佐治亚理工学院基因工程课程辅导

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一、什么是基因工程?

基因工程，有时也被称为基因修饰，是改变生物体基因组中 DNA 的过程。

这可能意味着改变一个单一的碱基(A、T、C 或 G)以改变一个基因的功能，或者删除或插入一个完整的基因或 DNA 区域。在此处阅读关于不同类型的基因组编辑的内容。

在某些情况下，基因工程意味着从另一个生物体的基因组中提取 DNA 并将其与该个体的 DNA 相结合。

科学家使用基因工程来增强或修改单个生物体的特征。

例如，基因工程可用于生产具有更高营养价值或能耐受除草剂暴露的植物。

它可以应用于任何生物体，尽管法律法规各不相同。

二、基因工程是如何工作的?

自 20 世纪 80 年代以来，基因工程工具不断发展，使科学家能够对生物体的基因组进行越来越精确的编辑。

你可以在此处阅读关于其中一些工具的内容，包括 TALENs 和 CRISPR-Cas9.

案例研究：对细菌或酵母细胞进行基因工程以生产胰岛素

基因工程的一个例子是使细菌或酵母细胞为糖尿病患者生产胰岛素。

一小段环状 DNA 经过基因修饰以包含编码人类胰岛素的基因。

经过基因修饰的质粒被引入一个新的细菌或酵母细胞中。

这个细胞然后迅速分裂并开始生产胰岛素。

为了产生大量的细胞，经过基因修饰的细菌或酵母在含有它们所需的所有营养物质的大型发酵罐中生长。细胞分裂得越多，产生的胰岛素就越多。

当发酵完成时，混合物被过滤以释放胰岛素。

然后胰岛素被纯化并包装到瓶子和胰岛素笔中，分发给糖尿病患者。

显示基因修饰如何用于在细菌中生产胰岛素的插图。图片来源：Laura Olivares Boldú / Wellcome Connecting Science

三、基因工程还用于什么?

基因工程有许多有用的应用，包括科学研究、农业和技术。

1、用于农业

在植物中，基因工程已被应用于提高作物如土豆、西红柿和水稻的抗性、营养价值和生长速度。

例如，“黄金大米” 是一种经过基因工程改造的大米，它能产生高水平的一种叫做 β- 胡萝卜素的分子，使其呈黄橙色。当被食用时，人体可以将 β- 胡萝卜素转化为维生素 A。

2、用于医药

一些动物已被基因工程改造以生产药品，如激素、酶或疫苗。

例如，山羊已被基因工程改造以生产富含一种叫做抗凝血酶的分子的奶，这种分子用于预防高危患者的心脏病发作和中风。

类似地，绵羊可以被基因工程改造以生产含有一种叫做 α-1 抗胰蛋白酶的人类酶的奶，这种酶可以治疗囊性纤维化和肺气肿患者。

3、用于研究

1973 年，第一个被创造出来的转基因生物是一种细菌。

1974 年，同样的技术被应用于小鼠。这使得在模式生物中研究特定基因的功能成为可能。

科学家还创造了在黑暗中发光的线虫以研究诸如阿尔茨海默病等疾病。

案例研究 —— 阿尔茨海默病与线虫

秀丽隐杆线虫在其整个神经系统中只有大约 300 个细胞。它也几乎是透明的，这使得用荧光标记标记不同的蛋白质并在显微镜下观察它们如何影响不同的细胞成为可能。

在人类中，APP 基因编码一种与阿尔茨海默病患者特有的淀粉样斑块相关的蛋白质。

研究人员对线虫的神经细胞进行基因工程改造，使其含有 APP 基因，实际上使线虫患上了阿尔茨海默病。

他们还用荧光标记标记了由此产生的 APP 蛋白。这表明，随着线虫变老，与 APP 蛋白接触的每个细胞都死亡了。

然后研究人员能够监测线虫中阿尔茨海默病的进展，并继续将他们的发现应用于理解 APP 在患有阿尔茨海默病的人类中的作用。

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