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生物研究性学习课题 基因工程的利与弊 多巴高级中学2013届高二 8 班生物专题学习课题组指导老师 生物技术在许多领域正在发挥越来越重要的作用 遗传工程产品在农业领域无孔不入 遗传工程作物开始在美国农业中占有重要位置 生物技术在医学领域取得显著进展 已有一些遗传工程药物取代了常规药物 医学界在几方面从基因研究中获利 克隆技术的进展为拯救濒危物种及探索多种人类疾病的治疗方法提供了前所未有的机会 目前研究人员正准备将生物技术推进到更富挑幻灯战性的领域 但近来警惕遗传学家的行为的声音越来越受到重视 引言 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术 是指按照人们的意愿 在生物体外 通过对DNA分子进行人工 剪切 和 拼接 对生物的基因进行改造和重新组合 然后导入到受体细胞里 定向地改造生物的遗传性状 产生出人类需要的基因产物 什么叫基因工程 基因工程的概念 基因工程是生物工程的一个重要分支 它和细胞工程 酶工程 蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程 所谓基因工程 geneticengineering 是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术 是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内 使这个基因能在受体细胞内复制 转录 翻译表达的操作 它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质 DNA大分子提取出来 在离体条件下用适当的工具酶进行切割后 把它与作为载体的DNA分子连接起来 然后与载体一起导入某一更易生长 繁殖的受体细胞中 以让外源物质在其中 安家落户 进行正常的复制和表达 从而获得新物种的一种崭新技术 它克服了远缘杂交的不亲和障碍 基因工程的原理 因工程技术所应用的原理就是用生物体当中所提取的酶 来在一种动植物 甚至是原生动物 或者原核动物的DNA分子当中剪切下一段我们想要的 用的基因 然后再把它转嫁到另一种生物体当中去 例如 现在的医用疫苗的培养 人工用酵母菌去合成胰岛素 和转基因动植物的出现 这些无不使我们的生活变得更加舒适 并且在工农业 医学上都起到了举足轻重的作用 我们把北海鱼的抗寒耐冻基因转嫁到小麦当中 我们就可以得到抗寒耐冻的新型小麦 这与传统的生物杂交育种相比更加精准地选择了生物的基因以及其表现性状 与此同时 还极大地缩减了研究的时间 用基因工程技术去制造疫苗 合成人体所需要的激素 给很多的病患者带来了福音 迄今为止 基因工程还没有用于人体 但已在从细菌到家畜的几乎所有非人生命物体上做了实验 并取得了成功 事实上 所有用于治疗糖尿病的胰岛素都来自一种细菌 其DNA中被插入人类可产生胰岛素的基因 细菌便可自行复制胰岛素 基因工程技术使得许多植物具有了抗病虫害和抗除草剂的能力 在美国 大约有一半的大豆和四分之一的玉米都是转基因的 目前 是否该在农业中采用转基因动植物已成为人们争论的焦点 支持者认为 转基因的农产品更容易生长 也含有更多的营养 甚至药物 有助于减缓世界范围内的饥荒和疾病 而反对者则认为 在农产品中引入新的基因会产生副作用 尤其是会破坏环境 诚然 仍有许多基因的功能及其协同工作的方式不为人类所知 但想到利用基因工程可使番茄具有抗癌作用 使鲑鱼长得比自然界中的大几倍 使宠物不再会引起过敏 许多人便希望也可以对人类基因做类似的修改 毕竟 胚胎遗传病筛查 基因修复和基因工程等技术不仅可用于治疗疾病 也为改变诸如眼睛的颜色 智力等其他人类特性提供了可能 目前我们还远不能设计定做我们的后代 但已有借助胚胎遗传病筛查技术培育人们需求的身体特性的例子 比如 运用此技术 可使患儿的父母生一个和患儿骨髓匹配的孩子 然后再通过骨髓移植来治愈患儿 1 基因工程与作物育种 基因工程的应用 转基因西红柿 转基因驱蚊草 转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草 蓝色妖姬 转基因超级小鼠 能发荧光的热带斑马鱼 抗虫转基因植物 抗虫害的玉米 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 2 基因工程与药物研制 我国生产的部分基因工程疫苗和药物 许多药品的生产是从生物组织中提取的 受材料来源限制产量有限 其价格往往十分昂贵 微生物生长迅速 容易控制 适于大规模工业化生产 若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内 让它们产生相应的药物 不但能解决产量问题 还能大大降低生产成本 1 在生产领域 人们可以利用基因技术 生产转基因食品 例如 科学家可以把某种肉猪体内控制肉的生长的基因植入鸡体内 从而让鸡也获得快速增肥的能力 但是 转基因因为有高科技含量 怕吃了转基因食品中的外源基因后会改变人的遗传性状 比如吃了转基因猪肉会变得好动 喝了转基因牛奶后易患恋乳症等等 华中农业大学的张启发院士认为 转基因技术为作物改良提供了新手段 同时也带来了潜在的风险 基因技术本身能够进行精确的分析和评估 从而有效地规避风险 对转基因技术的风险评估应以传统技术为参照 科学规范的管理可为转基因技术的利用提供安全保障 生命科学基础知识的科普和公众教育十分重要 基因工程的利与弊 3 环境保护上 也可以应用基因武器 我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物 研制出专门的基因药物 既能高效的杀死它们 又不会对其他生物造成影响 还能节省成本 例如一直危害我国淡水区域的水葫芦 如果有一种基因产品能够高校杀灭的话 那每年就可以节省几十亿了 2 军事上的应用生物武器已经使用了很长的时间 细菌 毒气都令人为之色变 但是 现在传说中的基因武器却更加令人胆寒 基因武器只对具有某种基因的人 例如某一种族 有杀伤力 而对其他种族的人毫无影响 这种武器的使用无疑会使遭受基因武器袭击的种族面临灭顶之灾 4 基因工程可用来筛检及治疗遗传疾病 遗传疾病乃是由于父或母带有错误的基因 基因筛检法可以快速诊断基因密码的错误 基因治疗法则是用基因工程技术来治疗这类疾病 产前基因筛检可以诊断胎儿是否带有遗传疾病 这种筛检法甚至可以诊断试管内受精的胚胎 早至只有两天大 尚在八个细胞阶段的试管胚胎 做法是将其中之一个细胞取出 抽取DNA 侦测其基因是否正常 再决定是否把此胚胎植入母亲的子宫发育 胎儿性别同时也可测知 但是广泛的基因筛检将会引起一连串的社会问题 如果有人接受基因筛检 发现在某个年龄将因某种病死亡 势必将会极度改变他的人生观 虽然基因筛检可帮助医生更早期更有效地治疗病人 但可能妨碍他的未来生活就业 譬如人寿保险公司将会要求客户提供家族健康数据 如心脏病 糖尿病 乳癌等 而针对高危险群家族成员设定较高的保费 保险公司可由基因筛检资料预知客户的预估寿命 这些人可能因而得不到保险的照顾 也可能使这些人被公司老板提早解聘 5 基因工程配合生殖科技 全人类的震撼基因筛检并不改变人的遗传组成 但基因治疗则会 科学家正努力改变遗传病人的错误基因 把好的基因送入其中以纠正错误 因为这是在操作生命的基本问题 必须格外小心 首先须划分医疗及非医疗的行为 医疗行为目的在治病 非医疗者如想提高孩子的身高 智慧等 选择胎儿性别也是非医疗行为 不能被接受 但是遇到某些性连遗传的疾病 选择胎儿的性别就是可被接受的医疗行为 另一项须区分的 就是体细胞 somaticcell 或生殖细胞 germ linecell 的基因操作 体细胞的基因操作只影响身体的体细胞 不影响后代 但卵子 精子等生殖细胞之基因操作 会直接影响后代 目前基因工程禁止直接用在生殖细胞上 6 基因治疗法 遗传病人的福音目前医学界正在临床试验多种遗传病的基因治疗法 最早采用基因治疗的是一种先天免疫缺乏症 又称气泡男孩症 bubble boydisease 患病婴幼童因为腺脱胺 adenosinedeaminase 基因有缺陷 骨髓不能制造正常白血球发挥免疫功能 必须生活在与外界完全隔离的空气罩内 最新的治疗法是由病人骨髓分离出白血球的干细胞 把正常的酵素基因接在经过改造不具毒性的反录病毒 retrovirus 藉此病毒送入白血球干细胞 再将干细胞送回病人体内 则病人可产生健康的白血球获得免疫功能 这项临床试验 在美国的女病童证明很成功 另一种较便捷的治疗法亦在实验中 纤维性囊肿 cysticfibrosis 在英国平均每两千人中就有一人罹患此症 病人无法制造形成细胞膜氯离子通道的蛋白 此蛋白分布于分泌性细胞的胞膜上 控制氯离子的运输 使黏液畅通 病人体内因缺乏此蛋白 体内浓黏液堆积阻塞肺部通道 甚至发炎死亡 为了治疗此病 目前正在发展新方法 将正常基因加入雾状喷剂中 病人可借着吸入喷剂 使基因进入肺细胞产生蛋白 达到治疗目的 不久的将来 基因工程技术仍只限于转殖少数的基因 如此培育出来的生物仍将是我们熟悉的生物 但是有很多疾病及生物特征是由多数基因决定的 而且基因常常不是独立行使功能 它们会受环境的影响 譬如一组基因会造成某人罹患气喘 但症状受生活的环境影响很大 一个人罹患糖尿病的机率 也与环境因子 饮食条件 息息相关 一个天才钢琴家的音乐天赋包括听力及灵敏的双手巧妙地配合 这跟他的遗传基因 童年音乐的启发 生活环境等都有关连 所以我们在还未了解基因与环境因子的互动关系前 还不能奢望创造出具有超高智商的人 或是利用基因筛检法筛选出具有特殊天赋的孩子 21世纪是基因工程技术蓬勃发展的时代 基因工程的兴起是生物革命的必然结果 尽管基因工程的隐忧及争论众说纷纭 但其给人带来的好处是显而易见的 希望随着生物界的不断发展 使基因工程的安全性得到保证 让人们在生活的各个方面都能感受基因工程给人类带来的利益 结语 感悟生命中的一颗璀璨之星 生物与基因工程当我们呱呱坠地 睁开那朦胧的双眼时 我们即被赋予了一种特殊的本能 感悟生命 这种本能不是漫无边际的遐想 也不是斑驳参差的墙皮 成为曾经 而我们就是这种本能的驾驶者 用我们善于观察而充满灿烂阳光的双眼来挖掘黯然隐藏在生命中的各种气息 用我们如丝丝缕缕的感触编织出我们生命中如获得辉煌成就 生命是行多种的 但生命中必不可缺少的那就是生物 生物是一个大的空间 也是一种形体 他们行行色色的身体里丰盈的充满了神奇的个体 细胞 细胞具有很小的体态 但蕴藏生物的种种奥秘 这些奥秘就取决于 DNA DNA是生物工程的基础 只因提取两种细胞中的细胞核与去核细胞质 进行培养使两种细胞形成一种细胞 再植入母体 产生中的新一代的生物 这种技术就是生命中的一颗璀璨之星 生物与基因工程 主要核心技术就是克隆技术 通过这种技术 我们可以改良生命的品种 繁殖濒临的物种 极大可能的为那些生物留下兴兴军的未来 同学们 我们应该明白 我们自己都是一个生物体 对自己的了解仅限于肤浅的认识 所以 在我们对生物基因工程的热情下 共同来感悟这颗新生之星的魅力 探索出从远古时代就焕发的召唤 构造我们光辉灿烂的明天 指导老师 课题组长 技术制作 课题组员