浅析生物技术在基因工程和细胞工程领域的发展和应用

王文俊

（中国农业大学烟台研究院 山东，烟台264670）

1 前言

随着当今社会经济的不断发展，越来越多的问题不断地得到重视，例如粮食短缺、环境污染、食品健康问题以及疾病防治等等。面对如此多而又复杂的问题，人们正在不断地寻求解决方法，生物技术就是其中最有效的办法之一。

2 生物技术的相关概念

生物技术(biotechnology)是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，改良生物的特性，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需产品或达到某种目的的技术方式[1]。其中以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术发展迅猛，并逐渐影响着人们的生活方式。本文主要对基因工程和细胞工程两大方面进行论述。

3 基因工程

3.1 基因工程的概念

基因工程就是在基因水平上，在体外通过人工剪接和拼接的方法，对生物的基因进行改造和重新组合，目的就是为了获得人类所需要的基因产物，主要过程包括基因的分离、体外基因重组以及在受体细胞内的复制与表达。

3.2 基因工程的发展

现如今，基因工程已成为一个国家科技水平的代表，由于其在人类疾病中具有杰出的诊断、治疗作用以及在农业生产和环境保护中的杰出贡献，现已成为各个国家互相争夺的制高点。《时代周刊》曾指出，到2020年生物经济时代将成为人类继信息时代结束后迈入的下一革命性产业经济时代[2]。

但是，任何事物都有两面性。就比如人们对于转基因食物安全问题的担心，到目前为止并没有一个确凿的证据来证明转基因食品无毒无害。现在国际社会对这些都还没有一个统一的定论，还没有一个合适的标准来规范基因技术的发展。所以，在安全性方面，基因工程还有很长的路要走。

3.3 基因工程的应用

3.3.1 基因工程在医药领域的应用 自从1982年第一个重组人工胰岛素正式投入市场以来，基因工程药物就在快速发展，应用前景十分广阔。最为大家所熟知的“干扰素”就是一类利用植物基因工程研制的多功能细胞因子，在临床上以用于治疗白血病、乙肝、丙肝等多种疾病[3]。人们还利用基因工程技术克服了大规模生产食源性ACEI（一种抗高血压肽）的局限性[4]。

3.3.2 基因工程在农业生产方面的应用 农业领域是转基因技术应用最广泛的领域之一，目的就是为了提升农产品在单位土地内的产量，增强农作物的抗病性、抗逆性以及抗病虫害性，现已取得了举世瞩目的成就。世界上第一个转基因抗虫棉是由美国孟山都公司研究开发的[5]。在1991年我国科学家也成功地将苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫晶体蛋白基因导入棉花，获得了高抗棉铃虫的抗虫棉，成为世界上第二个成功研究出抗虫棉的国家。新疆石河子大学生物工程部运用花粉管通道法将芦苇和细菌的耐盐碱基因导小麦，育成抗盐碱转基因小麦新品种，耐盐碱能力明显增强。

4 细胞工程

4.1 细胞工程的概念

细胞工程是指按照人们的需要和设计，将一种细胞中携带全套遗传信息的基因或染色体导入另一种细胞，从而改变细胞的遗传性。主要包括细胞融合、细胞重组、染色体工程、细胞器移植、原生质体诱变及细胞和组织培养技术。

4.2 细胞工程的发展

4.2.1 植物细胞工程的发展1902年，德国科学家哈勃兰特首次提出了细胞全能性的概念。1937年美国科学家怀特用烟草茎段形成层成功在试管中培育出完整植株。1965年，沃索等成功用单细胞在培养基上培育出再生植株。20世纪70年代，植物细胞工程正式诞生。

4.2.2 动物细胞工程的发展1907年美国科学家哈里森用一滴淋巴液成功培养蛙胚神经组织数周，并观察到细胞的生长，从此开始了动物细胞工程的发展。1952年，布里格斯把非洲豹蛙囊胚的细胞核移到去核的卵母细胞中，得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代。后来，英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒用产生抗体的单个细胞和肿瘤细胞杂家，发明了单克隆抗体技术。1997年，克隆羊“多莉”正式诞生，之后克隆鼠、克隆猪也相继诞生。

根据近几年细胞工程领域的发展，可以预见其在未来必将带来巨大的经济效益。但是，现在仍有许多的问题，如安全问题、伦理问题等，其中伦理问题是限制细胞工程发展的主要因素[6]。目前，国际上争议最大的就是是否要禁止生殖性克隆，有人认为这违反人类繁衍的自然法则；还有人认为如果不加禁止生殖性克隆，人类必将毁灭。我国政府对此采取“反对生殖性克隆，支持治疗性克隆”的政策。

4.3 细胞工程的应用

4.3.1 粮食与蔬菜生产 细胞工程领域在农业生产育种中应用最广，在使用花药离体培养和单倍体育种方面，我国已走在了世界的前列。由朱自清等研制的N6培养基广泛应用于禾本科植物的花药和花粉的培养，已成为国内外花培的通用培养基[7]。南京大学周长芳运用细胞工程技术实现了莼菜高效稳定的组培体系，加快了莼菜优质种苗的生产。光自养繁殖技术是指在无糖培养基和人工控制的环境中，外植体利用光合作用进行自养繁殖，因为其具有污染小，成活率高等特点，非常适合工厂化生产。

4.3.2 临床医学与药物 自从1975年剑桥大学的科学家利用动物融合技术首次获得单克隆抗体以来，针对各种抗原的抗体已被用在了生命科学的各个领域，其中最主要的就是肿瘤的检测治疗以及导向药物的研究。如大量临床资料证实曲妥珠单克隆抗体用于乳腺癌的有效率为21%，而且它与化疗的联合应用,能显著延长乳腺癌患者的生存时间。而北京大学曹文亮等人针对此次新冠疫情就研发出一种抗新型冠状病毒的单克隆抗体，应用前景十分广阔[8]。

4.3.3 细胞治疗 我们所说的的细胞治疗是指利用体外培养的胚胎干细胞、造血干细胞、神经干细胞等直接用于细胞或组织的修复以及再生，其分泌的多种生长因子也可以直接参与组织的修复过程。顾晓松等人已发现骨髓间充质来源干细胞、皮肤表皮来源干细胞及脂肪来源干细胞的外泌体均可显著缓解帕金森小鼠的相关症状，这对治疗人类帕金森症有着指导意义。目前，科学家已经在设想运用MSC疗法来治疗新型冠状病毒引发的流感疫情。

5 对生物技术发展的展望

本文只对基因工程以及细胞工程进行了论述，其实其他两个方面的应用也十分广阔。进入新世纪以来，生物技术的不同方面都在快速发展，带来了巨大的经济效益，在未来更将出现各种各样的新技术、新应用。我们必须在安全、合理的基础上来研发应用生物技术，牢牢把握机遇，促进各个领域的共同发展。