基因编辑技术在细胞生物学的应用实例

到底该不该对人类胚胎进行基因编辑近日广州医科大学范勇团队发表论文，宣布他们用基因编辑技术制造出一个能对艾滋病毒免疫的人类胚胎。艾滋病毒要人体内存活、繁衍，需要跟人体免疫细胞表面上的一种蛋白质结合，进入免疫细胞。有极少数人这个蛋白质的基因发生了突变，艾滋病毒没法进入免疫细胞，这些人天生就对艾滋病毒免疫。范勇团队用一种称为CRISPR/Cas9的基因编辑技术对人类胚胎细胞里头的基因组进行改造，人为让该蛋白质基因发生突变，理论上这样产生的胚胎细胞将会对艾滋病毒具有免疫力。这是史上第二例用这种基因编辑技术改造人类胚胎细胞。第一例也是中国科学家完成的。那是在去年，中山大学生物学副教授黄军就团队用该技术修改了人类胚胎细胞中与β型地中海贫血症有关的基因。发表这两篇论文的学术期刊都没有什么影响力，然而它们都在国际上引起了广泛的关注，称得上是一年来中国生物医学领域在国际上最著名的成果，比国内那些动不动就号称有望获得诺贝尔奖的成果著名多了。然而它们之所以著名，并非因为它们有多高的学术价值。它们的意义只是证明了CRISPR/Cas9这种基因编辑技术可以用来改造人类胚胎细胞。但是这是我们预料中的。这种基因编辑技术是近年来生物医学研究的一大热门，此前已被其他实验室用于修改其他动物细胞的基因，包括猴子胚胎细胞的基因，人类胚胎细胞的基因也能被改造一点也不意外。它们之所以引起关注，就在于竟然“敢于”也改造人类胚胎细胞的基因，这在国外、特别是在西方国家，是一个很有争议的、甚至可以说是禁忌的课题。在黄军就团队的论文发表后，国际上甚至还专门开了一次会议，讨论基因编辑技术涉及的伦理问题，要求暂停用它来改造人类胚胎，禁止用于辅助生殖。

基因工程在20世纪取得了很大的进展，这至少有两个有力的证明。一是转基因动植物，一是克隆技术。转基因动植物由于植入了新的基因，使得动植物具有了原先没有的全新的性状，这引起了一场农业革命。如今，转基因技术已经开始广泛应用，如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等。1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生。这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物，它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因。“克隆”一时间成为人们注目的焦点。尽管有着伦理和社会方面的忧虑，但生物技术的巨大进步使人类对未来的想象有了更广阔的空间。运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。 转基因鱼 生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼（中国）。 转基因牛 乳汁中含有人生长激素的转基因牛（阿根廷）。 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基因的番茄 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯 不会引起过敏的转基因大豆 超级动物 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 特殊动物 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠基因工程药品的生产： 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。 ⑴基因工程胰岛素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%! ⑵基因工程干扰素 干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。 基因工程人干扰素α-2b（安达芬） 是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。 ⑶其它基因工程药物 人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。 基因诊断与基因治疗： 运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。 ◆SCID的基因工程治疗 重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称ADA）的基因（ada）发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。破解生物的遗传密码，在很多领域都有深远的应用价值。利用生物的DNA及基因信息，不仅可以打击犯罪、维护社会正义，而且还可以梳理不同生物间的关系。基因信息还可充当“过去时代的信使”，帮助古人类学家寻根问祖，探索人类的源头。 亲子鉴定 1999年3月12日，在北京打工的曾凡彬被人出屋后，几名犯罪分子持刀闯入曾家抢走其子曾超。后经公安人员侦察，终将被卖到外地的曾超解救回京，孩子被解救回来后，体貌特征已经发生了很大变化。打拐办民警带曾超到北京市公安局法医中心DNA实验室抽取血术进行DNA检测，在全国丢失儿童父母DNA数据库中上网比对，确认了曾超民曾凡彬夫妇DNA特征完全吻合，曾超终于回到父母身边。 皇室之谜 法国国王路易十六的儿子路易·夏尔究竟是在1795年死于巴黎一座监狱，还是逃过了法国大革命的追捕一直是一个谜，有人怀疑路易·夏尔的坟墓里躺的只是个替死鬼。1999年12月，科学家对墓地中不能确定的少年君主进行鉴定，并将其DNA结构与健在和已故的皇室成员的DNA样品进行了对比，结果证明死者就是路易·夏尔，并分析出死因是结核病。 真假公主 十月革命后，苏联官方宣布沙皇一家于1918年7月19日被枪决。但一些历史学家怀疑沙皇幼女安娜丝塔西娅公主可能逃过一死。从此，不断有人声称自己就是安娜丝塔西娅公主，特别是其中一位移居美国的妇女甚至取得了沙皇亲属的信任。科学家最终又求助于DNA分析法，他们找到了沙皇本人理发留下的头发提取了DNA ，同时找到那名妇女留下的组织片段，对比后发现这名妇女是个“冒牌货”。 调查走私 2000年5月，德国警察在一家工厂发现560万支走私香烟，但除了发现现场还有一些空酒瓶和烟蒂之外，没有任何走私者线索。但是不久后，警察在这家工厂附近抓获了3名形迹可疑的人，这3人不承认是走私者。但警方对犯罪现场酒瓶和烟蒂上唾液DNA检测表明，那些东西就是这3人留下的，这3人不得不承认了自己的罪行。 鉴别文物 新西兰艺术品商人托尼·马丁为证明其获得的法国19世纪印象派画家高更的一些作品是真品四处奔走，其中一个发现使马丁兴奋不已。他发现这些作品中有一副油画上粘着4根毛发，这些毛发很可能就是高更本人的，由此马丁决定将这些毛发与高更的曾孙女玛利亚的头发进行DNA测试，以验证他的观点，结果测试证明了他的猜想。 探索起源 中国医学科学院医学生物学所所长、课题主持人褚嘉佑等人利用微卫星探针系统研究了遍及中国的28个群体以及五大洲民族群体间的遗传关系后发现：现代亚洲人基因遗传物质的原始成分与非洲人类相同。基因分析表明：非洲人进入中国大陆后，可能是由于长江天堑阻断，只有少数人到了北方，因此北方人之间的差异较南方人小得多。对此持不同看法的科学家认为：基因检测推断人类起源只是看问题的一个角度，它只能提供间接的证据，仍然属于推测。

1．与医药卫生 （1）生产基因工程药品 ①优点：高质量、低成本 ②举例：胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等60多种 （2）基因诊断 ①含义：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。 ②举例：用DNA探针检测出肝炎患者的病毒，为诊断提供了一种快速简便方法。 ③成果：已能够检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等多种病毒；在诊断遗传病方面发展尤为迅速；在肿瘤诊断中的应用取得重要成果。 （3）基因治疗 ①含义：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。 ②举例：半乳糖血症（病因、研究成果） ③发展前景：许多遗传病及疑难病症将被人类征服。 2．与农牧业、食品工业 （1）农业：培育高产、优质或具特殊用途的动植物新品种。 （2）畜牧养殖业：培育体型巨大（如超级小鼠、超级绵羊、超级鱼等）、品质优良（如具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等）的转基因动物；利用外源基因在哺乳动物体内的表达获得人类所需要的各种物质，如激素、抗体及酶类等。 （3）食品工业：为人类开辟新的食物来源。 3．与环境保护 （1）用于环境监测：用DNA探针可检测饮水中病毒的含量 ①方法：使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。 ②特点：快速、灵敏 （2）用于被污染环境的净化：分解石油的“超级细菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌；能够净化镉污染的植物；构建新的杀虫剂；回收、利用工业废物等。

基因编辑技术，可用于编辑动植物甚至病毒的基因。通过改变基因让其改变性状，对人来说当然是有益的，但目前这个技术并不完善。如果人类真的掌握了基因编辑技术，就相当于掌握了任何物种的生物源代码，可以随意改变其性状向人类有益的地方发展。 那样的话真是太疯狂了。