§3-3基因工程的應(yīng)用基因工程從社會(huì)中來胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物—重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面，展示出廣闊的前景。重組人胰島素注射液基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用種植面積：1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍，從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108hm2。優(yōu)點(diǎn)：2016年世界范圍的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元。年份19962017全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積/（×106hm2）0100200189.81.7種植國(guó)家及作物：美國(guó)是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國(guó)家，轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米的種植面積占相關(guān)作物種植面積的比例都超過了90%。2017年，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜。基因工程在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面的應(yīng)用在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面，近些年幾乎每年都有令人矚目的研究成果報(bào)道，有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物—轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國(guó)獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因大西洋鮭目前，基因工程技術(shù)已被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。農(nóng)業(yè)方面轉(zhuǎn)基因抗蟲植物方法：從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物，意義：是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢(shì)。成果：已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對(duì)照（被害蟲侵害的黃色植株）農(nóng)業(yè)方面轉(zhuǎn)基因抗病植物問題：許多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常規(guī)育種的方法很難培育出抗病的新品種。解決方法：科學(xué)家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?。成果：培育出了轉(zhuǎn)基因抗病植物，如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒農(nóng)業(yè)方面轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物問題：雜草危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。解決方法：將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。成果：目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田農(nóng)業(yè)方面改良植物的品質(zhì)增加食品營(yíng)養(yǎng)：如將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照高30%。提高花卉的觀賞價(jià)值：我國(guó)科學(xué)家成功地將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價(jià)值。轉(zhuǎn)基因矮牽牛畜牧業(yè)方面提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率方法：由于外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得更快，因此科學(xué)家將這類基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。成果：例如，我國(guó)科學(xué)家將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長(zhǎng)速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因的鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）畜牧業(yè)方面改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)問題：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國(guó)約有1/3的成年人對(duì)乳糖不耐受。解決方法：科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響。世界上第一例轉(zhuǎn)基因低乳糖牛基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用生產(chǎn)藥物改造對(duì)象：對(duì)微生物或動(dòng)植物細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們生產(chǎn)藥物。意義：是目前基因工程取得實(shí)際應(yīng)用成果非常多的領(lǐng)域。舉例：這些藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等，它們可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。我國(guó)成就：我國(guó)生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場(chǎng)。【資料卡】干擾素作用：干擾病毒復(fù)制化學(xué)本質(zhì)：糖蛋白臨床應(yīng)用：治療病毒感染性疾病。對(duì)治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。生產(chǎn)方法：傳統(tǒng)生產(chǎn)：從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。以侯云德院士（右）為首的研究人員，成功研制出我國(guó)第一個(gè)基因工程藥物—重組人干擾素α-1b基因工程方法生產(chǎn)：從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得干擾素，從1kg培養(yǎng)物中可以得到20~40mg干擾素。生產(chǎn)藥物改造對(duì)象：利用基因工程技術(shù)，讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物。方法：科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。轉(zhuǎn)基因的山羊奶富含更高濃度的溶菌酶成就：目前，科學(xué)家已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品。建立移植器官工廠（設(shè)想）：替代動(dòng)物：科學(xué)家正嘗試?yán)没蚬こ碳夹g(shù)對(duì)豬的器官進(jìn)行改造原因：豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似，而且與靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要少得多。難題：免疫排斥。解決方法：在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)。設(shè)法除去抗原決定基因。再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。異想天開假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬的心臟后，過上了健康人的生活。在生活中，他會(huì)遭到歧視嗎？對(duì)此你怎么看？【提示】生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個(gè)病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟后重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價(jià)值?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應(yīng)用基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用利用基因工程菌還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類一般稱為基因工程菌。生產(chǎn)氨基酸阿斯巴甜是一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸就可以通過基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應(yīng)用生產(chǎn)工業(yè)用酶凝乳酶的制備：凝乳酶的作用：奶酪的生產(chǎn)需要使用凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。傳統(tǒng)生產(chǎn)：方法：殺死未斷奶的小牛，將它的第四胃的黏膜取出來進(jìn)行提取。缺點(diǎn)：隨著人口的增長(zhǎng)和人們飲食需求的變化，單純依靠宰殺小牛來獲得凝乳酶的方法已不能滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求?；蚬こ躺a(chǎn)：方法：科學(xué)家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。成果：用這種方法生產(chǎn)的凝乳酶已于1990年投入市場(chǎng)，截至2008年，它已占據(jù)市場(chǎng)份額的80%以上?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應(yīng)用生產(chǎn)工業(yè)用酶淀粉酶、脂肪酶的生產(chǎn)：用途：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶加工烘烤食品要用到的脂肪酶方法：構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)：相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的純度更高，而且它的生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。其它應(yīng)用培育出可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來處理環(huán)境污染；利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源……未來，期待基因工程帶給我們更多的驚喜。到社會(huì)中去轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來，發(fā)展迅速，研發(fā)對(duì)象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請(qǐng)調(diào)查：1.目前我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進(jìn)口安全證書？【提示】截至2019年年底，我國(guó)批準(zhǔn)發(fā)放過轉(zhuǎn)基因耐儲(chǔ)藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安