基因技術

基因技術

基因由人體細胞核內的DNA(脫氧核糖核酸)組成,變幻莫測的基因排序決定了人類的遺傳變異特徵。人類基因組研究是一項生命科學的基礎性研究。有科學家把基因組圖譜看成是指路圖,或化學中的元素周期表;也有科學家把基因組圖譜比作字典

  • 中文名稱
    基因技術
  • 外文名稱
    genetic technology
  • 拼音
    Ji Yin Ji Shu
  • 專業
    生物學
  • 釋義
    生物工程中的一種基于基因的技術

套用介紹

通過遺傳標記的檢驗與分析來判斷父母與子女是否親生關系,稱之為親子試驗或親子鑒定。DNA是人體遺傳的基本載體,人類的染色體是由DNA構成的,每個人體細胞有23對(46條)成對的染色體,其分別來自父親和母親。夫妻之間各自提供的23條染色體,在受精後相互配對,構成了23對(46條)孩子的染色體。如此迴圈往復構成生命的延續。

基因技術

發展信息

由于基因技術在生物工程中的特殊作用,我們有必要單獨對他進行討論。基因技術革命是繼工業革命、信息革命之後對人類社會產生深遠影響的一場革命。它在基因製葯、基因診斷、基因治療等技術方面所取得的革命性成果,將極大地改變人類生命和生活的面貌。同時,基因技術所帶來的商業價值無可估量,從事此類技術研究和開發企業的發展前景無疑十分廣闊。前期美國股市基因技術類股票的大幅上漲表明投資者對此類公司前途看好。我國的基因技術研究取得了不少成果,相關上市公司值得關註。

計畫進展

人類基因組計畫(HGP )與曼哈頓核子彈計畫和阿波羅登月計畫一起被稱為二十世紀三大科學工程。它同時將貫穿于整個21世紀,被認為是21世紀最偉大的科學工程。

早在20世紀上半葉,遺傳學家就提出了“基因”概念,即基因是決定生物性狀的遺傳物質基礎。特別是50年代DNA雙螺旋結構模型創立後, 進一步從本質上證實基因是決定人類生、長、老、病、死和一切生命現象的物質基礎。至70年代, DNA 重組技術(也稱基因工程或遺傳工程技術)終獲成功並付之套用,分離、克隆基因變為現實。不少遺傳病的致病基因及其他一些疾病的相關基因和病毒致病基因陸續被確定。所有這一切使人們似乎看到了攻克頑症的曙光,研究基因的熱情空前高漲,成績斐然。以基因研究為主要內容的分子生物學遂成為生命科學中的帶頭學科和二十世紀後半葉自然科學中一道亮麗的風景線。

但是,有眼光的科學家發現,在這一基因研究熱潮中,把一種疾病狀態與一種或幾種基因相對應起來研究的線性思維模式,並不能真實地闡明疾病發生發展的基因機理。主要原因有二:一是人類基因組所蘊含的約10萬個基因迄今隻有大約1 / 10被克隆和確定,對于復雜疾病相關的基因可能隻知道一部分,按照線性思維模式去研究基因,永遠是小作坊式和零敲碎打式的狀態,不可能從“整體”上搞清疾病的基因機理;二是疾病相關基因是通過其相互作用(即時空網路作用)參與疾病發生發展過程的,零敲碎打式研究不可能全面了解基因的網路作用。因此,諾貝爾獎得主杜伯克首先提出應當從觀念上改變零敲碎打模式,提倡“整體式”研究模式 ——即基因組研究模式。他指出,隻有先把人類基因組搞清楚,一切問題才有可能迎刃而解。美國國會遂于1990年10月1日批準正式啓動HGP,為期15年,政府投資 30億美元。

由于人類基因組的順利進展,在人類基因的測序和研發過程中引發了基因技術的重大革新和革命,從而把現代生命科學推向一個嶄新的階段。人類基因組計畫的目的是要破譯出基因密碼並將其序列化製成研究藍本,從而對診斷病症和研究治療提供巨大幫助。那時候我們不僅可以看到癌症、艾滋病等絕症被攻克,人類可以通過基因克隆復製器官和無性繁殖;基因診斷和改動技術可以使人類後代不再受遺傳病的影響。那時候人類將進入葯物個性化時代,而且人類的生命也將延長。正是由于以下這些新技術和新領域的不斷出現和日新月異,人類在新世紀的生存和生活方式發生重大變化:

基因製葯

發現新葯物作用靶位和受體是非常昂貴和漫長的,科學家隻是依賴試錯法來實現其葯物研究和開發的目標。人類基因組研究計畫完成後將削弱試錯法在葯物研究和開發中的突出地位,進而科學家可以直接根據基因組研究成果(確定靶位和受體)設計葯物。這將大大縮短葯物研製時間和大大降低葯物研製費用,從而從整體上動搖人類製葯工業的現狀,使葯物的開發研究過度到基因製葯階段。隨著人類基因組計畫的深入,一個大規模製葯階段已經來臨。已有500 個基因用于葯物開發,到HGP完成時,這一數目將增加6到20倍,達到3000-10000個。

基因診斷

人類基因組研究計畫最直接和最容易產生效益的地方就是基因診斷。基因診斷的意義:一是可以解決遺傳性疾病難以診斷的黑洞,由于遺傳性疾病主要是由特定的DNA序列即基因決定的, 通過基因診斷能夠在遺傳病患者還未發現出任何症狀之前就能確診;二是肝炎、癌症、艾滋病都與病毒有關,而通過基因診斷技術就可以順利檢查出隱藏在人體細胞基因中的病毒從而在造成危害之前消滅它們。基因診斷主要運用于:一是通過檢測特定基因或相關疾病基因的存在以判斷和評估某疾病在某一個體上發生某疾病的風險,並設法預防這種疾病的發生;二是通過基因診斷促使個性化葯物的誕生;三是通過基因診斷更精確的判斷某些傳染性疾病或腫瘤等疾病的存在,以有利于臨床醫生盡早確定病因。基因診斷技術不僅在疾病檢測上具有重要意義,而且在婚前檢查、親子鑒定等人類生活方面具備廣闊的運用前景。

基因治療

就是通過向人體細胞基因組轉換損壞了的基因或引入正常的基因從而達到治療疾病的方法。基因治療是被認為是治療遺傳病的唯一方法,如把第9 凝血因子置入患者可以治療血友病,把胰島素置入糖尿病患者的體細胞可以治理糖尿病等等。基因治療被稱為人類醫療史上的第四次革命,遺傳學表明人類有6500種遺傳性疾病是由單個基因缺陷引起的,而通過基因治療置入相關基因將使人類的許多不治之症得以克服。

基因克隆

是指把一個生物體中的遺傳信息(DNA)轉入另一個生物體內。 利用基因克隆技術不僅可以培育出自然界不可能產生的新物種,而且可以培養帶有人體基因的動植物作為“生物反應器”生產基因工程產品,還可製造用于人體髒器移植的器官,使人體能夠抑製對異體器官的排斥,從而解決供移植的人體器官來源不足的問題。現在動植物克隆已成為現代科技進步中最具有沖擊力和爭議性的事件,克隆羊和克隆豬的出現引發人類克隆自身的擔憂,而植物克隆和大量轉基因食物大規模出現引發了人們對于生物物種混亂和污染的擔憂。但不可否認的是,植物克隆可以為人類食品來源開啓廣闊的空間,而動物克隆可以利用動物生產大量人類需要的基因葯物和器官。

我國成果

上海復旦大學已建立了大規模快速尋找全長新基因的系統方法。從公開資料庫判斷,全世界一天尋找到的全長新基因為9條, 而復旦大學在僅有一條流水線的情況下,可每天找到全長新基因30條,已達到每天找到全長新基因15條的生產水準,這為大規模進行基因功能研究提供了可靠的保證。

我國近兩年又在上海和北京相繼成立了國家人類基因組南、北兩個中心。 1999 年7月,我國在國際人類基因組註冊,承擔了其中1%的測序任務。我國人類基因組研究除完成3號染色體3000萬個鹼基對即1%的測序任務外,主要著重于疾病相關基因以及重要生物功能基因的結構和功能研究。主要進展有:遺傳性疾病致病基因的研究取得突破性進展,湖南醫科大學夏家輝教授等首次發現神經性耳聾的致病基因GJB3,並克隆到定位于11號染色體的多發性外生性骨疣的致病基因;發現了肝癌相關基因的cDNA和確定了17p 上肝癌相關確失的區域的範圍;定位了鼻咽癌在染色體上的雜合丟失區域;克隆到了若幹白血病致病基因;對原發性高血壓、精神病等多基因病患者及其家系或同胞對進行全基因組掃描,發現了一些與其發病相關的位點,還發現了與原發性高血壓相關的新基因;克隆了數百條來自造血、內分泌、神經、心血管、生殖系統或與發育、分化以及與信號傳導有關的新基因的全長cDNA;在建立西南、東北地區12個少數民族及南、北方兩個漢族人群永生細胞株庫的基礎上,開展了我國多民族基因組多樣性的比較研究。

基因工程

階段性

基因工程產品的技術含量非常高,從目的基因的取得到表達載體的構建都是十分煩瑣而艱巨的工作,必須在實驗室中進行大量的工作。因此,基因工程產品的前期研究和開發投入(R&D)非常高,國外新葯的研究開發費用基本上佔銷售額的15 %左右。而基因工程產品的直接生產成本卻非常低,而且對生產的設備要求也不是很高,尤其是對細胞因子和重組葯物的生產隻要取得了具有高表達量的生產菌株,掌握分離和純化技術,利用普通的發酵罐就能生產。如大舉介入生物醫葯領域的日本麒麟株式會社原來是啤酒生產企業,掌握了生產技術後,利用原有的發酵設備便很快在細胞因子的生產領域佔有了一席之地。

基因產品的這一特點意味著基因工程領域的進入壁壘並不存在于生產領域,這一點與有些行業不大相同,而基因工程的進入壁壘存在于該產業的上遊,即研究開發這一環節,研究開發一是資金投入大,二是技術力量要求高,不是所有企業部能問津的。

生命周期

一般而言,一種產品總要經過創新、成長、成熟和衰退的生命周期,生命周期中各個階段隨著產品性質的不同在時間跨度上不一而足。基因工程產品的創新期非常長,因為不僅是基因工程產品的研究開發需要花費大量的時間和精力,而且對基因工程產品的審批也相當嚴格。在我國,基因工程產品統一由生物製品檢定所檢驗,由衛生部審批,新葯按葯品管理要求要進行三期臨床實驗,許多產品還要進行兩年的試產期。因此,一種基因工程產品完成創新階段,從實驗室到消費者手中要經過好幾年時間。

國內現狀

由于基因工程產品生產成本低,產品附加值高,整個產業的發展前景十分看好。一大批國內企業包括許多上市公司近年來紛紛涉足這一行業。基因工程葯物、生物疫苗、生物診斷試劑三大類的基因產品均有國內企業參與生產。在許多產品的市場上,國內企業依靠低廉的價格和廣闊的行銷網路,已在與國外廠商的市場競爭中取得了優勢地位。

首先從行業分布上來看,國內上述幾類基因工程產品的市場格局大致呈現如下的狀況:

重組類葯物

市場上常用的胰島素、水蛭素、降鈣素等產品是通過提取或化學合成的方法獲得的,因此在這方面國內外的企業和研究機構都還有相當多的工作可以做。當前,有許多院校和研究機構已在這方面取得了一定的進展,拿到了目的基因並在實驗室構建了表達載體,但在表達量及分離純化方面還有待突破。通化東寶宣布已獲衛生部許可利用基因工程技術生產胰島素,可見部分重組類葯物的產業化生產已不再遙遠,國內在這方面與國外的差距還不算大,是一個大有可為的新領域。

生物疫苗

一些疫苗如破傷風疫苗、脊髓灰質炎疫苗,市場上已相當普及,另外一些疫苗如肝炎疫苗,普及還不廣,還有很大的市場空間可以擴展,許多疾病,甚至是常見病,如流感等還沒有找到相應的疫苗。從市場情況來看,國內企業處于相對劣勢,國產疫苗與進口的同類產品相比,雖然價格隻有對方的2/3,但質量不穩定,而且操作起來非常不方便,因此在這個市場上,舶來品佔據了相當的市場份額。

生物診斷

生物診斷試劑市場的情況與生物疫苗市場頗為相似,國內產品與進口同類產品主要在質量的穩定性、操作的方便性等方面存在著較大的差距,因而進口試劑診斷盒佔據了大部分市場份額。

主要問題

技術製約

不可否認,國內在分子生物學的基礎研究上與國外相比,的確存在著較大的差距,而且分子生物學是一門實驗科學,資金投入不足,實驗室裝備落後直接製約了我國科研機構開發新的科研成果的能力。海王生物有關負責人坦承,基因工程產品在2000年很難賺錢,除非有相當的技術及市場優勢可以參與國際競爭,否則進入該行業無異于飛蛾撲火。

製度缺陷

我國在科研成果產業化方面存在著較大的製度缺陷。首先, 在投融資體製方面,我國還沒有建立起成熟的適應于知識經濟時代的投融資體製,如風險投資基金、國家高新技術產業投資基金、中小企業的場外股票交易市場等,因此許多科研成果在轉化為生產力的過程中,資金上存在著瓶頸效應。由于開發一個基因的工程葯品,其經費的投入往往是一般葯品的十倍以上。有很多廠家研究的產品均因前期投入巨大而後續資金無法跟上使進程停頓。故經費嚴重不足,一直困擾著生物工程產品的上、中、下遊的發展。

專利侵權

由于中美智慧產權談判成功“復關”臨近,基因工程葯物與其他葯物一樣,同樣存在著十分嚴峻的形式,即“專利侵權”問題,據中美雙方意見,1986年以前專利,中國可仿製,1986年以後的仿製,即有“專利侵權” 問題。1986年以前的基因工程葯物批準僅有:人胰島素,人生長激素,α、γ幹擾素,白介素—2等品種,其餘的品種均是1986年以後的“專利侵權”產品。 國內的研究人員也在積極工作,繞過“專利”的障礙,如EPO的成功。

審批

我國的新品審批管理法規及程式上仍需進一步完善,新品審評的專家隊伍亦需更新,專業審查人員的技術水準,學術水準及實踐經驗均應提高,否則會影響新葯的市場開發速度,造成資金浪費,影響民族工業的發展。

惡性競爭

國內的基因工程產業存在著重復建設多、投資不夠理性的現象,就連運作機製相對規範的上市公司對基因工程產業的投資也存在著相當的盲目性,把涉足基因工程當作改善自身經營業績的萬靈葯。盲目投資使許多產品的市場處于過度競爭的狀態,這在細胞因子市場上表現得十分突出,如EPO 目前國內就有十幾家企業在生產,年生產能力超過了 500 萬支,再加上國外廠商主要是美國 AMGEN公司和德國的寶靈曼公司在中國市場的銷售,市場競爭已非常激烈, 雖然中間商的利潤還頗為可觀,但是真正的生產廠商的利潤已經趨近于成本了。

葯品價格

葯品作為一種關系民生的產品,其價格歷來受到政府的限製。而基因葯物一般價格很貴,在消費上易受到人民生活水準的影響。

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