转基因技术是怎么回事？

掐指一算，我涉及分子生物学研究和工业领域已快二十年了，由于运气不佳，期间换了很多工作，好处是涉及了很多不同的技术领域， 对基因工程的很多技术都有hands on experience。经常看到有些人在反对转基因食物，其中还有像小崔这样的高学历名人，恨不得骂声蠢猪，把他们都放在绞架上去。但转念一想，在民主自由国家呆了那么多年，不能和五毛一般见识，应该容忍别人的自由言论，更要把自己的观点通俗易懂地说出来，说服那些外行人士！

自然界无时无刻不发生着转基因。每个人都是爹妈生的，爹的一半基因和妈的一半基因转给了你。大家都知道驴和马交配能生出骡这种杂种，一般的解释是，驴和马是同种的，因此能够杂交。但随着对自然界的了解加深，人们发现这并不是金科玉律，杂交的规律要复杂得多。杂交也是自然进化的一条重要机制，转基因是自然界的铁律。自然转基因当然也不一定都有益，那就用适者生存来对付了，能适应环境的转基因留下了，不适合的就淘汰了！

自从人工转基因技术的发现和发展，人类可以根据自己的需要，跨纲跨属转基因，甚至可以把植物基因转到动物上，还可以转入自然界从来没存在过的人工基因。转基因技术是有风险的，前段时间中国科学家制造了转基因人，引发争议，是因为伦理的问题，这些转基因可能危害婴儿的健康，出现不可预料的结果。关于转基因食物，也会有一些问题，但吃下去是否有毒？只要没有转进产毒基因，应该是无害的。所有的食物，进入肠道后，都被消化成简单分子，与基因有关的两种物质，DNA变成核酸，蛋白质变成氨基酸，都是安全的营养物质。我认为，所谓转基因食物的有害性，主要是有关环境方面的。比如有种鸟类依赖一种虫子，当一种抗虫的庄稼推广后，该种虫子灭绝了，那种鸟也没得活了。还有就是商业竞争的问题，如美国的转基因大豆，完胜了中国的本土大豆，中国大豆商和农民就要破产了，为了自己的生存，他们就要抵制诋毁转基因大豆。

关于转基因技术，在此介绍下最基本的概念。人工转基因有以下几种最基本的步骤：

1. 取得符合要求的DNA片段；
2. 构建基因的表达载体；
3. 將目的基因导入受体细胞；
4. 目的基因的检测与鉴定。

要使转基因成为可能,需要以下几种关键技术:

核酸凝胶电泳技术
核酸分子杂交技术
细菌转化转染技术(Transformation/Transfection)
DNA序列分析技术(Sequencing)
寡核苷酸合成技术
基因定点突变技术
聚合酶链反应技术(PCR)

下面以将人类胰岛素基因转入大肠杆菌为例, 说明转基因的过程. 胰岛素以前是靠从猪或牛的胰腺里提取的, 纯度不高,动物胰岛素和人类的还是有区别的,效果不佳。如果把人类胰岛素基因转入大肠杆菌, 细菌能够大批量繁殖,然后再从中将胰岛素提纯出来, 就可以得到高纯度的人类胰岛素了.

首先通过NCBI Blast 等工具,找到人胰岛素的基因序列, 然后去找到这段DNA实物,方法有: 一, 找到含人胰岛素DNA片段,用内切酶切下来; 二, 以人胰岛素DNA 为模板, PCR下来; 三,化学合成. 有了DNA,再去找有关质粒(Plasmid). 质粒是一种在原核生物中存在的基因转导颗粒,能够独立表达. 质粒中含有一系列构件,能保证转入的基因能够准确表达,转录, 通常包括抗生素选择基因. 细菌碰到抗生素就会被杀死,但含有这种质粒的细菌能在含有抗生素的培养液中生存下来,这就是一种很有效的选择机制.

接下去就要设计一套方案,把这段DNA 插入到质粒中去. 和这段表达基因同时接上去的,可以有报告基因,如GFP, 能发出荧光,或抗原序列,可以检测到; 有蛋白酶切位点,提纯下来后可以用蛋白酶将某段切掉; 有纯化位点,表达一些粘性标志物,以便于纯化.....设计完后,就要将有关DNA片段插入到质粒中去, 插入技术有:

限制内切酶技术: 最传统的技术了, 用Ligase 连接起来

Gate way 技术: 基于combinase的技术

TOPO: 基于Topoisomerase

Infusion:

LIGATION INDEPENDENT CLONING

BI- or MULTI-CISTRONIC CLONING

GIBSON ASSEMBLY

 GOLDEN GATE CLONING

目前用的最多的, 还是最老的限制内切酶技术和最新的Gibson的改进版, Hifi Assembly. 后者可以方便地进行基因片段的copy, paste, 还可以用于点突变.

插入完毕,就将合成质粒转导到经过处理的大肠杆菌(Competent cell)中, 然后将菌浆涂在含有抗生素的培养皿上. 成功转导的细菌能在培养皿上生存下来,形成只含一个细菌的菌落(clony). 让菌落长一个晚上,跕取数个菌落,通过内切酶或PCR初选,将数个通过初选的菌落小抽(miniprep), 提取DNA 送去测序. 测序结果如与预期一致,"克隆"就成功了.

然后,就将成功的转基因大肠杆菌大规模扩增,转入较多量的Competent cell中, 进行培养.实验室里的培养罐有几升的, 而工业上的大罐子有几千升的. 长到一定量,就可以将细菌收获,进行纯化提取了.

以上是个简单的例子,概述了转基因的过程.转基因的应用前景还是很广泛的,大致会在以下方向:

农牧业、食品工业
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。
1.转基因鱼
生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼（中国）。
2.转基因牛
乳汁中含有人生长激素的转基因牛（阿根廷）。
3.转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
4.转鱼抗寒基因的番茄
5.转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
6.不会引起过敏的转基因大豆
7.超级动物
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠
8.特殊动物
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
9.抗虫棉
苏云金芽胞杆菌可合成毒蛋白杀死棉铃虫，把这部分基因导入棉花的离体细胞中，再组织培养就可获得抗虫 棉。

环境保护
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质（通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。

医学
基因作为机体内的遗传单位，不仅可以决定我们的相貌、高矮，而且它的异常会不可避免地导致各种疾病的出现。某些缺陷基因可能会遗传给后代，有些则不能。基因治疗的提出最初是针对单基因缺陷的遗传疾病，目的在于有一个正常的基因来代替缺陷基因或者来补救缺陷基因的致病因素。

用基因治病是把功能基因导入病人体内使之表达，并因表达产物——蛋白质发挥了功能使疾病得以治疗。基因治疗的结果就像给基因做了一次手术，治病治根，所以有人又把它形容为“分子外科”。

我们可以将基因治疗分为性细胞基因和体细胞基因治疗两种类型。性细胞基因治疗是在患者的性细胞中进行操作，使其后代从此再不会得这种遗传疾病。体细胞基因治疗是当前基因治疗研究的主流。但其不足之处也很明显，它并没前改变病人已有单个或多个基因缺陷的遗传背景，以致在其后代的子孙中必然还会有人要患这一疾病。
 

不管你喜不喜欢,转基因技术再也不会在我们的社会中消失了.从已有的历史看,还是利大于弊的. 所以, 尽可能多地了解一点有关知识,肯定是有益的.