转基因动物生产综述

转基因动物生产综述转基因动物生产综述 【摘要】近几年，转基因技术已成为生物界的研究热点， 转基因动物作为一项生物高新技术 成果，涉及到农牧业、生物医学和药物产业等诸多方面， 显示出了广阔的应用前景与重要的 经济价值。转基因技术对影响 21 世纪人类生存的重大环境、健康等问题的最终解决将发挥 不可估量的作用， 如改良动物经济性状提高经济效益、 建立疾病动物模型从而加快人类疑难 杂症的治愈、生产高价值的生物药品等。 随着理论上和技术上的不断完善， 转基因动物必将 真正进入产业化和市场化， 成为生产行业中的一种新兴产业。 本文就转基因动物生产的方法、 转基因动物的应用及存在的问题等作一综述。 【关键词】转基因；动物；生产；应用；问题 遗传的基本物质是 DNA，基因则是位于染色体上有遗传效应的DNA 片段，对于储存在生 物全套染色体中的全部遗传信息， 可称其为基因组。由于不同种类、不同个体的生物基因组 成是不同的，因此对动物个体来说，非自身的基因成分属于外源基因， 如果把外源基因整合 或导入动物染色体基因中，那么这个外源基因就被称为转基因 (即转移来的基因)，这种动 物就是转基因动物。1976 年，Jaenisch 首次利用反转录病毒感染胚胎的方法获得了转基因 小鼠。1980 年 Gordon 等人采用受精卵原核显微注射的方法，将外源基因导入小鼠受精卵， 获得了转基因小鼠。随后各种转基因动物相继出现， 直到 1997 年，英国科学家 Wilmut 等获 得了世界首例体细胞克隆动物， 成为转基因技术的一个转折点。 从此，利用体细胞克隆生产 转基因动物的研究在世界各地广泛而深入地开展起来， 取得了一系列重要成果。 自 20 世纪 70 年代初诞生以来，转基因技术一直是生命科学研究和讨论的热点之一。随着研究的不断 深入和实验技术的不断完善， 它的研究成果在提高生产力、 改善畜产品质量、生产生物医药 产品、研究人类疾病模型，治疗人类的疑难病症方面都显示出了广阔的应用前景。 1 1 生产转基因动物的方法生产转基因动物的方法 生产转基因动物的常用方法有：原核期胚胎显微注射法、精子载体法、慢病毒载体法、 胚胎干细胞介导法、体细胞克隆介导法、人工染色体介导的基因转移法等。 1.11.1 原核期胚胎显微注射法原核期胚胎显微注射法 原核内显微注射是由美国人Gordon 发明的， 是目前应用最广泛、 发展最早的方法之一。 这种方法的优点是外源基因易整合入染色体， 导入的基因大， 可使用任何载体承载基因片段， 也可注射无载体的基因片段，外源基因的长度可达100kb，实验周期相对比较短。但其不足 之处是：由于基因整体进入染色体的随机性， 使外源基因整合位点和拷贝数无法控制， 外源 基因随机整合到基因组内常导致宿主 DNA 中的染色体序列丢失、重排、插入、突变，有的 甚至造成严重生理缺陷，而且设备昂贵、操作复杂。该方法的外源基因转移整合率小鼠为 6%~10%，猪和羊分别为 0.98%和 1%，鱼类通常可达 10%~15%。 1.21.2 精子载体法精子载体法 精子载体法是利用动物精子具有自发结合和内化转运外源DNA 能力的特点， 使其在受精 时导入卵母细胞，获得转基因动物。 1989 年 Lavitrano 等首次把 PSV2-CAT 质粒与小鼠的附 睾精子共育后进行体外受精，移植后获得了阳性鼠。目前利用精子载体法已获得了猪、牛、 羊、兔、小鼠以及鱼等转基因动物后代，其中小鼠、猪、兔都建立了表达外源基因的转基因 株系。以精子作载体的最大优点是克服了人为机械操作给胚胎造成的损伤；且简单、易行， 不需昂贵的显微操作设施及复杂的操作技巧， 该方法在转基因家畜生产中具有技术和效率上 的优势；主要缺点是实验结果不稳定，可重复性差。其中进入精子核内的 DNA 结构是否完 整、DNA 进入核内的精子比例有多少、DNA 进入核内的精子受精能力怎样以及其受精后能否 成功嵌入胚胎染色体中等， 是精子介导基因转移技术能够取得长足发展的最为敏感而又必须 解答的问题。 1.31.3 慢病毒载体法慢病毒载体法 慢病毒属于逆转录病毒科， 能够感染分裂细胞和非分裂细胞， 因而被发展成为重要的转 基因载体。 逆转录病毒感染法是将目的基因重组到逆转录病毒RNA 载体上， 慢病毒感染宿主 细胞后， 病毒 RNA 反转录为 DNA 后可以整合到宿主细胞的染色体上并长期稳定表达。 慢病毒 载体法用于制作转基因动物的优点是方法简单， 不受胚胎发育阶段的影响， 而且外源基因多 位点，单拷贝整合效率高，特别适用于转基因家禽的生产。但是存在病毒载体构建复杂，转 入的外源基因的大小受到限制，安全性需提高，可能会造成基因沉默等问题。 1.41.4 胚胎干细胞介导法胚胎干细胞介导法 胚胎干细胞是早期胚胎内的细胞团经体外培养建立起来的多能细胞系， 具有全能性， 在 一定条件下可发育成完整个体。因此，把外源基因导入干细胞后， 经过选择，再把阳性细胞 注入另一胚胎囊胚腔中， 或与另一胚胎卵裂球聚合， 再经过选育即可得到转基因动物。 在转 基因领域，胚胎干细胞是公认的研究基因转移、 基因定点整合极有前途的实验材料， 利用这 种方法制作转基因小鼠的阳性率近 100%，遗憾的是第一代一般是嵌合体，要通过杂交繁育 才能得到纯合目的基因的个体。截至目前世界范围内只有小鼠干细胞的建系方法比较成熟。 1.51.5 体细胞克隆介导法体细胞克隆介导法 体细胞克隆介导法首先要筛选出已整合了目标基因的细胞， 建立转基因细胞系， 然后再 用去核卵母细胞作受体，用转基因细胞系的细胞核作供体，通过核移植产生重植胚胎。 Wilmut 研究小组在取得克隆绵羊多利（Dolly）后，同年 12 月又在美国的《Science》发 表了一文， 以外源基因转染胚胎成纤维细胞， 获得了能表达治疗人血友病的凝血因子Ⅸ转基 因克隆羊“波利（Polly） ” 。利用体细胞核移植制备转基因动物，虽然胎儿的死亡率高，但 其得到转基因动物的总效率高于原核显微注射法。 其产生的转基因后代遗传背景及遗传稳 定性一致，不需选配就可建立转基因群体。 1.61.6 人工染色体介导的基因转移法人工染色体介导的基因转移法 人工酵母染色体载体（YAC）是近年发展起来的新型载体。 具有克隆百万碱基对级（Mb） 大片段外源基因的能力， 可以保证巨大基因的完整性， 保证所有顺式作用因子的完整并与结 构基因的位置关系不变， 从而提高较长外源片段在转基因动物中的整合率。 其技术途径有二： 一是 ES 细胞转染 YAC 后体外筛选， 阳性 ES 细胞囊胚腔注射； 二是 YAC 的原核显微注射。 1996 年 Berm 通过此法获得转基因兔。 1997 年， Fujiwara 等建立了 210kb 人类乳清蛋白 YAC DNA 转基因小鼠。2008 年，中国农业大学的李宁等利用细菌人工染色体（ BAC）生产出能够 大量表达人体乳铁蛋白的转基因奶牛。 2 2 转基因动物的应用转基因动物的应用 2.12.1 作为人类疾病的动物模型完整的动物模型作为人类疾病的动物模型完整的动物模型 可以模拟人类疾病的起始和发展，并可为测试各种可能的治疗提供一个统一有效的方 案。现代医学研究