基因工程(geneticengineering)和遺傳工程的英語中是同一個(gè)詞匯。從字面上看,遺傳工程就是按人們的意思去改造生物的遺傳特性、或創(chuàng)建具有新遺傳物性的生物。遺傳是由基因決定的,改建生物的遺傳性,就是改建生物的基因,因此狹義的遺傳工程就是基因工程。
對(duì)多數(shù)生物來說,基因本質(zhì)是DNA,基因工程就是要改建DNA,涉及DNA序列的重新組合和建造,所以基因工程的核心就是人工的DNA重組(DNa recombination)。
圖20-1 基本工程的基本程序
重組、建造的DNA分子只有純化繁殖才有意義。純的無性繁殖系統(tǒng)稱為克隆。純化繁殖DNA就稱為DNA克隆或分子克隆,基因的純化繁殖就稱為基因克隆。所以DNA重組和分子克隆是與基因工程密切不可分的,是基因工程技術(shù)的核心和主要組成部分。重組DNA、分子克隆甚至成了基因工程的代名詞。
只有當(dāng)人類對(duì)遺傳現(xiàn)象本質(zhì)和規(guī)律有深入的認(rèn)識(shí),才能按人類的意志去改造或創(chuàng)建生物的遺傳特性。20世紀(jì)50-60年代分子遺傳學(xué)的迅速發(fā)展,確定了主要遺傳物質(zhì)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)、闡明了遺傳信息傳遞的中心法則、破譯了遺傳密碼,為基因工程奠定了理論基礎(chǔ);同時(shí)酶學(xué)、細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)的發(fā)展,為基因工程提供了必要的工具。1972-1973年Boyer、Cohn和Berg等創(chuàng)立了DNA克隆技術(shù),打破了種屬的界限,第一gydjdsj.org.cn/yaoshi/次使本來只存在于真核細(xì)胞中的蛋白質(zhì)能夠在大腸桿菌中合成,這是基因工程誕生的里程碑。科學(xué)界公認(rèn)基因工程的出現(xiàn)是20世紀(jì)最重要的科學(xué)成就這一。標(biāo)志人類主動(dòng)改造生物界的能力進(jìn)入新的階段。分子生物學(xué)的成就是DNA重組技術(shù)和基因工程出現(xiàn)和發(fā)展的基礎(chǔ),而DNA重組技術(shù)和基因工程的發(fā)展又有力地推動(dòng)著分子生物學(xué)的進(jìn)步。
基因工程屬于生物技術(shù)范疇,生物技術(shù)(biotechnology)不是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科而是一套技術(shù)或手段。廣義的生物技術(shù)指任何利用活的生物體或其一部分生產(chǎn)產(chǎn)品或改良生物品質(zhì)的技術(shù);狹義的生物技術(shù)是專指以DNA重組技術(shù)和單克隆技術(shù)為標(biāo)志發(fā)展起來的新技術(shù)。如無特別說明,通常生物技術(shù)一詞就專指新的生物技術(shù)而言。一般認(rèn)為這新的生物技術(shù)包括基因工程、細(xì)胞工gydjdsj.org.cn/Article/程、酶工程和發(fā)酵工程幾方面的內(nèi)容;蚬こ淌巧锛夹g(shù)的核心和關(guān)鍵,是主導(dǎo)技術(shù);細(xì)胞技術(shù)是生物技術(shù)的基礎(chǔ);酶工程是生物技術(shù)的條件;發(fā)酵工程是生物技術(shù)獲得最終產(chǎn)品的手段,四個(gè)方面相互聯(lián)系的。生物技術(shù)是一個(gè)綜合技術(shù)體系,其中基因工程和細(xì)胞融合技術(shù)最為突出。蛋白質(zhì)工程(protein engineering)則是在基因工程基礎(chǔ)上綜合蛋白質(zhì)化學(xué)、蛋白質(zhì)晶體學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)輔助設(shè)計(jì)等知識(shí)和技術(shù)發(fā)展起來的研究新領(lǐng)域,開創(chuàng)了按人類意愿設(shè)計(jì)和研制人類需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期,被稱為第二代基因工程。
基因工程的基本程序見圖20-1所示。