细胞工程应用与人类生活

发布时间：2016-04-24 17:51:56 来源：文档文库

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细胞工程应用与人类生活

摘要：细胞工程是一个新兴的科学领域，同时也是属于近几年来人们日渐关注的生物技术的一部分，细胞工程相对于其他科学技术会相对比较不成熟，但无可否认的是其对人类来说是意义非凡的。随着时间的推移，细胞工程取得了质的飞跃，渗透进人类生活的方方面面。本文结合比较常见的细胞工程技术与人类生活的关系，探索细胞工程技术的应用于人类生活之间的关系，在探索过程中预测细胞工程技术对人类生活的作用。

关键词：细胞工程、生活、健康、饮食、影响

1、引言

2010年的10月一条震动娱乐圈的大新闻——俞灏明和Selina在拍摄电视剧《我和春天有个约会》的一场爆破戏中意外烧伤。治疗烧伤植皮手术无疑是最常见的方法。传统的方法是在患者自身健康的皮肤处取下一部分皮肤，用来覆盖切除伤疤的区域。但是对于大面积烧伤的患者来说这个办法似乎不太可行，在这个时候，动物细胞组织培养技术就给每一个烧伤患者带来了福音。利用动物细胞组织培养技术利用患者的细胞可以培养出大量的细胞。并让这些细胞分化成皮肤组织（如图1），让烧伤患者的治疗更加的有效。不仅仅是针对烧伤动物细胞组织培养技术起到如此重要的作用，在其他方面动物细胞组织培养技术也是扮演着重要的角色。【1】而动物细胞组织培养是细胞工程应用的一个方面。

（图1）

细胞工程是生物工程的一个重要方面，总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。细胞工程作为一个新兴的科学领域不免不被大家熟识，甚至觉得十分陌生。实际上，细胞工程已经走进我们的生活，成为生活中密不可分的一部分，比如粮食与蔬菜生产、水果与园林花卉、临床医学与药物、人工授精、胚胎移植、试管婴儿、克隆技术等。因此我们不难发现，在人类生活中细胞工程扮演着越来越重要的角色。（图2）

二、粮食、蔬菜生产与园林花卉

利用细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的一个方面。中国在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径，培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。

在常规的杂交育种中，育成一个新品种一般需要8～10年，而用细胞工程技术对杂种的花药进行离体培养，可大大缩短育种周期，一般提前2～3年，在农业生产上也有广泛的用途，其技术比较成熟，并已取得较大的经济效益。通过植物体细胞的遗传变异，

筛选各种有经济意义的突变体，为创造种质资源和新品种的选育发（图3）挥了作用。现已选育出优质的番茄、抗寒的亚麻、以及水稻、小麦、玉米等新品系。有希望通过这一技术改良作物的品质，使它更适合人类的营养需求。【2】

蔬菜是人类膳食中不可缺少的成分，它为人体提供必需的维生素、矿物质等。蔬菜通常以种子、块根、块茎、插扦或分根等传统方式进行繁殖，化费成本低。但是，在引种与繁育、品种的种性提纯与复壮、育种过程的某些中间环节，植物细胞工程技术仍大有作为。例如，从国外引进蔬菜新品种，最初往往只有几粒种子或很少量的块根、块茎等。要进行大规模的种植，必须先大量增殖，这就可应用微繁殖技术，在较短时间内迅速扩大群体。在常规育种过程中，也可应用原生质体或单倍体培养技术，快速繁殖后代，简化制种程序。另外，还可结合植物基因工程技术，改良蔬菜品种。

几乎所有的果树都患有病毒病，而且多是通过营养体繁殖代代相传的。用去病毒试管苗技术，可以有效地防止病毒病的侵害，恢复种性并加速繁殖速度。近年来，对经济林木组织培养技术的研究也受到很大的重视。采用这一技术可比常规方法提前数年进行大面积种植。特别是有些林木的种子休眠期很长，常规育种十分费时。据不完全统计，现已研究成功的林木植物试管苗已达百余种，如松属、桉树属、杨属中的许多种，还有泡桐、槐树、银杏、茶、棕榈、咖啡、椰子树等。1960年，科学家首次利用微繁殖技术将兰花的愈伤组织培养成植株后，很快形成了以组织培养技术为基础的工业化生产体系——兰花工业。现在，世界兰花市场上有150多种产品，其中大部分都是用快速微繁殖技术得到的试管苗。从此，市场供应摆脱了气候、地理和自然灾害等因素的限制。【3】

（图3：细胞融合抗盐碱耐干旱葡萄）

3、体外受精与胚胎移植（IVF-ET)

“体外受精和胚胎移植”（IVF-ET）,在中国更多人称之为“试管婴儿”。而事实上，体外受精是一种特殊的技术，“试管婴儿”并不是真正在试管里长大的婴儿，而是从卵巢内取出几个卵子，在实验室里让它们与男方的精子结合，形成胚胎，然后转移胚胎到子宫内，使之在妈妈的子宫内着床，妊娠。正常的受孕需要精子和卵子在输卵管相遇，二者结合，形成受精卵，然后受精卵再回到子宫腔，继续妊娠。所以“试管婴儿”可以简单地理解成由实验室的试管代替了输卵管的功能而称为“试管婴儿”。把卵子和精子都拿到体外来，让它们在体外人工控制的环境中完成受精过程，然后把早期胚胎移植到女性

（图4）

的子宫中，在子宫中孕育成为孩子。利用体外受精技术产生的婴儿称为试管婴儿，这些孩子也是在妈妈的子宫内长成的。尽管体外受精原用于治疗由输卵管阻塞引起的不孕症，现已发现体外受精对由于宫内膜异位症，精子异常(数目异常或形态异常)引起的不孕症，甚至原因不明性不孕症都有所帮助。研究显示一个周期治疗后的妊娠率在40%左右，出生率稍微低一点。

1978年世界上第一个试管婴儿路易丝·布朗在英国诞生，英国产科医生帕特里克·斯特普托和生理学家罗伯特·爱德华兹共同研究的成果，引起了世界科学界的轰动，甚至被称为人类生殖技术的一大创举，也为治疗不孕不育症开辟了新的途径。被称为人类医学史上的奇迹，罗伯特·爱德华兹教授也因此在2010年获得诺贝尔医学奖。IVF通常情况下是将精卵放在同一个培养基中，让它们自然结合，即所谓的“常规受精”。但有时由于各种原因，会出现受精失败。

1992年比利时的Palermo医师在人类成功应用了卵浆内单精子注射（ICSI），这项技术可以解决常规受精失败的问题，因此提高了IVF的成功率。ICSI对重度少弱精以及需睾丸取精的男性不孕症患者的治疗，具有里程碑的意义。近年来，许多IVF中心开展了胚胎着床前遗传病诊断（PGD），对于有某些特殊染色体异常或遗传性疾病的夫妇，可以通过PGD技术选择正常的胚胎，从而获得健康的自代。【4】

4、单克隆抗体

由单一B细胞克隆产生的高度均一、仅针对某一特定抗原表位的抗体，称为单克隆抗体。单克隆抗体是由淋巴细胞杂交瘤产生的、只针对复合抗原分子上某一单个抗原决定簇的特异性抗体。淋巴细胞杂交瘤是用人工方法使骨髓瘤细胞（纯系小鼠的腹水瘤型浆细胞）与已用抗原致敏并能分泌某种抗体的淋巴细胞（常用致敏动物的脾细胞，起作用的是其中的B细胞）融合而成的。用适当方法把杂交瘤细胞分离出来，进行单个细胞培养，使之大量繁殖，则在该培养液中增殖而形成的细胞克隆，只产生完全均一的、单一特异性的抗体，即单克隆抗体。单克隆抗体通常采用杂交瘤技术来制备，杂交瘤抗体技术是在细胞融合技术的基础上，将具有分泌特异性抗体能力的致敏B细胞和具有无限繁殖能力的骨髓瘤细胞融合为B细胞杂交瘤。用具备这种特性的单个杂交瘤细胞培养成细胞群，可制备针对一种抗原表位的特异性抗体即单克隆抗体。【5】

（图5）

单克隆抗体的发展经历了四个阶段，分别为：鼠源性单克隆抗体、嵌合性单克隆抗体、人源化单克隆抗体和全人源单克隆抗体。（全人源单克隆抗体：其抗体的可变区和恒定区都是人源的，去除免疫原性和毒副作用。）由人源化和全人源抗体制备的人源化和全人源抗体药物因其具有高亲和力、高特异性、毒副作用小的特点，克服了动物源抗体及嵌合抗体的各种缺点，已经成为了治疗性抗体药物发展的必然趋势。单克隆抗体问世以来，由于其独有的特征已迅速应用于医学很多领域，比如检测医学诊断试剂、蛋白质的提纯、肿瘤的导向治疗和放射免疫显像技术等。杂交瘤可以在体外“永久”地存活并传代，只要不发生细胞株的基因突变，就可以不断地生产高特异性、高均一性的抗体，但是单克隆抗体固有的亲和性和局限的生物活性限制了它的应用范围。【6】