重组DNA技术与分子育种

  20世纪50年代，DNA双螺旋结构被阐明，揭开了生命科学的新篇章，开创了科学技术的新时代。随后，ENA复制、遗传密码、遗传信息传递以及基因表达的调控相继被认识。知道DNA的重大作用和价值后，科学家们就开始考虑如何将其为人们所利用。于是，DNA重组技术的雏形开始酝酿产生。1972年，P．Berg等首先在体外进行了DNA改造的研究，他们用限制性内切酶EroR I对猿猴病毒SV40的DNA和x噬菌体的DNA分别进行酶切消化，然后用T4 DNA连接酶将两种消化片段连接起来，成功地构建了包括SV40和x噬菌体DNA的重组杂合DNA分子。这是世界上第一例成功的ENA体外重组实验。Berg后来因为此项工作获得了诺贝尔生理学和医学奖。1973年，S．Cohen和H．Boyer等将一种含编码四环素抗性基因的质粒(F,SCl01)和一种含编码卡那霉素抗性基因的质粒(pSCl02)连接后，转化大肠杆菌，成功获取了既抗卡那霉素又抗四环素的双重抗性克隆。他们的工作首次成功地实现了体外重组DNA分子在大肠杆菌细胞中的表达，从而宣告了重组ENA技术的诞生，也开创了一个崭新的分子生物技术时代。重组DNA技术一经公开便引起科学界和产业界的高度关注，这使其从实验室进人工厂的时间很短。

1976年，Kleiner Perkins公司的风险投资家Swanson鼓动重组DNA技术的发明人之一Boyer．合伙成立公司共同探索重组DNA的商业化，并给公司取名为Genentech。次年，Genentech成功地使人工台成的生长激素释放抑制因子(somatostatin)基因在大肠杆菌中表达，这是人类第一次采用基因工程方法生产出有药用价值的产品。1978年，Genentech又克隆出人胰岛素基因．并成功地在大肠杆菌中表达，该产品作为人类历史上首个重组DNA技术药物于1 982年投放市场。

1980年，Oenenteeh成功地从股票市场上融资3500万美元。在上市当天，其股价竟然在不到lh内从每股35美元飚升到88美元，成为纽约证券交易所历史上升值最快的股票之一!公众对重组DNA技术的近乎疯狂的热情给了科学技术人员和风险投资者巨大的鼓舞。在之后的几年里．在美国，从事分子生物技术研究和开发的小公司如雨后春笋般纷纷成立，到1983年达到200多家，1985年更增加班400多家。世界其他国家也不甘落后，奋起直追，许多国家的政府都将分子生物技术列为优先发展的领域。就在人们集中目光利用重组DNA技术生产异源蛋白的同时，少数具有战略眼光的科学家已经开始尝试利用重组DNA技术做一些更“出格”的研究，如创造自然界原来不存在的新蛋白质，或改造微生物的代谢途径等。

1982年，M．J．Zoller和M．Smith报道了一种利用M13噬菌体载体进行寡核苷酸定点诱变的方法，为在特定位置改变克隆基因的DNA序列研究打开了大门。他们的工作可以看作是一个方兴未艾的研究领域——DNA分子的停外定向进化技术的开端。1 985年．S．Anderson等则在“Science”杂志上发表了他们利用经重组DNA技术改造的草生欧文氏菌(Erwinia herbicola)生产2一酮基一L一古龙酸(维生素C化学合成的中间体)的工作，成为早期代谢工程研究的代表性实例之一。这些开创性的研究工作为重组DNA技术的应用打开了丰富的想象空间，极大地促进了微生物分子育种技术的发展。

重组DNA技术是在体外重新组合脱氧核糖核酸(DNA)分子，并使它们在适当的细胞中增殖的遗传操作。重组DNA技术的发展从根本上改变了生物技术的研究和开发模式。利用这些技术，可以直接地、有针对性地在DNA分子水平上改造生物的遗传性状。通过转入外源基因，微生物和动植物细胞可以产生出自身原来没有的蛋白质。同样，利用重组DNA技术，也可以使一些原来存在量极低的但有重要工业或医学用途的小分子或蛋白质之外的大分子物质得以大量生产。目前，DNA重组技术已经取得的成果是多方面的。到20世纪末，DNA重组技术最大的应用领域在医药方面，包括活性多肽、蛋白质和疫苗的生产，疾病发生机理、诊断和治疗，新基因的分离以及环境监测与净化。在很多重组DNA技术的应用研究中．微生物细胞由于其生长迅速、培养成本低的显著优势，成为实施基因重组的理想宿主。

微生物分子育种是利用分子遗传学原理，采用基因工程、细胞工程和代谢工程等分子生物学技术对具有特定用途的微生物菌株进行有目的地改造，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。随着分子生物学和基因工程技术的飞跃发展，对许多微生物，尤其是工业生产中常用菌株的分子生物学研究逐渐深入和广泛。随之，许多种类的遗传转化系统和分子改造工具也不断成熟和完善。与此同时，微生物生理学、微生物遗传学、生物信息学、基因组学等学科的飞速发展，以及代谢工程在改变细胞性状方面渐显卓越成效。这使得微生物分子育种技术快速发展，相对于传统的、常规的突变和筛选技术，分子育种技术大大提高了育种效果。

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