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基因拼接技术和DNA重组技术( 四 )

基因拼接技术和DNA重组技术
发现绿色荧光蛋白量开拓了广阔的前景 。 1987年 ， 美国科学家提出了“人类基因组计划” ， 目标是确定人类的全部遗传信息 ， 确定人的基因在23对染色体上的具体位置 ， 查清每个基因核苷酸的顺序 ， 建立人类基因库 。 1999年 ， 人的第22对染色体的基因密码被破译 ， “人类基因组计划”迈出了成功的一步 。 可以预见 ， 在今后的四分之一世纪里 ， 科学家们就可能揭示人类大约5000种基因遗传病的致病基因 ， 从而为癌症、糖尿病、心脏病、血友病等致命疾病找到基因疗法 。继2000年6月26日科学家公布人类基因组"工作框架图"之后 ， 中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司2001年2月12日联合公布人类基因组图谱及初步分析结果 。 这次公布的人类基因组图谱是在原"工作框架图"的基础上 ， 经过整理、分类和排列后得到的 ， 它更加准确、清晰、完整 。 人类基因组蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息 ， 破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命 。 人类基因组图谱及初步分析结果的公布将对生命科学和生物技术的发展起到重要的推动作用 。 随着人类基因组研究工作的进一步深入 ， 生命科学和生物技术将随着新的世纪进入新的纪元 。基因工程在20世纪取得了很大的进展 ， 这至少有两个有力的证明 。 一是转基因动植物 ， 一是克隆技术 。 转基因动植物由于植入了新的基因 ， 使得动植物具有了原先没有的全新的性状 ， 这引起了一场农业革命 。 如今 ， 转基因技术已经开始广泛应用 ， 如抗虫西红柿、生长迅速的鲫鱼等 。 1997年世界十大科技突破之首是克隆羊的诞生 。 这只叫“多利”母绵羊是第一只通过无性繁殖产生的哺乳动物 ， 它完全秉承了给予它细胞核的那只母羊的遗传基因 。 “克隆”一时间成为人们注目的焦点 。 尽管有着伦理和社会方面的忧虑 ， 但生物技术的巨大进步使人类对未来的想象有了更广阔的空间 。奥地利遗传学家孟德尔神父根据豌豆杂交实验发现生物的遗传基因规律 ， 提出遗传因子概念 ， 并总结出孟德尔遗传定律 。1868年 ， 瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分 。 酸性部分就是后来的所谓的DNA；1882年 ， 德国胚胎学家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内的包含有大量的分裂的线状物体 ， 也就是后来的染色体；1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词 ， 用以表达孟德尔的遗传因子概念基因拼接技术和DNA重组技术
载体(2张)。1944年 3位美国科学家分离出细菌的DNA（脱氧核糖核酸） ， 并发现DNA是携带生命遗传物质的分子 。1953年 ， 美国生化学家沃森和英国物理学家克里克宣布他们发现了DNA的双螺旋结构 ， 奠下了基因工程的基础；1969年 科学家成功分离出第一个基因 。1980年 科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠 。1983年 科学家首次培育出世界第一个转基因植物转基因烟草 。1988年 K.Mullis发明了PCR技术 。1990年10月 被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动 。1994年中科院曾邦哲提出转基因禽类金蛋计划和“输卵管生物反应器（oviduct bioreactor）”以及“系统遗传学（system genetics）”等概念、原理、名词和方法等 。1996年 ， 第一只克隆羊诞生；1998年 一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉遗传公司 ， 与国际人类基因组计划展开竞争 。1998年12月 一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成 ， 这是科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱 。1999年9月 中国获准加入人类基因组计划 ， 负责测定人类基因组全部序列的1% 。 中国是继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基因组计划参与国 ， 也是参与这一计划的惟一发展中国家 。1999年12月1日国际人类基因组计划联合研究小组宣布 ， 完整破译出人体第22对染色体的遗传密码 ， 这是人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定 。2000年4月6日美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整遗传密码 ， 但遭到不少科学家的质疑 。2000年4月底 中国科学家按照国际人类基因组计划的部署 ， 完成了1%人类基因组的工作框架图 。2000年5月8日 德、日等国科学家宣布 ， 已基本完成了人体第21对染色体的测序工作 。2000年6月26日 科学家公布人类基因组工作草图 ， 标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步 。2000年12月14日 美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱 ， 这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列 。2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果 。科学家首次公布人类基因组草图“基因信息” 。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 。无论哪一种基因治疗 ， 处于初期的临床试验阶段 ， 均没有稳定的疗效和完全的安全性 ， 这是当前基因治疗的研究现状 。可以说 ， 在没有完全解释人类基因组的运转机制、充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前进行基因治疗是相当危险的 。 增强基因治疗的安全性 ， 提高临床试验的严密性及合理性尤为重要 。 尽管基因治疗仍有许多障碍有待克服 ， 但总的趋势是令人鼓舞的 。 据统计 ， 截止1998年底 ， 世界范围内已有373个临床法案被实施 ， 累计3134人接受了基因转移试验 ， 充分显示了其巨大的开发潜力及应用前景 。 正如基因治疗的奠基者们当初所预言的那样 ， 基因治疗的出现将推动新世纪医学的革命性变化 。医药卫生1.基因工程药品的生产：许多药品的生产是从生物组织中提取的 。 受材料来源限制产量有限 ， 其价格往往十分昂贵 。微生物生长迅速 ， 容易控制 ， 适于大规模工业化生产 。 若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内 ， 让它们产生相应的药物 ， 不但能解决产量问题 ， 还能大大降低生产成本 。⑴基因工程胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药 ， 长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取 ， 100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素 ， 其产量之低和价格之高可想而知 。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌 ， 每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题 ， 还使其价格降低了30%-50%!⑵基因工程干扰素干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取 ， 300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说 。基因工程人干扰素α-2b（安达芬） 是中国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b ， 具有抗病毒 ， 抑制肿瘤细胞增生 ， 调节人体免疫功能的作用 ， 广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗 ， 是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物 。⑶其它基因工程药物人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产 ， 均为解除人类的病苦 ， 提高人类的健康水平发挥了重大的作用 。2.基因诊断与基因治疗：基因治疗是把正常基因导入病人体内 ， 使该基因的表达产物发挥功能 ， 从而达到治疗疾病的目的 ， 这是治疗遗传病的最有效的手段 。 基该方法是：基因置换、基因修复、基因增补和基因失活等 。运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷 ， 不但准确而且迅速 。 通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦 。但基因治疗技术尚未成熟 ， 未成熟的关键问题在于：①如何选择有效的治疗基因；②如何构建安全载体 ， 病毒载体效率较高 ， 但却有潜在的危险性；③如何定向导入靶细胞 ， 并获得高表达 。◆SCID的基因工程治疗重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能 ， 只要稍被细菌或者病毒感染 ， 就会发病死亡 。 这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称ADA）的基因（ada）发生了突变 。 可以通过基因工程的方法治疗 。生物技术产业的建立和发展提供了技术源泉 。 中国基因工程制药产业进入快速发展时期 。产业现状1989年 ， 中国批准了第一个在中国生产的基因工程药物——重组人干扰素αlb ， 标志着中国生产的基因工程药物实现了零的突破 。 重组人干扰素αlb是世界上第一个采用中国人基因克隆和表达的基因工程药物 ， 也是到目前为止唯一的一个中国自主研制成功的拥有自主知识产权的基因工程一类新药 。 从此以后 ， 中国基因工程制药产业从无到有 ， 不断发展壮大 。 1998年 ， 中国基因工程制药产业销售额已达到了7.2亿元人民币 。 截止1998年底 ， 中国已批准上市的基因工程药物和疫苗产品共计15种 。 国内已有30余家生物制药企业取得了基因工程药物或疫苗试生产或正式生产批准文号 。根据1997年对全国452从个事生物技术研究、开发和生产的单位进行的通讯调查结果 ， 截止1996年底 ， 中国已有8种基因工程药物和疫苗商品化（包括试生产） ， 1996年基因工程药物和疫苗销售额约为2.2亿元人民币 ， 仅占同期全国医药生物技术产品年销售额21.16亿元人民的10.4% 。 然而可喜的是 ， 中国基因工程制药产业发展迅猛 ， 年销售额已从1996年的2.2亿元人民币增长到1998年的7.2亿元人民币 ， 年均增长率高达80% 。 预计2000年中国基因工程药物销售额将达到22.8亿元人民币 。基因工程在制药业中具有广阔的发展前景 ， 中国的基因制药行业已经初具规模 ， 但与世界发达国家存在差距 ， 主要表现在具有自主知识产权的产品较少 ， 产业规模小、经济效益低 。 基因制药产业面临着历史性的机遇 ， 主要表现在政府支持、资源丰富、基因信息公开、国际交流增加等方面 。 提高自主开发能力、保护基因资源是当前亟待解决的问题 ， 同时 ， 应加强对基因制药领域技术壁垒的研究与准备 。国内外对比中国生物技术产业 ， 特别是生物制药产业规模与美国相比差距很大 。 1996年 ， 中国生物技术销售额为114亿元人民币 ， 美国为100亿美元 ， 相差7倍 。 1996年 ， 中国基因工程和疫苗销售额为2.3亿元人民币 ， 同期美国75亿美元 。 1998年 ， 中国基因工程药物和疫苗销售额为7.2亿元人民币 ， 还不到1亿美元 ， 而1996年美国Amgen公司的两个主要产品Neupgen（G-CSF）和Epogen（红细胞生成素）销售额均达到10亿美元 。从上市品种看 ， 1998年 ， 中国有15种基因工程药物和疫苗获准上市 ， 美国上市的生物药物（主要是基因工程药物）共53种 。 中国基国工程药物市时间较美国同品种上市时间晚5年-10年 。存在的主要问题1、同种产品生产厂家过多 ， 造成市场恶性竞争 ， 严重影响产业的健康发展：中国已批准上市的基因工程药物和疫苗绝大多数是多家生产 。 例如：干扰素α2a生产厂家有5家 ， 干扰素α2b有5家 ， 白细胞介素-2有10家 ， G-CSF有7家 ， GM-CSF有6家 。 基因工程药物临床应用剂量一般都很小（微克级） ， 通常2-3个厂家满负荷生产就能满足全国市场需要 。 因此 ， 过多厂家生产同一种基因工程药物势必造成市场过度竞争 ， 使各生产企业的利润下降 ， 同时还导致现有生产能力开工不足 ， 成本增加 ， 使企业不能获得合理利润 ， 无法步入良性发展的轨道 ， 甚至迫使有些企业严重亏损和破产 。这种重复生产的现象与中国新药研究开发的指导思想不无关系 。 以往中国新药的研究开发是以引进开发为主 ， 中国研制上市的和在研的新药绝大部分是仿制国外的 ， 创新药物很少 。 已批准的15种基因工程药物和疫苗中 ， 只有干扰素αlb拥有我自主知识产权 。 在研究的生物新药中 ， 绝大多数是国外进入二、三期临床后中国开始跟踪研制的 。 由此不难看出 ， 中国新药研究开发缺乏创新和低水平重复是导致医药产业重复生产的源头 。 大力加强创新药物的研究是从源头解决基因工程药物重复生产问题的根本出路 。 同时 ， 中国还必须进一步完善新药审批制度和专利制度 ， 从制度上鼓励创新 ， 切实保护创新者的知识产权 ， 避免重复生产 。2、融资渠道单一、产业发展资金不足：基因工程制药产业是典型的技术产业 ， 具有高投入、高风险、高收益的特点 。 中国基因工程制药企业投资大多在2000万元-1亿元人民币 。 资金来源除股东投入的股本金外 ， 主要是靠银行贷款 ， 融资渠道狭窄 。 由于银行十分注意资金的的安全性和流动性 ， 高技术投资的风险使银行对之贷款慎之又慎 。 同时 ， 中国基因工程制药使得这些企业融资能力明显不足 ， 很难从一般融资渠道获得企业发展所需的资金 。 发展资金严重不足已成为基因工程制药产业发展的巨大障碍因素 。 因此 ， 中国应借鉴国外利用风险投资发展高技术产业的成功经验 ， 制定有关法规政策 ， 积极稳妥地启动风险投资 。3、医药市场竞争无序 ， 行业不正之风盛行：随着中国从计划经济向市场经济转轨 ， 医药市场出现了新的变化 ， 药品购销各个环节利润分配极不合理 。 按国家现行价格规定 ， 药品批发价是出厂价的115% ， 零售价为批发价的120% 。 但是 ， 基因工程药物实际营销中 ， 医院一般以国家批发价的70%-85%进药 ， 从而获得零售价的30%-50%的利润 ， 而生产企业的利润只有5%-15% 。 这种利润不合理分配导致众多制药企业亏损 。 更加上同种基因工程药品由多家生产 ， 迫使生产企业纷纷采取高定价、高让利的促销手段 ， 使药品市场竞争进一步恶化 。 企业迫于市场压力 ， 主要精力都用在市场竞争上 ， 无力顾及技术创新 。 过多的市场投入和让利 ， 使正常生产经营都十分困难 ， 更谈不上如何发展了 。 医药市场恶性竞争非但未能使消费者受益 ， 却使得国家、制药企业和广大消费者的利益受到极大的损害 。另据调查 ， 绝大多数进口基因工程药品的销售价格都大大高于同种国产药品销售价格 ， 而且更为不合理的是 ， 一半以上的进口基因工程药品在中国的售价高于原产国售价 。4、企业管理相对滞后 ， 技术兼经营型人才匮乏：中国基因工程制药产业起步较晚 ， 但是起点相对较高 。 许多企业的关键性生产设备都是从国外进口 。 然而 ， 在经营管理上与国外相比还有很大的差距 。 现代企业制度的特点之一是所有权与经营权分离 ， 企业的所有者对经营者进行监督 ， 经营者通过自主经营使企业的资产保值增值 。 中国大多数基因工程制药企业 ， 虽然在形式上是有限责任公司或股份有限 ， 但是企业的所有经营者一般由企业出任或委派 。 企业这种所有权与经营以不分的状况 ， 既不利于企业长远发展 ， 也不利于企业经营阶层即企业家阶层的形成 。基因工程制药企业是典型的技术密集型高技术企业 ， 企业要在激烈的竞争中求得生存和发展就必须拥有一批高素质的复合型人才 。 如何培养和造就一批这种复合型人才已成为中国生物制药闰为亟持解决的问题 。对策及政策建议根据国家内外工程制药产业现状及发展趋势 ， 为促进中国基因工程制药产业的快速健康发展 ， 我们提出以下建议：1、制定产业发展战略规划 ， 强化财政税收优惠政策


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