物技术的应用

转 基 因 技 术 是 在 离 体 条 件 下 , 利 用 DNA重 组 技 术 对 不 同生 物 个 体 的 DNA进 行 加 工 , 将 具 有 某 一 特 性 （ 如 抗 性 、耐 性 和 生 长 性 能 等 ） 的 外 源 基 因 通 过 适 当 的 载 体 整 合到 动 物 体 内 、 使 其 表 达 并 获 得 新 的 生 物 机 能 。 我们通常把携带了外源基因并能将其表达和遗传的动物称为转基因动物。 转 基 因 动 物 技 术 的 应 用随 着 基 因 工 程 的 不 断 发 展 , 转基 因 动 物 技 术 将 不 断 得 到 完 善 ,可 以 广 泛 运 用 到 未 来 的 生 产 和生 活 中 。 转基因动物食品医学生产生活方面 1.在医学上的应用医药卫生领域是转基因动物应用最为广泛、发展最迅速的一个领域。（1）人类疾病动物模型建立（2） 异体器官移植 （1）人类疾病动物模型建立人 类 疾 病 动 物 模 型 （ animal model of human diseases）是 指 医 学 科 学 研 究 中 所 建 立 的 具 有 人 类 疾 病 模 拟 性 表 现的 动 物 实 验 对 象 和 材 料 ， 是 现 代 生 物 医 学 研 究 中 极 为 重要 的 实 验 方 法 和 手 段 。转 基 因 动 物 作 为 人 类 疾 病 模 型 可 以 代 替 传 统 的 动 物 模 型进 行 药 物 筛 选 ， 具 有 准 确 、 经 济 、 实 验 次 数 少 、 显 著 缩短 试 验 时 间 等 优 点 ， 现 已 成 为 人 们 试 图 进 行 “ 快 速 筛 选 ”的 手 段 。 同 时 转 基 因 动 物 模 型 还 可 以 帮 助 基 因 治 疗 及 药物 的 研 究 。 英 国 罗 斯 林 研 究 所 研 究 人 员 日 前 培 育 出 一 种 转 基 因 母鸡 ， 这 种 母 鸡 下 的 蛋 含 有 能 够 抗 癌 和 抗 其 他 疾 病 的 蛋白 质 。 这 些 成 果 为 基 因 治 疗 人 类 疾 病 奠 定 了 基 础 ， 使人 类 的 各 种 疑 难 杂 症 可 能 得 到 有 效 治 疗 ， 实 现 医 疗 史上 的 一 大 飞 跃 。目 前 已 建 立 了 人 胰 岛 素 的 转 基 因 小 鼠 模 型 以 及 与 人 类发 病 机 理 相 似 的 阿 尔 茨 海 默 症 （ AD） 转 基 因 动 物 模 型 。AD转 基 因 动 物 模 型 有 助 于 我 们 了 解 AD的 发 病 机 制 ， 进一 步 研 究 针 对 病 因 治 疗 的 药 物 。 （ 2） 异 体 器 官 移 植转基因动物还可以用来生产人体需要的各类“ 部件”。 器 官 移 植 术 是 目 前 治 疗 器 官 功 能 衰 竭 等 疾 病 的 首 选 技术 ， 为 很 多 患 者 带 来 了 希 望 。但 是 ， 供 体 器 官 来 源 短 缺 极 大 地 制 约 着 该 技 术 的 发 展 。如 果 利 用 转 基 因 动 物 可 以 在 动 物 体 上 培 育 人 体 器 官 ，就 能 有 效 缓 解 器 官 供 需 间 日 益 突 出 的 矛 盾 。 转 基 因 动 物 器 官 移 植 就 是 临 床 医 生 将 人 体 内 一 个 或 几个 异 常 而 又 无 法 医 治 的 器 官 , 用 手 术 切 除 掉 , 将 转 基 因 动物 正 常 的 器 官 从 其 机 体 内 取 出 , 植 入 需 要 器 官 移 植 的 人 体内 的 一 种 高 新 技 术 。 在 人 用 器 官 供 体 培 育 方 面 , 最 早 是 用 小 鼠 进行 实 验 , 现 在 已 生 产 出 了 可 为 人 类 提 供 器 官的 转 基 因 猪 。 由 于 转 基 因 猪 与 人 在 解 剖 和生 理 方 面 具 有 许 多 相 似 的 生 物 学 特 性 , 因 而被 视 为 人 类 器 官 移 植 的 理 想 材 料 。 但 是 转 基 因 动 物 器 官 移 植 这 种 高 新 生 物 医 学 技术 所 涉 及 的 未 知 的 、 不 确 定 的 因 素 太 多 , 属 于 基因 工 程 中 风 险 最 大 的 应 用 领 域 涉 及 的 面 广 。 风 险异 体 排 斥 反 应跨 物 种 感 染 a、 异 体 排 斥 反 应大 多 数 不 同 种 属 的 动 物 体 内 存 在 着 针 对 异 种 器 官 的 天然 抗 体 , 因 而 异 种 器 官 植 入 后 , 将 立 即 被 受 体 血 液 中的 天 然 抗 体 所 识 别 , 通 过 活 化 补 体 , 导 致 植 入 的 移 植器 官 在 几 个 小 时 内 就 被 排 斥 。虽 然 科 学 家 们 已 基 本 能 够 在 一 定 程 度 上 解 决 异 种 器 官移 植 常 发 生 的 移 植 器 官 的 急 性 排 斥 反 应 。 但 是 现 阶 段 , 这 样 的 器 官 还 只 能 是 短 期 代 用 , 而 不 能 永 久 移 植 。 b、 跨 物 种 感 染一 般 情 况 下 不 会 感 染 人 的 病 毒 通 过 异 种 器 官 移 植提 供 的 细 胞 之 间 的 亲 密 接 触 的 机 会 可 能 感 染 人 或者 与 人 的 病 毒 重 组 形 成 更 危 险 更 致 命 的 病 毒 ， 而且 免 疫 系 统 受 到 抑 制 的 移 植 受 体 比 一 般 人 更 容 易被 感 染 。更 加 重 要 的 是 ， 转 基 因 动 物 带 的 未 知 病 毒 是 否会 从 移 植 受 体 扩 散 出 去 ， 从 而 传 播 到 其 他 人 造成 疫 病 大 流 行 ， 引 起 流 行 病 ？这 些 问 题 不 得 不 引 起 重 视 。 1997 年 ， 英 国 科 学 家 发 现 , 猪 有 遗 传 病 毒 的 迹 象 。 该 病 毒 潜 伏在 猪 肾 脏 细 胞 内 的 基 因 中 , 它 们 对 猪 是 无 害 的 , 但 对 人 体 有 害 。因 此 , 英 国 政 府 已 明 令 禁 止 转 基 因 猪 器 官 在 人 体 内 研 究 。研 究 表 明 , 内 生 性 逆 转 录 病 毒 不 但 存 在 于 每 一 只 猪 的 每 一 个 细 胞中 , 而 且 插 入 了 猪 的 遗 传 物 质 , 使 得 几 乎 不 可 能 从 供 体 猪 的 身 体中 消 灭 该 病 毒 。器 官 移 植 后 该 病 毒 有 可 能 会 从 猪 的 器 官 中 出 来 插 入 人 类 细 胞 的 遗传 物 质 中 , 引 起 人 类 遗 传 物 质 的 突 变 , 增 加 癌 症 的 风 险 。因 此 , 转 基 因 动 物 器 官 移 植 可 能 带 来 的 跨 物 种 感 染 , 目 前 不 能 给 这 个 风 险 定 量 , 但 知 道 它 确 实 存 在 , 并 且可 能 殃 及 人 类 。 一 旦 跨 物 种 感 染 成 为 可 能 , 所 产 生 的后 果 是 严 重 的 。 2.在 生 产 上 的 应 用（ 1） 促 进 动 物 生 长 ， 提 高 生 长 性 能 。（ 2） 提 高 抗 病 性 和 适 应 性通 过 导 入 外 源 性 生 长 激 素 基 因 ， 改 造 动 物 原 有 的 基因 组 ， 从 而 达 到 加 快 动 物 生 长 速 度 ， 提 高 肉 、 蛋 、奶 等 产 品 的 产 量 ， 提 高 饲 料 利 用 率 的 目 的 。对 牛 、 羊 等 家 畜 进 行 基 因 转 移 ， 可 以 有 效 提 高 家 属 的 抗病 、 耐 寒 能 力 ， 改 善 其 性 状 。 （ 3） 动 物 生 物 反 应 器动 物 生 物 反 应 器 是 指 利 用 转 基 因 活 体 动 物 的 某 种 能 够高 效 表 达 外 源 蛋 白 的 器 官 或 组 织 来 进 行 工 业 化 生 产 活性 功 能 蛋 白 的 技 术 ， 这 些 蛋 白 一 般 是 药 用 蛋 白 或 营 养保 健 蛋 白 。其 中 动 物 乳 腺 生 物 反 应 器 是 目 前 生 产 外 源 蛋 白 最 有 效的 生 物 反 应 器 ， 也 是 目 前 国 际 上 唯 一 证 明 可 以 达 到 商业 化 生 产 水 平 的 生 物 反 应 器 。 3.转 基 因 动 物 食 品动 物 性 食 品 是 人 类 的 重 要 食 物 来 源 ， 随 着 生 活 水 平 的 不 断 改 善 ，人 们 对 动 物 性 食 物 的 要 求 也 不 断 提 高 。动 物 中 多 饱 和 脂 肪 酸 ， 摄 取 过 多 会 引 起 高 血 脂 、 高 胆 固 醇 等 生 活习 惯 病 ， 而 不 饱 和 脂 肪 酸 有 益 于 心 血 管 健 康 。因 此 ， 研 究 转 基 因 动 物 食 品 的 一 个 重 要 方 面 是 提 高 动 物 不 饱 和 脂肪 酸 的 含 量 。 4.培 育 转 基 因 动 物 作 为 宠 物转 基 因 鱼 ， 是 第 一 种 上 市 的 转 基 因 动 物 宠 物 转基因动物技术是20世纪80年代初发展起来的一项生物领域高新技术。1980年Gordon等把PV40病毒DNA注入小鼠的受精卵原核中，获得了两只转基因小鼠。1982年Palmiter和Hrinster将重组的生长激素基因注入小鼠受精卵原核，产生了“超级”鼠，首次证明了导入的外源基因能在转基因动物中表达。随后，1985年Palmiter等把人的生长激素基因导入兔、绵羊和猪的基因组均获得成功。1987年Simons等把羊的乳球蛋白基因导入小鼠受精卵原核中，阳性小鼠在乳腺中分泌出这种蛋白。1988年Simons等从转基因绵羊的乳汁中得到一抗胰蛋白酶。1991年Buhler从家兔乳汁中获得人的白介素-2. 到1997年，已经有40多种外源蛋白在动物乳腺表达。除了乳腺外，还可以从转基因动物血液及其他组织中得到外源蛋白，并且开发了转基因猪获取人类需要的组织器官等。 转 基 因 动 物 技 术 发 展 概 述 我 国 是 从 1984 年 开 始 转 基 因 动 物 研 究 的 ， 最 初 用于 培 育 转 基 因 小 鼠 ， 后 又 成 功 获 得 了 乳 汁 中 含 有 人 凝血 因 子 IX的 转 基 因 山 羊 、 转 基 因 试 牛 、 转 基 因 体 细 胞克 隆 牛 、 乳 腺 生 物 反 应 器 转 基 因 兔 模 型 等 。 2005 年 用 受 精 卵 原 核 显 微 穿 刺 导 入 DNA 与 受 精 卵原 核 显 微 DNA 注 射 制 备 转 基 因 兔 ， 为 转 基 因 动 物 的 制备 提 供 了 新 的 方 法 。 中 国 科 学 院 遗 传 发 育 所 等 合 作 单 位 成 功 研 制 转 有人 类 DAF 和 CD59 基 因 的 转 基 因 猪 ， 并 在 灵 长 类 动 物 进行 异 种 心 脏 移 植 试 验 。我 国 转 基 因 动 物 研 究 进 展 2006 年 我 国 科 学 家 成 功 获 得 转 人 乳 铁 蛋 白 基 因 山 羊 ， 其乳 腺 上 皮 细 胞 能 够 表 达 人 乳 铁 蛋 白 。 3月 19日 ， 国 家 专 利 局 正 式 批 准 了 上 海 转 基 因 研 究 中 心 所申 请 的 一 项 专 利 ： 通 过 转 基 因 奶 羊 ， 产 出 用 于 治 疗 多 种 疾 病 、含 有 高 浓 度 人 类 溶 菌 酶 的 羊 奶 。 这 一 成 果 走 在 了 世 界 转 基 因技 术 的 前 列 ， 具 有 跨 时 代 的 意 义 。 4月 ， 莱 阳 农 学 院 成 功 培 育 了 体 内 带 有 抗 疯 牛 病 基 因 的 转基 因 克 隆 牛 。 我 国 已 成 功 建 立 携 带 人 1， 2- 岩 藻 糖 苷 转 移酶 基 因 的 转 基 因 小 鼠 模 型 ， 为 进 一 步 研 究 人 HT在 异 种 移 植 HAR中 的 作 用 以 及 建 立 转 人 HT 基 因 猪 提 供 了 技 术 及 理 论 基 础 。 2007年 ， 我 国 获 得 首 例 利 用 囊 胚 注 射 携 带 LacZ基 因 的 胚胎 干 细 胞 嵌 合 体 小 鼠 。 3月 ， 天 津 市 农 科 院 畜 牧 兽 医 研 究 所 成 功 培 育 了 我 国 首 例“ 肌 肉 抑 制 素 前 肽 ” 转 基 因 山 羊 ， 将 为 改 造 我 国 传 统 畜 牧 业 、提 升 医 学 等 相 关 领 域 行 业 水 平 起 到 重 要 作 用 。