篇一：生物工程导论论文
黄曲霉毒素的降解与去除（化学方法）微生物方法 黄曲霉毒素（FAT）是一类化学结构类似的化合物，均为二氢呋喃香豆素的衍生物。黄曲霉毒素是主要由黄曲霉寄生曲霉产生的次生代谢产物，在湿热地区食品和饲料中出现黄曲霉毒素的机率最高。它是所有真菌毒素和化学毒物中毒性最强的一种，被世界卫生组织列在重点研究的毒物首位。它们在紫外线照射下能产生荧光，根据荧光颜色不同，将其分为B族和G族两大类及其衍生物。在天然污染的食品中以黄曲霉毒素B1最为多见，其毒性和致癌性也最强，B1是最危险的致癌物，经常在玉米、花生、棉花种子和一些干果中常能检测到。因此自1960年发现黄曲霉毒素以来，科学工作者便对黄曲霉毒素的解毒进行了大量的研究。
由于黄曲霉毒素对热稳定，因此很难通过加热去除，多年来国内外科学家一直在寻找黄曲霉毒素的有效去毒方法。大约100种化合物如甲醇、过氧化氢等可以抑制黄曲霉毒素产生，其中两种黄曲霉毒素抑制剂DDV和咖啡研究较多。传统的去毒方法有：（1） 碱处理：包括氨化法和氢氧化钠法，氨化法适合含水量较高的青绿或青贮饲料，去毒有效率高达98%，但不适合子实、饼粕等低水分原料，而且处理后原料残留有大量氨。氢氧化钠法适用于植物油解毒，但是设备投资大、成本高，已逐渐被淘汰。（2）氧化处理法： 常用氧化试剂有次氯酸钠、臭氧、过氧化氢及氯气等。此外紫外光法也是利用紫外线的强氧化作用。该方法主要问题在于处理效果不稳定，饲料中维生素等营养成分损失严重，处理成本较高。（3）高温法： 破坏黄曲霉毒素需268℃以上的温度，能耗高，对饲料中的营养成分破坏大，实际应用很少。（4）吸附剂脱毒：常用吸附剂包括酵母细胞壁、硅铝酸盐等。这种方法不能解除黄曲霉毒素的毒性，且可能通过吸附作用而降低营养物质的利用率。饲料行业目前采用这种方法较多，也有许多新型的吸附剂问世，但其解毒效果还有待考察。（5）抗氧化剂的使用：常用2，6-二叔丁基对甲酚。这种方法效果有限，不能完全消除黄曲霉毒素中毒症，而且2，6-二叔丁基对甲酚等抗氧化剂浓度均超过常规使用量的30倍以上，本身具有一定毒害作用。
（6）采用合格原料稀释法：这种方法虽然能够有效减轻中毒症状和减轻其对生产性能的抑制作用，但有可能造成毒素污染范围的扩大。
因此，得出霉菌毒素的理论理想降解方法： 由于以上解毒方法存在着各种缺点，不利于实际生产应用。针对实际生产中的应用，研究者提出任何霉菌毒素去毒方法都应该满足以下几点要求：①毒素应该被破坏或者被转化成无毒化合物。 ②真菌孢子和菌丝体应被破坏，这样就不会有新的毒素产生。③饲料应该保持它原有的营养水平和风味。④原料的物理性状不应被明显改变。 ⑤去毒加工应该经济可行。
研究者们发现生物酶具有作用专一性的特点，生物酶解毒具有对饲料无污染，有高度的选择性，不影响饲料的营养价值，而且能够避免毒素的重新产生等优点。研究者认为酶或酶系统可以降解黄曲霉毒素并且能够保留饲料的营养成分与外观。于是近些年生物酶解毒法成了研究的热点。黄曲霉毒素生物降解的研究在不断取得进展：
（1）黄曲霉毒素的微生物直接降解：许多微生物，包括细菌、放射菌、酵母菌、霉菌和藻类都能降解黄曲霉毒素。但是降解机理是物理吸附还是生物降解作用一直存在较大争议。据研究报道许多有关乳酸菌菌株的研究表明其解毒机理应该是吸附作用而非降解作用。还有研究报道了乳酸菌、醋酸菌、面包酵母菌、酿酒酵母菌、米曲霉和枯草芽孢杆菌均对黄曲霉毒素有降解作用，但由于是用发酵液进行解毒实验，所以无法确定其解毒机理是生物降解作用，还是菌体的吸附作用。
（2）黄曲霉毒素的微生物代谢物的酶解降解： 早在上世纪70年代末，研究者就发现了寄生曲霉能够产生降解黄曲霉毒素B1的过氧化物酶，并报道过氧化物酶的量与黄曲霉毒
素B1被降解的量之间存在着直接的关系。之后研究报道黑曲霉、寄生曲霉、绿色木霉以及少数其他真菌对黄曲霉毒素B1也有很好的降解能力。然而其中一些菌株在条件改变的情况下有可能产生黄曲霉毒素B1。
经研究者研究指出生物降解反应会通过酶解机制发生，并且这些酶的产物或副产物会与黄曲霉毒素反应。由此推测过氧化物酶正是这一种酶，因为它可以催化氢过氧化物的分解从而产生自由基，这些自由基会与黄曲霉毒素发生反应。
黄曲霉毒素的生物酶降解作用机制在后来的研究人员的一系列工作中得到了进一步的证实。首先是国内刘大岭研究小组做了比较多的工作，并取得了显著成果。他们发现从真菌E-2中提取的粗酶液可使样品中的黄曲霉毒素B1含量减少高达80%。活性物质解毒作用的温度、pH值及作用时间特征表明，粗酶液中起解毒作用的可能是某种酶。其次，陈仪本等研究发现，用黑曲霉制备的生物制剂BDA能够降解花生油中的黄曲霉毒素，且这种活性物质的解毒作用的高效性以及对温度、水分、时间等效应都具有生物酶的重要特征，这表明降解实质是酶促反应。考虑到酶促反应必须在水的存在下发生反应，该研究小组选择了谷壳培养法将解毒酶固定化，从而在解决了酶制剂在含水量低的环境下难以作用的难题。随后，有研究报道橙色黄杆菌的粗蛋白提取物在水溶液中可以降解黄曲霉毒素B1，降解率能够达到74.5%。而用蛋白酶K将粗蛋白提取物处理后发现解毒能力降低到34.5%，这表明蛋白对黄曲霉毒素的降解机理可能是酶促反应。
研究者从假密环菌中分离出了一种可以脱除黄曲霉毒素B1毒性的黄曲霉毒素解毒酶，克隆得到其基因序列，成功转化到毕赤酵母表达系统中，并对该酶的固定化技术进行了研究。然而以上解毒酶的理想反应条件都是中性pH值，高水分的体外反应体系，适合植物油、酱油、啤酒及牛奶等，难以在子实、饼粕等低水分饲料原料中直接应用。
研究者从白腐真菌和褐腐真菌的代谢产物中分离出了胞外解毒酶，研究了该酶解毒反应的最佳pH值和温度，并将其纯化。报道了4株具有降解黄曲霉毒素B1活性的菌。其中红串红球菌的胞外提出物在30℃分别与黄曲霉毒素B1混合4小时后，降解率在90％以上，8小时后基本检测不到黄曲霉毒素B1残留。他们还对胞外提取物在热处理和蛋白酶K处理后进行了解毒效果测定，发现降解率降低了。因此，他们认为解毒机理是酶促反应。
（3）黄曲霉毒素的微生物菌体直接吸附、代谢解毒和酶解降解的联合作用： 经研究报道红串红球菌的胞外粗提液与黄曲霉毒素B1作用72小时后降解率可达66.8%。而在红串红球菌菌细胞存在的情况下，72小时后黄曲霉毒素B1只有3%~6％的残留。这是因为菌体对黄曲霉毒素具有吸附作用。
研究者使用14C标记黄曲霉毒素B1与橙色黄杆菌反应并对放射性物质进行追踪和检测。发现无论活细胞还是死细胞均能够吸附黄曲霉毒素B1，但活细胞的吸附作用远大于死细胞的吸附作用，并且只有活细胞释放了被标记了的CO2，这表明一定量的黄曲霉毒素B1被菌体细胞所代谢。这种方法也为研究黄曲霉毒素B1在动物体内的代谢途径提供了参考。此外，他们还发现从橙色黄杆菌提出的粗蛋白物质在水溶液中可以降解74.1%的黄曲霉毒素B1，而用热处理失活的粗蛋白只能降解5.5%的黄曲霉毒素B1。用脱氧核糖核酸酶I处理粗蛋白后发现可以降解80.5%的黄曲霉毒素B1，这表明橙色黄杆菌对黄曲霉毒素的解毒并非由于与细菌DNA的非特异性结合。蛋白酶K处理后的粗蛋白可以降解34.5%的黄曲霉毒素B1，表明解毒机理有可能是酶促反应。
以上研究均证明了黄曲霉毒素是可以通过生物酶降解作用得以去除的，并且在温和的条件下生物酶的解毒不会产生其他有毒的化学物质，也不会损失或极少地损失饲料中的营养物质。虽然黄曲霉毒素的生物降解研究已经有了很大进展，但是由于酶作用条件苛刻等原因，离实际生产应用还有很长一段距离。目前，在国内外生物学方法降解黄曲霉毒素在饲料工业中的应用非常少。因此，筛选出能够产高效降解黄曲霉毒素的酶的菌株以及通过酶工程、基
因工程等手段获得解毒作用条件更宽的解毒酶是未来研究的方向。
篇二：生物工程导论论文
基因工程在生物医药方面的应用
嘻嘻嘻
生工1211
指导老师： ddd老师
摘要：20世纪70年代，随着DNA重组技术的成熟，诞生了基因工程药物，高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命，推动了整个医药产业的发展，医药产业进入了新的历史时期。
关键词：基因工程，生物医药，实验设计
前言
20世纪70年代，随着DNA重组技术的成熟，诞生了基因工程药物，高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命，推动了整个医药产业的发展，医药产业进入了新的历史时期。基因药物经历了三个阶段：第一阶段是把药用蛋白基因导入到大肠杆菌等细菌中，通过大肠杆菌等表达药用蛋白但这类药物往往有缺陷，人类的基因在低等生物的细菌中往往不表达或表达的蛋白没有生物活性。第二阶段是人们用哺动物的细胞代替细菌，生产第二代基因工程药物。第三阶段是到了80年代中期，随着基因重组和基因转移技术的不断发展和完善，科学家可以将人们所需要的药用蛋白基因导入到哺乳动物体内，使目的基因在哺乳动物身上表达，从而获得药用蛋白。
1.基因工程在生物医药领域就有巨大的应用潜力：
20世纪70年代，随着DNA重组技术的成熟，诞生了基因工程药物，高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命，推动了整个医药产业的发展，医药产业进入了新的历史时期。基因药物经历了三个阶段：第一阶段是把药用蛋白基因导入到大肠杆菌等细菌中，通过大肠杆菌等表达药用蛋白但这类药物往往有缺陷，人类的基因在低等生物的细菌中往往不表达或表达的蛋白没有生物活性。第二阶段是人们用哺动物的细胞代替细菌，生产第二代基因工程药物。第三阶段是到了80年代中期，随着基因重组和基因转移技术的不断发展和完善，科学家可以将人们所需要的药用蛋白基因导入到哺乳动物体内，使目的基因在哺乳动物身上表达，从而获得药用蛋白。
据不完全统计，欧美诸国目前已经上市的基因工程药物近100种，还有约300种药物正在临床试验阶段，处于研究和开发中的品种约2000个。值得注意的是，近两年基因药物上市的周期明显缩短。与一般药物研究开发相比，基因工程药物研究投入大。在美国，这种药物的研究经费是工业研究平均投入的近10倍，且呈逐年增加的趋势。一些大的跨国公司为垄断市场而冒险涉足，如美国强生公司为开发一个重组人红细胞生成素(EPO)产品，投资≥20亿美元，获利也十分丰厚。
2.目前国内外通过基因工程技术研制的主要的生物制剂或药物： . 转基因植物基因工程疫苗
目前的蛋白质疫苗主要是通过重组细胞培养系统生产的基因工程疫苗，但这些系统需要发酵、纯化技术，其设备复杂，成本高，目前生产的疫苗也远不能满足全球免疫计划的需要，因此，1990年以来利用转基因植物生产基因工程疫苗的研究得到了迅速的发展。利用转基因植物生产基因工程疫苗，是将抗原基因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄入该植物或其中的抗原蛋白质，以产生对某抗原的免疫应答。
.转基因动物乳腺生物反应器生产的基因工程药物
利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质药物，其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低，故近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物的研究。
.微生物发酵、动物细胞培养生产的基因工程药物
目前工业化生产基因工程药物主要采用微生物发酵、动物细胞培养技术。由于基因工程药物具有巨大的潜在市场，如美国基因工程药物销售额1995年为48亿美元，而1997年超过60亿美元，且每年以20%速度增长，故从1982年重组胰岛素批准上市以来，现已有近40种基因工程蛋白质药物投放市场，主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病、外周神经病、矮小症、心血管病、糖尿病、不孕症等疑难病。我国基因工程药物批准上市已有12种，批准进入临床试验有10余种，进行临床前研究有8种以上。至1997年底各国的基因工程药物批准进入I期临床试验的7种以上，II期临床试验18种以上，III期临床试验10种以上，批准上市39种以上，以外还有很多基因工程药物正在进行临床前研究，如IL(interleukin，白细胞素)-5、IL-15、抗IL-8抗体、抗IL-8受体抗体、神经生长因子、肝细胞生长因子等。
3.设计实验(以实现基因工程药物或制剂的研制)
碱破裂法提取质粒DNA
第一：称取胰蛋白胨0.5 g，酵母提取物0.25 g，NaCl 0.5g，放于100 ml的三角瓶或烧杯中，加入蒸馏水至50ml溶解。分装于20支10ml的试管中，每支约5ml加塞，包扎。以供班上部分。当培养基温度降至55-60℃时，在超净台上向两支试管中分别加入氨苄青霉素（Amp） ，终浓度为100 μg/ml 。并且，在试管上写上与平板上对应的编号，约3管。
第二；用镊子夹取灭菌的牙签挑去少量对应编号的白色菌种的菌种，放入到LB液体培养液进行扩大培养。约挑去3个符合理论的电泳图谱的对应的白色菌落菌种。
第三：在37℃摇菌过夜，然后利用碱破裂分别提取质粒。摇菌后的剩余菌液放在4℃保存。 附：碱破裂法提取质粒操作过程
1) 吸取1.4 ml菌液至1.5 ml离心管中。 2) 离心(8 000rpm，1分钟)，弃上清液。（如想提取多一点DNA，再吸取1.4 ml菌液至同一离心管中，离心，弃上清液）
3) 加入150 μL 溶液Ⅰ，用旋涡振荡器充分悬浮菌体。
4) 加入200 μL溶液Ⅱ，加盖后温和颠倒5~6次，直至呈透明状。此步骤在5分钟内完成。 5) 加入150 μL预冷的溶液Ⅲ，加盖后反复颠倒混匀，直至出现白色絮状沉淀，冰浴5分钟。 6) 离心(14 000rpm，10分钟,4 ℃)，移取上清液于另一干净离心管。 7) 向上清液中加等体积的苯酚/氯仿/异戊醇（25:24:1），振荡混匀抽提，离心(14 000 rpm，5分钟)，溶液将出现分层。
8) 移取上层水相溶液（约450μL）于另一干净离心管，加等体积氯仿，振荡混匀抽提，离心(14 000 rpm，5分钟)，溶液将出现分层。
9)移取上层水相溶液于另一干净离心管，加入1/10体积的醋酸钠（pH5.2）和2倍体积无水乙醇混匀，冰浴30分钟。
10) 离心(14 000rpm，10分钟，4℃)，倒掉上清液。
11) 加0.5 ml 预冷的70% 酒精振荡，洗DNA沉淀一次，离心5 分钟，倒掉上清液。 12)真空抽干或室温自然干燥
13）加20~30μL TE缓冲液使DNA完全溶解，室温放置10分钟，降解RNA杂质，琼脂糖凝胶电泳或-20℃保存备用。 14)琼脂糖凝胶电泳（1%）：称取0.5g琼脂糖粉末，加入50ml 0.5倍TBE溶液，加热熔化，稍降温后，加入5μL溴化乙锭（EB），混匀，制备凝胶板，冷却后备用。 15）每位同学各取5μL质粒DNA加入1μL 6×loading buffer混匀，进行点样。
16）电泳条件：120v，25分钟；电泳完成后，胶块通过凝胶成像系统检测，观察实验结果，并拍照记录。
2质粒DNA酶切电泳 第一： DNA浓度纯度的测定
空白测定：吸取200 μl蒸馏水至比色杯，进行紫外光空白测定。
DNA测定：取质粒DNA 1 μl至一干净的离心管，加入199 μl蒸馏水稀释混匀，所有溶液加入到干净的比色杯中，测定260 nm及280 nm的光吸收值；计录DNA浓度及OD260/OD280比值。
第二：配制酶切反应液碱破裂法提取质粒DNA
第一：称取胰蛋白胨0.5 g，酵母提取物0.25 g，NaCl 0.5g，放于100 ml的三角瓶或烧杯中，加入蒸馏水至50ml溶解。分装于20支10ml的试管中，每支约5ml加塞，包扎。以供班上部分。当培养基温度降至55-60℃时，在超净台上向两支试管中分别加入氨苄青霉素（Amp） ，终浓度为100 μg/ml 。并且，在试管上写上与平板上对应的编号，约3管。
第二；用镊子夹取灭菌的牙签挑去少量对应编号的白色菌种的菌种，放入到LB液体培养液进行扩大培养。约挑去3个符合理论的电泳图谱的对应的白色菌落菌种。
第三：在37℃摇菌过夜，然后利用碱破裂分别提取质粒。摇菌后的剩余菌液放在4℃保存。 附：碱破裂法提取质粒操作过程
1) 吸取1.4 ml菌液至1.5 ml离心管中。 2) 离心(8 000rpm，1分钟)，弃上清液。（如想提取多一点DNA，再吸取1.4 ml菌液至同一离心管中，离心，弃上清液）
3) 加入150 μL 溶液Ⅰ，用旋涡振荡器充分悬浮菌体。
4) 加入200 μL溶液Ⅱ，加盖后温和颠倒5~6次，直至呈透明状。此步骤在5分钟内完成。 5) 加入150 μL预冷的溶液Ⅲ，加盖后反复颠倒混匀，直至出现白色絮状沉淀，冰浴5分钟。 6) 离心(14 000rpm，10分钟,4 ℃)，移取上清液于另一干净离心管。 7) 向上清液中加等体积的苯酚/氯仿/异戊醇（25:24:1），振荡混匀抽提，离心(14 000 rpm，5分钟)，溶液将出现分层。
8) 移取上层水相溶液（约450μL）于另一干净离心管，加等体积氯仿，振荡混匀抽提，离心(14 000 rpm，5分钟)，溶液将出现分层。
9)移取上层水相溶液于另一干净离心管，加入1/10体积的醋酸钠（pH5.2）和2倍体积无水乙醇混匀，冰浴30分钟。
10) 离心(14 000rpm，10分钟，4℃)，倒掉上清液。
11) 加0.5 ml 预冷的70% 酒精振荡，洗DNA沉淀一次，离心5 分钟，倒掉上清液。 12)真空抽干或室温自然干燥
13）加20~30μL TE缓冲液使DNA完全溶解，室温放置10分钟，降解RNA杂质，琼脂糖凝胶电泳或-20℃保存备用。 14)琼脂糖凝胶电泳（1%）：称取0.5g琼脂糖粉末，加入50ml 0.5倍TBE溶液，加热熔化，稍降温后，加入5μL溴化乙锭（EB），混匀，制备凝胶板，冷却后备用。 15）每位同学各取5μL质粒DNA加入1μL 6×loading buffer混匀，进行点样。
16）电泳条件：120v，25分钟；电泳完成后，胶块通过凝胶成像系统检测，观察实验结果，并拍照记录。
2质粒DNA酶切电泳 第一： DNA浓度纯度的测定
空白测定：吸取200 μl蒸馏水至比色杯，进行紫外光空白测定。
DNA测定：取质粒DNA 1 μl至一干净的离心管，加入199 μl蒸馏水稀释混匀，所有溶液加入到干净的比色杯中，测定260 nm及280 nm的光吸收值；计录DNA浓度及OD260/OD280第二：配制酶切反应液碱破裂法提取质粒DNA
第一：称取胰蛋白胨0.5 g，酵母提取物0.25 g，NaCl 0.5g，放于100 ml的三角瓶或烧杯中，加入蒸馏水至50ml溶解。分装于20支10ml的试管中，每支约5ml加塞，包扎。以供班上部分。当培养基温度降至55-60℃时，在超净台上向两支试管中分别加入氨苄青霉素（Amp） ，
终浓度为100 μg/ml 。并且，在试管上写上与平板上对应的编号，约3管。
第二；用镊子夹取灭菌的牙签挑去少量对应编号的白色菌种的菌种，放入到LB液体培养液进行扩大培养。约挑去3个符合理论的电泳图谱的对应的白色菌落菌种。
第三：在37℃摇菌过夜，然后利用碱破裂分别提取质粒。摇菌后的剩余菌液放在4℃保存。 附：碱破裂法提取质粒操作过程
1) 吸取1.4 ml菌液至1.5 ml离心管中。 2) 离心(8 000rpm，1分钟)，弃上清液。（如想提取多一点DNA，再吸取1.4 ml菌液至同一离心管中，离心，弃上清液）
3) 加入150 μL 溶液Ⅰ，用旋涡振荡器充分悬浮菌体。
4) 加入200 μL溶液Ⅱ，加盖后温和颠倒5~6次，直至呈透明状。此步骤在5分钟内完成。 5) 加入150 μL预冷的溶液Ⅲ，加盖后反复颠倒混匀，直至出现白色絮状沉淀，冰浴5分钟。 6) 离心(14 000rpm，10分钟,4 ℃)，移取上清液于另一干净离心管。 7) 向上清液中加等体积的苯酚/氯仿/异戊醇（25:24:1），振荡混匀抽提，离心(14 000 rpm，5分钟)，溶液将出现分层。
8) 移取上层水相溶液（约450μL）于另一干净离心管，加等体积氯仿，振荡混匀抽提，离心(14 000 rpm，5分钟)，溶液将出现分层。
9)移取上层水相溶液于另一干净离心管，加入1/10体积的醋酸钠（pH5.2）和2倍体积无水
10) 离心(14 000rpm，10分钟，4℃)，倒掉上清液。
11) 加0.5 ml 预冷的70% 酒精振荡，洗DNA沉淀一次，离心5 分钟，倒掉上清液。 12)真空抽干或室温自然干燥
13）加20~30μL TE缓冲液使DNA完全溶解，室温放置10分钟，降解RNA杂质，琼脂糖凝胶电泳或-20℃保存备用。 14)琼脂糖凝胶电泳（1%）：称取0.5g琼脂糖粉末，加入50ml 0.5倍TBE溶液，加热熔化，稍降温后，加入5μL溴化乙锭（EB），混匀，制备凝胶板，冷却后备用。 15）每位同学各取5μL质粒DNA加入1μL 6×loading buffer混匀，进行点样。
16）电泳条件：120v，25分钟；电泳完成后，胶块通过凝胶成像系统检测，观察实验结果，并拍照记录。
质粒DNA酶切电泳 第一： DNA浓度纯度的测定
空白测定：吸取200 μl蒸馏水至比色杯，进行紫外光空白测定。
DNA测定：取质粒DNA 1 μl至一干净的离心管，加入199 μl蒸馏水稀释混匀，所有溶液加入到干净的比色杯中，测定260 nm及280 nm的光吸收值；计录DNA浓度及OD260/OD280比值。
第二：配制酶切反应液
第三：反应结束后，向反应液中加入4μl 6×loading buffer，混匀以停止酶切反应，所有24μl样品均点在同一个点样孔中。在以下条件下：120V,45分钟左右进行电泳。
第四：
菌种的利用和保藏
经鉴定并判断正确的质粒，取其对应编号的原菌液，按照需要进行扩大培养，或者取菌液500μl和500μl甘油混合进行超低温（-80℃）保藏。
参考文献：百度百科及陈阅增普通生 物学及上海公共研发平台相关指导
篇三：生物技术导论论文
基因工程在食品中的应用
张银江
(西北民族大学生命科学与工程学院 甘肃 兰州 730030)
摘 要: 阐述了基因工程的技术溯源,论述了基因工程在食品工业方面的应用,详细介绍了基因工程食品的由来,最近转基因食品的应用,展望了基因工程技术在食品工业领域中的美好发展前景。
关键词: 基因工程；食品工业；应用；转基因食品
1 基因工程的定义
基因工程是采用类似工程技术的方法,将不同生物或人工合成的DNA,按照设计方案重新合,并在特定的受体细胞中与载体一起得到复制与表达。关于基因工程所使用的术语也还没有好地统一,常用的还有遗传工程、基因操作、重组DNA技术、基因克隆和分子克隆等[1]。DNA重组、表达和克隆是生物工程核心内容。
基因工程主要包括两个步骤:首先是从某些生物细胞中取得所需要的DNA片段,或在人工控制下合成目的基因,并与载体进行体外重组;然后将重组的DNA转化到受体的活细胞中去,改变受体细胞的遗传特性。
1.1 基因工程的技术溯源
1857年至1864年,孟德尔通过豌豆杂交试验,提出生物体的性状是由遗传因子控制的。1909年,丹麦生物学家约翰生首先提出用基因一词代替孟德尔的遗传因子。1910年至1915年,美国遗传学家摩尔根通过果蝇试验,首次将代表某一性状的基因同特定的染色体联系起来,创立了基因学说[2]。20世纪50年代初开始,由于分子生物学和生物化学的发展,对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)结构和功能有了比较清晰的阐述。70年代初实现了DNA重组技术或称为克隆技术,逐步形成了以基因工程为核心内容,包括细胞工程、酶工程、发酵工程的生物技术。这一技术发展到今天,正在形成产业化并成为世界领先专业技术领域之一,广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门,并日益显示出其巨大的潜力,将为全球面临的蛋白质缺乏、能源、环保和癌症治疗等问题的解决提供广阔的应用前景。1973年美国斯坦福大学和旧金山大学医学院Coke和Boyer两位科学家成功地实现了DNA分子重组试验,揭开了基因工程发展序幕。1982年转基因/超级鼠0的构建成功, 1985年转基因鱼的问世,标志基因工程在食品工业应用的开端,基因工程食品由此走上了历史舞台[3]。 基因工程问世近30年,无论是基础理论研究领域,还是在生产实际应用方面,都已取得了惊人的成绩,给国民经济的发展和人类社会的进步带来了深刻而广泛的影响。 2 基因工程在食品工业中的应用
2.1改造食品原料
基因工程在改造食品原料方面的运用，可以根据原料的来源不同分为两方面，即转基因植物源食品跟转基因动物源食品
2.1.1转基因植物源食品
转基因植物可被改革而具有抗病虫害的能力,这具有深远的经济意义[4]。转基因植物的研究主要在于改进植物的品质，改变生长周期或花期等提高其经济价值或观赏价值；作为某些
蛋白质和次生代谢产物的生物反应器，进行大规模生产；研究基因在植物个体发育中，以及正常生理代谢过程中的功能。植物基因转化方法包括四类，即农杆菌介导法、直接转入法、原生质体融合、花粉管通道法。模生产；研究基因在植物个体发育中，以及正常生理代谢过程中的功能。植物基因转化方法包括四类，即农杆菌介导法、直接转入法、原生质体融合、花粉管通道法。我国及菲律宾培育出超级水稻0和/超超级水稻0,为人口日益增长、粮食日益短缺的世界带来一线光明[5]。
2.1.2转基因动物源食品
通过转基因技术改良新的动物品种是一项发展迅速的生物技术。其主要技术是：从目的供体物种体内获得带有特定优良遗传性状的DNA片段，即目的基因，直接或通过载体导入被改造物种即受体物种的胚胎内，从而培养出优良的新品种。现如今，较为成熟的并可以稳定生产转基因动物的方法只有两种，即显微注射DNA的方法和镜子街道的基因转移法。
虽然，生产转基因动物的研究自20世纪90年代以来日趋活跃，但是目前，转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平。尽管如此，人们仍然设法用它来表达高价值蛋白。现如今，转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。1994年中科院科学家在国际率先提出与开展禽类输卵管生物反应器研发，1998年2月中国科学家又获得了在所分泌的乳汁中含有蛋白凝血因子X的转基因山羊。中科院水生生物研究所，成功地将人生长激素基因和鱼生长的激素基因导人鲤鱼，育成当代转基因鱼，其生长速度比对照快，并从子代测得生长激素基因的表达。中国农业大学生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果，获得第二、三、四代转基因猪215头。
2.2.3开发和生产新一代食品 经过脱色、除臭和精制处理的烹饪用豆油常需要被还原处理,以延长其储藏时间及提高其在烹调时的稳定性。但是,这种还原作用却导致豆油中富含反式脂肪酸,而反式脂肪酸摄入人体后,会增加人患冠心病的可能性。作为精制豆油的色拉油,虽然没有经过还原作用,但其中却富含软脂酸,而软脂酸的摄入也能导致冠心病的发生。因此,选择合适的目的基因和启动子,通过重组DNA技术来改造豆油的组分构成,转基因豆油已投放市场。其中,有的豆油不含有软脂酸,可用作色拉油;有的豆油富含80%油酸,可用于烹饪;有的豆油含30%以上的硬脂酸,适用于人造黄油以及使糕饼松脆的油。利用基因工程改造的豆油的品质和商品价值显然是大大提高了。
2.2.4改造传统的发酵工业的菌种 发酵工业的关键步骤之一是如何获取优良菌株的,除常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,与基因工程结合,大力改造菌种,给发酵工业带来生机,如能表达目的基因的/基因工程菌0的开发。微生物的遗传变异性及生理代谢的可塑性都是其他生物难以比拟的,故其资源的开发有很大的潜力。美国的Bio-Technica公司克隆了编码黑曲霉的葡萄糖淀粉酶基因,并将其植入啤酒酵母中,在发酵期间,由酵母产生的葡萄糖淀粉酶将可溶性淀粉分解为葡萄糖,这种由酵母代谢产生的低热量啤酒不需要增加酶制剂,且缩短了生产时间。
2.2改良食品的营养品质
改变食品的营养品质包括三部分，分别是蛋白质的改良、油脂的改良、碳水化合物的改良。
2.2.1蛋白质的改良
食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当，可能导致蛋白营养不良。采用转基因的方法，生产具有合理营养价值的食品，让人们只需吃较少的食品，就可以满足营养需求。例如,通过基因工程技术,可将谷类植物基因导入豆类植物,获得蛋氨酸含量高的转基因大豆[5]。谷类蛋白质中赖氨酸和色氨酸，豆类蛋白质中蛋氨酸和半光氨酸等一些人类所必需的氨基酸含量较低。通过采用基因导入技术，即通过把人工合成基因、同源基因或异源基因导入植物细胞的途径，可获得高产蛋白质的作物或高产氨基酸的作物。我国学者把玉米种子中克隆得到
的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导人马铃薯中，使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10％以上，硫氨基酸尤为显著。
2.2.2油脂的改良
人类日常生活及饮食所需的油脂高达70%来自植物。高等植物体内脂肪酸的合成由脂肪合成酶(FAS)的多酶体系控制，因而改变FAS的组成就可以改变脂肪酸的链长和饱和度，以获得高品质、安全及营养均衡的植物油。目前，控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功，并用于研究改善脂肪的品质。如通过导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因，可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%。而将硬脂酞CoA脱饱和酶基因导入作物后，可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降，而不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)的含量则明显增加，其中油酸的含量可增加7倍[6]。除了改变油脂分子的不饱和度外，基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事实上，高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜(Canola)在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品种。
2.2.3碳水化合物的改良
谷类蛋白质中赖氨酸和色氨酸，豆类蛋白质中蛋氨酸和半光氨酸等一些人类所必需的氨基酸含量较低。通过采用基因导入技术，即通过把人工合成基因、同源基因或异源基因导入植物细胞的途径，可获得高产蛋白质的作物或高产氨基酸的作物[7]。对碳水化合物的改进
可以通过对其酶的改变来实现。高等植物体中淀粉合成的酶类主要有ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP-GPP)、淀粉合成酶(SS)和分枝酶(BE)。通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得只含直链淀粉的转基因马铃薯。Monsanto公司开发了淀粉含量平均提高了20% ~30%的转基因马铃薯。油炸后的产品更具马铃薯风味、且吸油量较低[8]。
3改善食品风味
食品添加剂主要有防腐剂、抗氧化剂、增鲜剂、酸味剂和甜味剂、食品强化剂等。国外采用基因工程和细胞融合技术，培育出生产谷氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸等的优良菌种，在提高产量和缩短发酵周期方面已取得显著成就。目前通过基因工程技术生产的高效乳酸链球菌素就是一个极好的例子。
利用基因工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂（如：香草素、可可香素、菠萝风味剂）以及高级的天然色素（如：类胡萝卜素、花色苷素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等），并且通过杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好。例如转基因的E．coli的玉米黄素最高产量达2891xg／g。通过把风味前体转变为风味物质的酶基因的克隆或通过发酵产生风味物质都可使食品芳香风味得以增强。另外VB2和VC也都有已经商品化的基因工程产品。
4生产保健食品及食品疫苗
2002年，中国农科院生物技术研究所已通过重组DNA技术选育出具有抗肝炎功能的西红柿。这种西红柿被人食用后，可以产生类似乙肝疫苗的预防效果。将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血的酶基因克隆至牛或羊中，牛乳或羊乳中就含有这种酶。
保健食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白（抗原）基因，通过转基因技术导入植物受体中，得以表达，成为具有抵抗相关疾病的疫苗。已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的保健食品疫苗。口服不耐热肠毒素转基因马铃薯后即可产生相应抗体。
在国外，成功克隆了“多莉”羊的英国科学家则宣布，未来几年内，他们将培养一种新型生物鸡，这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子，癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。英国科学家宣布,未来几年内,他们将培养一种新型生物鸡,这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子,癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。
5改良微生物菌种
5.1改良面包酵母菌的性能 面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。Lancashine将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,最终可生产出膨发性良好和松软可口的面包。
5.2改良啤酒酵母菌的性能 Lancashine采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,啤酒生产方式革新。Lancashing根据同源重组的原理,通过自克隆技术改造啤酒酵母工业菌株G03,工程菌的谷胱甘肽含量比受体菌株提高1616%,啤酒的抗老化能力得到了显著提高,而常规指标没有发生显著变化。
5.3改良酿酒酵母菌的性能 应用基因克隆技术将黑曲霉产糖化酶基因cDNA转入经优化的受体菌(酿酒酵母京龙JL108号),再经反复筛分、驯化获得JL1(Yip128D117N),经包埋制得具有糖化酒化/双功能0的固定化酵母,载体产酶能力在10u /g#h以上,酒精发酵醪液中酶活达20u /mL以上[9]。
6开发保健食品和食品疫苗
以获得高品质、安全及营养均衡的植物油。目前，控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功，并用于研究改善脂肪的品质。如通过导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因，可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%。而将硬脂酞CoA脱饱和酶基因导入作物后，可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降，而不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)的含量则明显增加，其中油酸的含量可增加7倍。除了改变油脂分子的不饱和度外，基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事实上，高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜(Canola)在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品种。
7转基因食品 7.1所谓转基因食品， 就是通过基因工程技术将一种或几种外源性基因转移到某种特定的生物体中，并使其有效地表达出相应的产物（多肽或蛋白质），此过程叫转基因。以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。
7.2转基因生物体是指利用基因工程技术而获得的生物体，包括转基因动物、转基因植物和转基因微生物。转基因生物体与普通生物体的主要区别之处在于它的遗传物质中含有其他生物体的基因（也叫“外源性基因”），而且这些外源性基因能够在转基因生物体中发挥作用或表达出特定产物。
通过这种技术人类可以获得更符合要求的食品品质，它具有产量高、营养丰富、抗病力强等优势，但它可能造成的遗传基因污染也是它的明显缺陷。生活中最常见的几种转基因食品包括：西红柿，大豆，玉米，大米，土豆等[10]。
7.3发展前景 转基因食品的发展前景在利弊的争论中扑朔迷离，这并不是转基因食品独有的现象。历史上技术产品的形成和发展过程中，任何技术产品的形成与发展方向都不可避免地要受到社会因素的影响。社会需求引导了它的出现，它在社会生产、生活中的应用推动了它的发展，不同社会群体之间相互争论的结果决定了它的演变方向，随着科学技术的发展，科学技术越来越明显地成为社会大系统的有机组成部分，它与整个社会大系统及其子系统之间的复杂联系与相互作用也变得越来越突出。
8基因工程在食品应用中展望
从技术发展与开发角度看，世界各国都把生物技术特别是基因工程技术确定为21世纪经济和
科技发展的关键技术，基因工程必将面临更大的发展。目前的基因转殖主要是针对单基因控制的性状，对多基因性状的研究还尚未起步。但随着分子生物学各领域研究的不断深入，实现多基因转殖为期不远，那时转基因产品在食品等领域的应用将更加广泛。而且，随着分子标示技术的日益发展和完善，转基因过程的可操作性越来越好，基因工程必将给人们带来更丰富、更有利健康、更富有营养的基因食品。
参考文献：
[1]吴乃虎,基因工程原理[M ]1北京:科学出版社, 19991
[2] 周如金,郭华,彭志英1粮食与油脂, 2002, 4: 331
[3] 杨淑芳1农业工程技术-农产品加工, 2007, (12): 11~131
[4] 杨其光,陈静娴1珍稀特植物微繁殖技术[M ]1安徽科学技术出版社12003, 194 -195
[5] Villavi ALCH, AraujO MM, Baldasso JG, et al1Radiation Physicsand Chemistry, 2004, 71: 489~4921
[6]郑铁松,何国庆,应铁进1食品工业科技, 2000, 21(4): 70~72
[7] 李淑侠 齐凤兰 等.-[J].食品科学,2000,3:6-8.
[8]陈宗道,赵国华,李洪军,等1中国食物与营养, 2000, 4: 14~161
[9]吴淑魁,罗进贤,陈海滨等1固定化/双功能0酵母基因工程菌在酒精工业生产中的应用[J]1酿酒科技, 2004, 2: 61 -64
[10]《基因工程》楼士林等编著，科学出版社，2002.7
免费论文网友情提示：本网站所有内容为共享上传提供，不涉及任何商业利益，本站对此不承担任何保证责任！
Copyright © www.csmayi.cn Corporation, All Rights Reserved 共享时代 共享你我他 版权所有