1、精選優質文檔-傾情為你奉上轉基因動物及其在醫學中的應用轉基因動物是指通過加減特定的DNA片段而改變了基因構成和性狀的動物，也可以認為是指體內基因組中穩定地整合有外源基因的動物。該項技術始于80年代初，很快便成為研究動物基因表達特性及其功能的重要手段，在基因表達的調控機制等方面的基礎理論研究、家畜家禽的遺傳性狀改造、培育能為人類提供器官移植材料的家畜、培育人類疾病的模型動物、作為生物反應器主產工業和醫學所需要的珍貴生物活性蛋白等方面被廣泛應用。本文主要對其在人類醫學方面的應用現狀及前景作以論述。1 轉基因動物的制備技術用以培育轉基因動物的技術叫做轉基因技術或基因轉移。其總體過程是：首先從某種動物

2、分離目的基因或人工構建該目的基因，把該目的基因在體外進行重組和擴增，然后再把加工好的目的基因設法導入另一個同種或異種動物受精卵的原核內(或細胞質內)，使其穩定地整合到受體細胞的基因組中，最后使該受精卵發育成攜帶外源目的基因的個體，即產生了轉基因動物。目前常用的轉基因技術主要有：1)原核內顯微注射法 是將在體外構建的目的基因，在顯微操作儀下用極細的微吸管注射到處于原核時期的受精卵的原核中，讓這種外源基因通過某種方式整合到受體細胞的基因組中去，以實現轉基因的目的。2)轉染技術 主要以RNA病毒或DNA病毒為載體，在體外將目的基因或連同啟動子等序列一同重組到病毒的核酸載體上。再讓該病毒感染受精卵或胚

3、胎于細胞，利用載體病毒具有主動整合到受體細胞基因組中去的特性，讓其連同所攜帶的目的基因等也一同整合到受體細胞的基因組上去。90年代后又出現了兩種較新的方法，即基因剔除和基因楔入技術。3)細胞載體技術 主要使用胚胎干細胞(ES)作為操作對象。胚胎干細胞是從哺乳動物早期胚胎的內細胞團中分離得到的一種二倍體細胞，可在體外培養并保持全能分化的潛能，一旦回復到適當的環境條件下即可形成胚系集落。可以用轉基因技術將外源目的基因轉移到胚胎干細胞中，通過同源重組或轉換的方法使外源基因整合到胚胎干細胞的基因組中。而且，還可以根據由于外源基因的插入所產生的基因表達方面的改變，來對胚胎干細胞進行預篩選，從而大大提高轉

4、基因的成功率。被轉基因后的胚胎干細胞經鑒定后可被移植到正常發育的囊胚中，再將囊胚導入假孕的代理母親子宮內發育而產生出嵌合體動物，然后與正常的雄性動物交配即可獲得生殖系攜帶外源基因的純合轉基因動物。目前還有用快速分裂的哺乳動物乳腺肌上皮細胞或小鼠精子作為細胞載體。2 轉基因動物在醫學中的應用21 轉基因動物在生物制藥方面的應用 生物制藥的主要目標是比較經濟地生產能夠從容易獲取的流體(如培養發酵液、乳汁、尿或血液)中提取的貴重人用(或獸用)治療蛋白。而用轉基因動物進行生物制藥，盡管可以從動物的尿或血液中獲取藥用蛋白，但是，目前來看，最好的途徑是從大動物的乳汁中來獲取。不但乳汁的產量特別高，而且乳汁

5、中的蛋白含量也高(依動物不同約在3060g/L)，乳汁不進入體內循環，其中所表達的外源蛋白質不會影響到轉基因動物本身的生理代謝過程；另外，從乳汁中提純蛋白相對要比從其他液體中提純更為容易，而且在乳汁中所表達的蛋白已經過充分的修飾加工，具有穩定的生物活性。甚至有時還可直接應用乳汁作為治療所需的終產品。因此，人們將轉基因動物的乳腺稱為生物反應器。從乳汁生產來考慮，首選動物一般是牛、山羊、綿羊、豬和家兔。上述生物制藥工藝的第一步就是構建能在轉基因動物乳腺定位表達所需蛋白質的DNA構建物。此構建物通常含有為目的蛋白編碼的序列和一個乳汁蛋白特異性啟動子。有時還要在構建物上加上另外的調節因子，以促進轉基因

6、的高效表達或者不受整合位置影響地表達。目前已經發現至少有一種特異性蛋白啟動子山羊-酪蛋白啟動子可以啟動若干種以cDNA為基礎的構建物的高水平表達而不需要其他調節因子。有了這樣的啟動子，則直接連接上結構基因就可以了，不再需要另外的調節因子。工藝的第二步是把基因構建物導入所選擇動物的受精卵中，然后使其在代養母體內發育出生(當然有時也可通過細胞載體方法生產出轉基因動物嵌合體)。在仔動物出生后，檢測其基因組中是否組合有轉入的外源目的基因。牛、羊的后代整合率可達510。一旦鑒定轉基因成功，此動物就被稱為“祖先”動物，應細心把它飼養至性成熟，并把雌性祖先動物配種使其產乳。同時，用所獲得的雄性祖先動物與其他

7、動物雜交，以產生轉基因雌性后代并檢測其乳汁中是否有轉基因蛋白表達。轉基因在乳用動物中表達的最高值一般都類似或高于在預試驗小鼠乳汁中的表達值。在某些物種，現已有辦法來誘導轉基因于性成熟前或性成熟后馬上在乳汁中表達。這樣就可以使樣品的檢驗及下游的提純方法的研制提前進行。自乳汁中提純治療蛋白的基本原理與從細胞培養液中提純重組產品一樣。首先要除去乳中的酪蛋白分子團(假如酪蛋白不是所需蛋白)和脂肪球；然后，經過常規層析方法分離出適合人用的高純度(99.9)蛋白質。由轉基因動物乳汁中提取的蛋白質的藥物檢驗標準與其他基因工程蛋白的一樣，必須向有關部門提供諸如特性、純度、穩定性和安全性等關鍵指標。目前，已從轉

8、基因動物乳汁中生產出的治療蛋白主要有：在奶山羊乳汁中高效表達的抗凝血酶III和-1-蛋白酶抑制因子，在綿羊乳汁中表達的-1-抗胰蛋白酶、人凝血因子IX，在牛乳中表達的-乳白蛋白、乳鐵蛋白，在兔乳汁中表達的-葡萄糖苷酶等。這些蛋白在醫療上都有重要作用，如-1-抗胰蛋白酶可以治療北美洲常見的肺氣腫病，凝血因子IX是治療血友病的珍貴藥物。除了從轉基因動物的乳汁中可得到上述珍貴藥物外，目前還從轉基因小鼠或豬的血液中得到人類血紅蛋白、人免疫球蛋白重鏈等貴重產品。22 轉基因動物在人類遺傳病分析治療中的應用 部分醫學工作者認為，幾乎所有人類疾病(除外傷之外)都有一定的遺傳因素參與，在一定程度上都可看作是遺

9、傳病。這提示我們研究人類遺傳與疾病的關系是非常重要的。而我們的近代遺傳學知識幾乎都是從微生物或低等動物的實驗中得來的，而從人類遺傳病中得來的知識是相當少的。利用轉基因制造出各種遺傳病的動物模型，則給研究人類遺傳疾病帶來了極大的方便。由于小鼠與人類基因的同源性很高，故小鼠的許多遺傳病模型與人類相應的疾病具有可比性。而且現在實驗用的小鼠都有明確的遺傳背景、又易于飼養與繁殖，人們對小鼠有著成熟的遺傳操作技術，因而使轉基因小鼠被廣泛應用于醫學基礎理論的研究。目前，應用轉基因技術已成功地制備了與人類多種遺傳病相應的遺傳性改變了的轉基因小鼠模型。人們可以通過基因剔除技術完全排除其他基因的影響，以檢測一個確

10、定的遺傳改變所產生的效應，以確定致病基因的功能和致病機理，闡明其結構及其在染色體上的定位，并探究基因型與環境因素的關系。另外，用小鼠cDNA為探針，還可以克隆得到相應的人類基因，這是一種簡便而快捷的克隆人類致病基因的方法，將使人類能夠深入洞察遺傳性疾病的發病機理，弄清人類基因組調節控制人體各種遺傳性狀的規律，從而進行科學的診治。目前，在培育人類遺傳疾病模型動物方面已經培育出了動脈粥樣硬化、鐮刀形紅細胞貧血、初老期癡呆癥、自身免疫病、淋巴組織生成、真皮炎及前列腺癌小鼠等多種疾病的模型動物。23 應用轉基因動物生產可供人類移植用的器官 在人用器官供體培育方面，最早是用小鼠進行實驗，現在已經生產出了

11、可為人類提供器官的轉基因豬。目前轉基因豬的肝臟可用于虛弱的無法接受肝臟移植手術的急性病人進行離體灌注。這些豬經過遺傳工程改造，可表達能封閉補體介導的高敏排斥反應的蛋白質，從而減少排異反應。目前，這樣的器官還只能是短期代用，不能永久移植。從長遠看，還必須研究出可永久性移植的器官來。3 轉基因動物在人類醫學中的應用前景展望轉基因動物的研究和應用是最近十幾年發展起來的一項高新技術。其在人類醫學中的應用還僅僅是在試驗性的初期階段，與其說它給人類醫學帶來了什么實際效益，倒不如說它給人類醫學帶來了更多的希望和廣闊的應用前景。在轉基因動物乳腺生物反應器方面，雖然已經生產出了十余種珍貴產品，但由于技術上的不成熟，目前在產品成本上還沒有顯示出多大的優越性。隨著技術上的不斷成熟，這種現象將會大大改觀。據國外經濟學家推算，若用其他生產工藝(如哺乳動物細胞株培育技術)來生產1g藥物蛋白，成本需要8005000美元，而利用轉基因動物則只需要0.020.5美元。從實用性上來說，就目前的認識水平而言，還找不到其他任何一種生物(除人類本身外)能夠象轉基因哺乳動物的乳腺那樣生產出與人類蛋白最接近的，經過修飾加工的，對人類來說具有高水平生物活性而又相對比較穩定的蛋白質。盡管經過了幾千年的文明史，人類的科學技術有了極大的提高，而維持我們生命所需要的食物還仍然是依靠最普通的動物、