基因枪技术的进展与应用

“基因过表达”的原理步骤和应用是什么？~

基因过表达的基本原理是通过人工构建的方式在目的基因上游加入调控元件，使基因可以在人为控制的条件下实现大量转录和翻译，从而实现基因产物的过表达。
基因过表达的步骤是：
1，构建克隆。将目的基因连接在特定的载体上，载体种类依据表达系统差异而不同。在载体上一般含有增强基因转录的promoter，不同系统中采用的promoter完全不同
2，将克隆导入表达细胞中。在大肠杆菌，酵母和哺乳动物细胞中，构建的外源质粒直接导入细胞即可，这个过程称为转化或转染。对于昆虫表达系统，构建的质粒还需要先转座成为杆状病毒基因组才能用于转染。
基因过表达的应用：大肠杆菌表达系统，酵母表达系统，昆虫表达系统，哺乳动物细胞表达系统和体外翻译系统（无细胞体系）。

扩展资料：基因过表达在医疗方面得应用：
科学家将不仅能发现有缺陷的基因，而且还能掌握如何进行对基 因诊断、修复、治疗和预防，这是生物技术发展的前沿。这项成果将给人类的健康和生活带来不可估量的利益。
所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法，将正常的基因转如病患者的细胞中，以取代病变基因，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或降低异常表达的基因等途 径，达到治疗某些遗传病的目的。

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效杀灭的话，那每年就可以节省几十亿了。科学是一把双刃剑，基因工程也不例外。我们要发挥基因工程中能造福人类的部分，抑止它的害处。 随着人类对基因研究的不断深入，发现许多疾病是由于基因结构与功能发生改变所引起的。科学家将不仅能发现有缺陷的基因，而且还能掌握如何进行对基因诊断、修复、治疗和预防，这是生物技术发展的前沿。这项成果将给人类的健康和生活带来不可估量的利益。所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法，将正常的基因转入病患者的细胞中，以取代病变基因，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或降低异常表达的基因等途径，达到治疗某些遗传病的目的。已发现的遗传病有6500多种，其中由单基因缺陷引起的就有约3000多种。因此，遗传病是基因治疗的主要对象。 第一例基因治疗是美国在1990年进行的。当时，两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症。科学家对她们进行了基因治疗并取得了成功。这一开创性的工作标志着基因治疗已经从实验研究过渡到临床实验。1991年，我国首例B型血友病的基因治疗临床实验也获得了成功。基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗。其方法是将特定的DNA用改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着人们未来可能利用基因枪传送药物到人体内的特定部位，以取代传统的接种疫苗，并用基因枪技术来治疗遗传病。科学家们正在研究的是胎儿基因疗法。如果实验疗效得到进一步确证的话，就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传病，以防止出生患遗传病症的新生儿，从而从根本上提高后代的健康水平。 基因工程药物，是重组DNA的表达产物。广义的说，凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的，都可以成为基因工程药物。在这方面的研究具有十分诱人的前景。基因工程药物研究的开发重点是从蛋白质类药物，如胰岛素、人生长激素、促红细胞生成素等的分子蛋白质，转移到寻找较小分子蛋白质药物。这是因为蛋白质的分子一般都比较大，不容易穿过细胞膜，因而影响其药理作用的发挥，而小分子药物在这方面就具有明显的优越性。另一方面对疾病的治疗思路也开阔了，从单纯的用药发展到用基因工程技术或基因本身作为治疗手段。还有一个需要引起大家注意的问题，就是许多过去被征服的传染病，由于细菌产生了耐药性，又卷土重来。其中最值得引起注意的是结核病。据世界卫生组织报道，现已出现全球肺结核病危机。本来即将被消灭的结核病又死灰复燃，而且出现了多种耐药结核病。据统计，全世界现有17.22亿人感染了结核病菌，每年有900万新结核病人，约300万人死于结核病，相当于每10秒钟就有一人死于结核病。科学家还指出，在今后的一段时间里，会有数以百计的感染细菌性疾病的人将无药可治，同时病毒性疾病日益曾多，防不胜防。不过与此同时，科学家们也探索了对付的办法，他们在人体、昆虫和植物种子中找到一些小分子的抗微生物多肽，它们的分子量小于4000，仅有30多个氨基酸，具有强烈的广普杀伤病原微生物的活力，对细菌、病菌、真菌等病原微生物能产生较强的杀伤作用，有可能成为新一代的“超级抗生素”。除了用它来开发新的抗生素外，这类小分子多肽还可以在农业上用于培育抗病作物的新品种。 科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展，一场新的绿色革命近在眼前。这场新的绿色革命的一个显著特点就是生物技术、农业、食品和医药行业将融合到一起。本世纪五、六十年代，由于杂交品种推广、化肥使用量增加以及灌溉面积的扩大，农作物产量成倍提高，这就是大家所说的“绿色革命”。但一些研究人员认为，这些方法已很难再使农作物产量有进一步的大幅度提高。基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物。例如，基因技术可以使农作物自己释放出杀虫剂，可以使农作物种植在旱地或盐碱地上，或者生产出营养更丰富的食品。科学家们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食品的农作物。 基因技术也使开发农作物新品种的时间大为缩短。利用传统的育种方法，需要七、八年时间才能培育出一个新的植物品种，基因工程技术使研究人员可以将任何一种基因注入到一种植物中，从而培育出一种全新的农作物品种，时间则缩短一半。虽然第一批基因工程农作物品种才开始上市，但美国种植的玉米、大豆和棉花中的一半将使用利用基因工程培育的种子。据估计，今后5年内，美国基因工程农产品和食品的市场规模将从的40亿美元扩大到200亿美元，20年后达到750亿美元。有的专家预计，“到下世纪初，很可能美国的每一种食品中都含有一点基因工程的成分。”尽管还有不少人、特别是欧洲国家消费者对转基因农产品心存疑虑，但是专家们指出，利用基因工程改良农作物已势在必行。这首先是由于全球人口的压力不断增加。专家们估计，今后40年内，全球的人口将比增加一半，为此，粮食产量需增加75%。另外，人口的老龄化对医疗系统的压力不断增加，开发可以增强人体健康的食品十分必要。加快农作物新品种的培育也是第三世界发展中国家发展生物技术的一个共同目标，我国的农业生物技术的研究与应用已经广泛开展，并已取得显著效益。 分子进化工程是继蛋白质工程之后的第三代基因工程。它通过在试管里对以核酸为主的多分子体系施以选择的压力，模拟自然中生物进化历程，以达到创造新基因、新蛋白质的目的。这需要三个步骤，即扩增、突变和选择。扩增是使所提取的遗传信息DNA片段分子获得大量的拷贝；突变是在基因水平上施加压力，使DNA片段上的碱基发生变异，这种变异为选择和进化提供原料；选择是在表型水平上通过适者生存，不适者淘汰的方式固定变异。这三个过程紧密相连缺一不可。科学家已应用此方法，通过试管里的定向进化，获得了能抑制凝血酶活性的DNA分子，这类DNA具有抗凝血作用，它有可能代替溶解血栓的蛋白质药物，来治疗心肌梗塞、脑血栓等疾病。

基因枪的历史可以追溯到1987年。

第一代基因枪是台式基因枪，其中火药型台式基因枪是基因枪中最原始的类型。最早的基因枪是由美国康奈尔大学Sanford于1987年与该校工程技术专家Wolf及Kallen合作研究出的一种基因转移的新方法。该方法一经发明便在学界崭露头角，Klein等人于1987年最早应用基因枪进行洋葱表皮细胞的转化，并获得了成功。

基因枪自1987年诞生以来得到迅速发展。美国康乃尔大学自1988年先后申报了三个关于基因枪技术的专利（EP 0331 855A2，1988：US Patent Number 4，945，050 July 31，1990：US Patent Number 5，036，006 July 30，1991）。1987-1990年间，高压放电、压缩气体驱动等各种基因枪相继出现，并都在重复的实践中得到改进和发展。McCabe于1988年将目的基因包于钨粉上，电轰击大豆茎尖分生组织，结果约有2%的组织通过器官发生途径获得再生植株，在子代中检测到了外源基因。1989年气动式基因枪转化烟草等植物获得成功，并且得到了瞬时表达。大麦的转基因技术比起其他植物相对发展速度较慢，直到1989年，Kartha等人用大麦的细胞和组织进行培养，成功检测到报告基因的瞬时表达。

1990年，美国杜邦公司(DuPont Company)推出首款商品基因枪PDS-1000系统。该仪器是一种“biolistic”台式基因枪,有关的工艺技术是从一个小型的Biolistics公司(负责人来自康乃尔大学)购买的。据康乃尔研究基金会副主席和大学专利及技术市场的负责人W.Haeussler说,向杜邦公司转让的这个技术是当时康乃尔发明的一次最大交易,将总数228万美元的专利税和研究支持费一次性付给康乃尔大学。当时由伯乐公司(Bio-Rad Laboratories, Inc.)与杜邦签署的的代工与分销商协议。随后，伯乐公司1992年推出了PDS-1000/He枪。国内中国科学院生物物理所和清华大学也分别于1989年和1991年推出了新的枪种并申请了专利（中国专利89109334和91207467）。与现在新型手持型基因枪不同，台式基因枪体积偏大，实验场所受限，不能灵活应用于田间地头。高压气体需要抽真空，压缩机工作时噪音较大，而且过高气压推动微粒子轰击使得台式基因枪仅限于细胞转殖而不能用于活体转殖。第一代基因枪的每枪轰击成本也很高，金粉与控制气压用的Rapture disk均造价不菲。

第二代基因枪出现于1996年，伯乐公司推出了Helios手持式基因枪。这是历史上最早出现的手持式基因枪。该系统通过可调节的氦气脉冲，来带动位于小塑料管内壁处预包有DNA、RNA 或其它生物材料的金粉颗粒，将其直接打入细胞内部。与第一代台式基因枪相比，Helios手持式基因枪摒弃了抽真空压缩机，牺牲了一些气体压力，从而使活体动物转殖成为可能，可以对活体动物的肌肉、皮肤直接进行转殖。因其体积小巧，方便实验人员随身携带，大大地拓宽了基因枪的应用范围。在随后的10年里，Helios手持式基因枪被广泛应用于由原生质体再生植株较为困难和农杆菌感染不敏感的单子叶植物的基因转殖。在基因枪以前，外源DNA进入细胞质后很难穿过双层膜的细胞器。用基因枪技术转化这类细胞器，转化频率高，重复性好，是目前该领域研究中最常用和最有效的DNA导入技术。相比较第一代台式基因枪而言，手持式基因枪由于气体压力较小（仅有100-600 psi），而不能穿透成熟叶片的细胞壁，一定程度上影响了其在植物中转基因的应用范围，不过与台式基因枪互补，Helios很好地延伸了基因枪的应用领域。

同样是利用高压气体传送基因，制作技术的改良使得基因枪从细胞转殖到活体转殖，从台式到手持，一步一步将基因枪的应用范围扩大。首先意识到并积极尝试利用基因枪的生命科学工作者在转基因工作中的科研水平得到了极大提高，转基因工作者的想象力也因此得到了解放。蒸蒸日上的基因枪技术被学界寄予厚望，视为转基因领域的明日之星。不过慢慢地人们发现，活体动物的脏器相比于皮肤、肌肉要脆弱得多，如小鼠活体的肝和脾最多只能承受40psi的压力，在100psi的高压气体冲击下器官会被严重破坏而导致实验失败。而过低的气体压力并不能令基因微载体具有足够的动量打入细胞内部。气体压力与粒子传递速度的矛盾成了基因枪发展的瓶颈，这个问题在之后的10年一直困扰着各大生命科学仪器厂商的研发团队。

直到2009年，Wealtec公司推出GDS-80低压基因传递系统（又称：GDS-80基因枪）（US Patent Number 6,436,709 B1），引领了第三代基因枪技术发展方向。GDS-80手持式基因枪巧妙地从流体动力学与航空动力学入手，使用氦气或氮气于低压状态加速生物分子至极高的速度，完成基因传送，从一个全新的角度解决了气压与粒子速度的矛盾。第三代基因枪的超低压（10-80 psi）推动，不仅没有牺牲反而大大增加了微粒子的传输动量，因此不仅使基因枪能够成功应用于仅在低压状态下才能完成的动物活体器官层面转殖；而且相比较于第二代手持式基因枪，GDS-80射出的携基因微粒子因为其本身的高动量，居然能够像台式基因枪发射出的粒子一样穿透植物细胞壁穿入植物细胞完成转殖，而在此之前，完成这一工作的第一代台式基因枪需要至少1000-2000psi的高压气体。在动物细胞，尤其是活体动物转殖实验中，本身具备高动量的生物粒子毋需借由微粒子载体(如金粒子)的携附方式转移至目标体中，这在避免了靶细胞内异物残留问题的同时，大大降低了实验成本。第三代基因枪的低压传导，使得细胞损害与枪体轰击的噪音都大大减少，并有效地在动物实验中降低了由金粉微载体带来的昂贵开销。GDS-80基因枪“子弹”的制备也从干式转为湿式，节省了烘干的时间，简化了流程。

国家食品药品监督管理局关于基因枪等产品分类界定的通知

（国食药监械[2006]31号）

各省、自治区、直辖市食品药品监督管理局（药品监督管理局）：
为适应各地对医疗器械监督管理工作的需要，现将基因枪等产品的分类界定通知如下：
一、基因枪：以氦气为动力，以干电池为起动电源，把DNA微弹或颗粒药物直接发射到人体或动物的细胞、组织或器官。作为Ⅲ类医疗器械管理。
二、排龈止血剂：主要成分为硫酸铁。用于和排龈线一起使用进行排龈止血，也可以直接使用对止血部位进行摩擦进行止血。作为Ⅲ类医疗器械管理。
三、Intercept血小板光化学处理（PCT）系统：处理和储存血小板的体外光化处理系统。通过灭活血小板中的病原体和白细胞，从而降低在输注血小板制品时因病原体和白细胞污染而造成的相关风险。作为Ⅲ类医疗器械管理。
四、眼睛冲洗器：由冲洗瓶（罐）、喷嘴、保护盖和生理性海水组成。生理性海水主要成分为海水提取液，经纯净水稀释后制成。用于清洁、清除眼内污物。作为Ⅲ类医疗器械管理。
五、液体敷料：主要成分为脂肪酸酯和少量茴香。喷涂在溃疡压力性Ⅰ期红斑期、Ⅱ期未破损的水疱期皮肤或风险区域皮肤表面，限制表皮水份的流失，防止皮肤干燥等。起到物理覆盖、隔离保护受伤皮肤。作为Ⅲ类医疗器械管理。
六、同步交变治疗机：用于使人体内磁性变异细胞聚合的多极细胞聚合体（肿瘤）离散，并逐步还原成正常细胞的磁性排列，从而治疗肿瘤等疾病。作为Ⅲ类医疗器械管理。
七、腕式防打鼾器：配带于手腕上，通过输出弱电脉冲刺激使用者手腕，促使使用者改变睡姿，减轻打鼾症状。作为Ⅱ类医疗器械管理。
八、背部护理系统：利用自身重力作为牵引力，缓解关节和关节盘的压力。用于帮助预防和减轻背、颈、肩、膝部以及关节的疼痛。作为Ⅱ类医疗器械管理。
九、自动眼操仪：通过1.5v直流电驱动微型电机与偏心轮组成的振动器振动按摩触点，对眼部相应穴位进行自动按摩，预防近视的发生与发展。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十、水凝胶乳垫（不含药）：提供益于伤口愈合的最佳湿润环境，防止细菌污染和伤口脱水，吸收排脓，并提供清凉的解痛覆盖层。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十一、视频眼震观察系统：将摄像头安装在眼镜支架上，通过监视器观察眼睛。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十二、封闭式血液冷藏周转箱：由箱体、冷却匣、手推车、塑料锁扣等可选配件组成。在带绝缘隔热体的周转箱中用铝制冷却匣对血液进行冷却。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十三、开放式血液冷藏周转箱：由冷藏板、篮筐、平板车组成。在密封血袋外部利用铝制冷藏板对血液进行冷却。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十四、传染病防护罩：将传染病病人放置在罩内进行搬运、运输和观察。罩内由吹风设备产生负压状态，确保罩内病原体不会扩散到罩外。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十五、体外矫形器：应用于人体的脊柱和四肢等部分，预防及矫正畸形，固定骨折。体外矫形。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十六、医用防护鞋：供医疗机构医务人员在特殊场所（如手术室、重症监护室等）使用，防止血液、污水污染或锋利器械损伤。作为Ⅱ类医疗器械管理。
十七、防褥疮翻身垫：用于术后或卧床不能自理的病人，定时翻身，防止褥疮的产生。作为Ⅰ类医疗器械管理。
十八、眼科用棉签：用于眼科治疗时擦除渗出的液体，无止血和护创功能。作为Ⅰ类医疗器械管理。
十九、产品连接电缆：将电刀负极板与高频电刀发生器相连接。不作为医疗器械管理。
二十、全自动加样器：用于全自动化样本、试剂的稀释、分配、混匀及相关数据的文档自动化管理等操作。不作为医疗器械管理。
二十一、SCS清洗液：用于BN*Ⅱ系统，BN Prospec系统和BCS系统的清洗溶液。不作为医疗器械管理。
二十二、多关节等速力量测试与训练系统：用于康复运动训练，使人体肌肉在任意一点产生最大力量。产品主要由中央控制系统、多关节运动模块、下肢运动模块和职业康复模拟运动模块及背部屈伸运动模块等组成。不作为医疗器械管理。
二十三、热循环仪：用于科学研究中的DNA片断扩增。不用于临床诊断。不作为医疗器械管理。
二十四、润滑油：用于牙科手机芯轴的润滑。不符合医疗器械定义，不作为医疗器械管理。
二十五、健脊塑身仪：通过肌肉锻炼，增强心肺功能，促进血液循环，强化背脊部位的深层肌肉力量。塑身美体，改善坐、立、行走的姿态。不作为医疗器械管理。
二十六、试管加热器：用于临床上采集卵泡前对试管进行预热。不作为医疗器械管理。
二十七、内窥镜托架：在操作时临时放置内窥镜的托架。不作为医疗器械管理。
二十八、注射泵/输液泵支架:为已安装的注射泵和输液泵供电。通过内部的红外线接口，在已安装的输液泵或注射泵之间进行信息传送。不作为医疗器械管理。
二十九、空气采样仪及配套琼脂条：用于测量空气中传播的细菌、微生物的浓度。不作为医疗器械管理。
三十、风速仪：用于测量通过空气采样仪的空气流速度。不作为医疗器械管理。
三十一、骨髓、脐带血有核细胞体外分离试剂盒：不接触人体，用于体外提取有核细胞。有核细胞是细胞治疗的基础。不作为医疗器械管理。
三十二、显微镜恒温台：为生物显微镜观察提供恒定温度。不作为医疗器械管理。
上述凡界定为医疗器械的产品，从2006年12月1日起执行调整后的类别。从发文之日起，有关食品药品监督管理部门可受理该类产品的注册申请。
国家食品药品监督管理局
二○○六年一月二十七日

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永顺县17780935420： 基因工程都有那些应用呢? ？
直帘克欣： 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...

永顺县17780935420： 植物转基因工程的基本过程是怎样的? - ？
直帘克欣：[答案] 您这题目太大了. 几种常用的植物转基因方法 BIOX.CN 2005-5-19 16:54:41 来源:生命经纬 遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养再生植株可分成两大类,第一类据要通过组织培养再生植株,常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法;另一类...

永顺县17780935420： 现在的科技进展到什么程度了? - ？
直帘克欣： 一: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...

永顺县17780935420： 有关转基因技术的资料 - ？
直帘克欣： 转基因技术就是将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中,从而达到改造生物的目的.常用的方法包括显微注射、基因枪、电破法、脂质体等.转基因最初用于研究基因的功能,即把外源基因导入受体生物体基因组内(一般为模...

永顺县17780935420： 基因工程是什么?具体些 - ？
直帘克欣： 基因工程是人类根据一定的目的和设计,对DNA分子进行体外加工操作,再引入受体生物,以改变后者的某些遗传性状,从而培育生物新类型或治疗遗传疾病的一种现代的、崭新的、分子水平的生物工程技术 基因工程都有那些应用呢? 一:在...

永顺县17780935420： 转基因是一种什么样的技术? - ？
直帘克欣： 运用科学手段从某种生物中提取所需要的基因,将其转入另一种生物中,使与另一种生物的基因进行重组,从而产生特定的具有优良遗传形状的物质.利用转基因技术可以改变动植物性状,培育新品种.也可以利用其他生物体培育出人类所需要...

永顺县17780935420： 有关基因工程？
直帘克欣： 运载体要具有多个限制酶切点,而且能进入宿主细胞的. 灭活病毒之所以能充当运载体,就是因为病毒能够进入宿主细胞..只是灭活了,对宿主细胞不能造成伤害. 植物的农杆菌转换法也是这样的,他能吧自己的DNA整合到宿主细胞中!

永顺县17780935420： 基因枪在做植物组织转基因时必须使用农杆菌载体吗 - ？
直帘克欣： 几种常用的植物转基因方法 遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养再生植株可分成两大类,第一类据要通过组织培养再生植株,常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法;另一类不需要通过组织培养,目前比较成熟的主要有花粉管通道法...

永顺县17780935420： 简述植物细胞工程的主要应用领域和今后的发展趋势 - ？
直帘克欣： 所谓细胞工程,是指以细胞为基本单位进行培养、增殖或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性,从而创造新的生物和物种,以获得具有经济价值的生物产品.它主要由两部分构成,其一是上游工程,包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保...

永顺县17780935420： dna转化有哪些方式?合有何优点 - ？
直帘克欣： DNA转化的范围较广,但以植物细胞中的转化为主,现将其方式及优点阐述如下: 1、农杆菌介导基因转化:转化原理:农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌,它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位,并诱...