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微生物在基因工程中的应用
作者：张子旭
来源：《知识文库》2018年第16期
微生物与我们的生活息息相关，在我们的生活中占有的非常重要的地位。微生物在当下生物技术及生物工程中均起到了至关重要的作用。本文将重点阐述微生物在基因工程中的应用及在当下基因工程对人类发展的影响。 1前言
微生物（microorganism）通常是各种的微小生物的统称，其特征为结构简单、肉眼难以观察、繁殖速度极快、分布广泛、数量极多等。其包括细菌、真菌、放线菌、蓝细菌、古生菌、原生生物在内的一大类细胞生物群体以及病毒和亚病毒等非细胞生物群体。在基因工程、细胞工程、发酵工程等生物工程中，微生物都充当着重要的角色。本文将从微生物在基因工程中的作用、微生物在基因工程中的实际应用以及基因工程在生活中应用及影响几个方面进行阐述。 2微生物与基因工程 2.1基因工程简介
基因工程（genetic engineering）又称遗传工程，是通指重组DNA技术的产业化设计与应用的流程，强调了按照工程学的方法进行设计和操作外源DNA，构建新的分子组合，并导入到另一受体生物中。基因工程的出现标志着人类已经能够按照自己意愿进行各种基因操作，并且能迅速的获得人类所需的新生物类型，最终实现目标蛋白质的工程化生产以及物种的遗传改良。
2.2 微生物与基因工程的关系
微生物在基因工程中的作用有如下几个方面：
基因工程的大部分步骤都需要各种不同的工具酶，如在大肠杆菌中，我们通过分离纯化的方式获得了EcoRI，EcoRII[1]等常用的内切酶，为基因工程提供了便利。
② 基因工程常用克隆载体为质粒载体、酵母表达载体、噬菌体表达载体等。这些均是从病毒、噬菌体、酵母、细菌获得。
③ 微生物细胞是基因工程的载体及表达系统，即使对于动、植物基因工程来说，也先要利用微生物细胞将目的基因导入其中进行拼接，构建表达载体，再转移到动植物细胞中，完成之后的基因工程步骤。
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④ 由于微生物大量存在于土壤、水体和人体表面。其所处环境决定了它具有哪些特性。也因此获得了许多抗酸、抗碱、抗高温、抗低温、抗高盐的遗传性状，可谓“基因宝库”。 2.3 微生物与表达系统 2.3.1 原核表达系统
在原核表达系统的构建中，常用的微生物有大肠杆菌、芽孢杆菌、蓝细菌等，这些微生物均有生长快、代谢易于控制、培养简单等特点。大肠杆菌表达系统最为常见，其代谢过程和基因表达调控机制比较清楚，且培养成本低廉，生长繁殖迅速，并且外源基因产物表达量高。如家蝇天蚕素A则在E.coli BL21通过pET32a载体进行表达生成的肽，具有很强的生理活性，并且产量相比于之前的合成方式大大提高。 2.3.2 真核表达系统
由于原核生物存在一定的不足，如大肠杆菌合成的蛋白会生成内毒素，导致人体产生热源反应；原核生物的加工修饰体系并不完善。因此，研究人员开始利用真核微生物进行基因的表达。酵母表达系统是主要的真核表达系统，其具有以下幾大优点：①大多数无致病性；②遗传背景清楚，易进行操作；③外源DNA转化效率较高；④易培养，容易进行发酵操作。 3基因工程在生活中的应用
基因工程的诞生，大大推动了生物学各个领域的发展。基因工程依靠不同种类的微生物，使得人们之前的梦想和希望变成现实。在微生物学及分子生物学的辅助下，基因工程被广泛应用于各个领域，带动了生物技术产生高速发展。 3.1抗菌肽上的应用
抗菌肽（Antimicrobial peptides， AMPs）通常被认为是先天免疫的重要组成部分，提供了针对广泛病原体的第一道防线。Li等研究发现，眼镜王蛇毒抗菌肽对耐药绿脓杆菌所引起的角膜炎有治疗潜力。同时，抗菌肽还具有抑制肿瘤的作用，但不会对人体正常细胞造成伤害或诱导凋亡。如KIM等构建出的抗菌肽GGN6，其可以诱导癌细胞凋亡，并对产生耐药性的乳腺癌细胞系具有明显的杀伤作用。但因天然抗菌肽的产量过低，限制了在各个领域的研究和使用。通过借助基因工程，可以使抗菌肽的产量和活性大大提高，对未来的推广及使用打下了坚实的基础。
3.2 基因工程在微生物研究的应用
基因工程技术的应用，有力地推动了微生物学更深层次的发展。基因工程的使用使科学家能够更加准确的对微生物的代谢、生理调节以及微生物形态进行观察，同时借助基因工程，人们可以改造微生物，使得研究更加便利。人们将带有荧光素酶的基因导入大肠杆菌中，当该基
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因在大肠杆菌中进行表达时，人们便可以在加入了ATP和荧光素的琼脂平板上发现发光菌落，这为后期的分离提供了更为便捷的条件。 4结语
微生物是基因工程的“根基”，若没有微生物基因工程是极难发展和应用的。同时，基因工程也是微生物学发展的助推器，通过DNA测序、高产量表达、分子克隆，可以更好的研究微生物，为微生物的功能鉴定及分类提供了强有力的帮助。借助微生物和基因工程间相辅相成的关系，人类可以在食品业、工业、农业、医疗等与生活有关的方方面面快速发展，使人们的生活更加多姿多彩。
（作者单位：南京师范大学生命科学学院）