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主要内容

生物技术简介

什么是生物技术。DNA技术概述。生物技术中的伦理问题。

要点:

  • 生物技术 是指利用一个有机体、有机体的一个组成部分、或其他生物系统,来制造一个产品或过程。
  • 许多现代生物技术依赖DNA技术。
  • DNA技术 是DNA的测序、分析和剪切粘贴。
  • 常见的DNA技术有DNA测序聚合酶链式反应DNA克隆凝胶电泳
  • 生物技术的发明可以引起新的实践问题和伦理问题,必须在全社会的知情投入下加以解决。

介绍

当你听到“生物技术”这个词时,你会想到什么?也许你在新闻中看到过,比如克隆羊多莉,转基因生物,或者基因疗法。
爱丁堡苏格兰国家博物馆中克隆羊多莉的标本。
多利羊的标本。多利是第一只克隆哺乳动物。也就是说,她是与另一只羊具有相同基因的“复制品”。
图片修改自 "Dolly the sheep, National Museums of Scotland, Edinburgh," 作者 Mike Pennington (CC BY-SA 2.0). 修改后的图像授权如下 CC BY-SA 2.0 .
如果你是这样想的,那么你是完全正确的:这些都是生物技术的例子。但是啤酒酿造、农作物育种和抗生素青霉素呢?这些过程和产品,其中一些已经存在了数千年,它们同样也是生物技术的例子。
在本文中,我们将首先探究生物技术的定义,看看它如何围绕生物体(以及来自生物体的分子或系统)的众多不同用途来生产有用的产品。然后,我们将进一步探究DNA技术,操纵和测序。DNA技术对许多现代生物技术至关重要。

什么是生物技术?

生物技术 是利用一个有机体、有机体的一个组成部分、或其他生物系统,来制造一个用于特定用途的产品或过程。
这是一个非常广泛的定义,如上面所说,它可以包括尖端的实验室技术和已经实践了数百年的传统农业和烹饪技术。让我们来看三个生物技术的例子,看看它们如何符合这个定义:
  • 啤酒酿造。在啤酒酿造过程中,微小的真菌(酵母)被引入到麦芽糖溶液中,它们在一个称为发酵的过程忙碌地进行代谢。发酵的副产品是啤酒中含有的酒精。在这里,我们看到一种微生物 ——酵母——被用来制造供人类食用的产品。
  • 盘尼西林。 抗生素青霉素是由某些霉菌产生的。为了在早期临床试验中制造少量青霉素,研究人员必须每周生产多达500升的“霉菌汁”1. 从那以后,这一工艺被改进,使用更加高产的霉菌株和更好的培育环境来提高产量,以用于工业生产2。在这里,我们看到一个有机体(霉菌)被用来制造一种供人类使用的产品的例子,在这种情况下,是一种用于治疗细菌感染的抗生素。
带有玻璃窗的金属块的图片,包含产生青霉素的霉菌的样本。这块金属块是亚历山大·弗莱明送给道格拉斯·麦克劳德的。
图片更改自 "亚历山大·弗莱明赠送给道格拉斯·麦克劳德的青霉素霉菌样品," (CC BY-SA 2.0). 修改后的图像在 CC BY-SA 2.0 许可证下获得许可.
  • 基因疗法 基因疗法是一种新兴的技术,用于治疗由非功能性基因引起的遗传疾病。它的工作原理是将“缺失“的基因传递给身体的细胞。比如,有一种称为囊肿性纤维化的遗传性疾病,患有此病的患者缺少肺部产生氯离子通道的基因功能。在一个最近的基因治疗临床试验中,功能基因的拷贝被植入一个叫做质粒的环状DNA分子中,并在细胞膜组成的球中(以喷雾的形式)输送给患者的肺细胞3.
在这个例子中,来自不同来源的生物成分(来自人类的基因,来自细菌的质粒)被结合在一起,制成一种新产品,帮助囊肿性纤维化患者保持肺功能。
正如这些例子所示,生物技术被用于生产我们在日常生活中看到的产品,如酒精和青霉素。它还可以用于开发新的医学治疗方法,如用于囊肿性纤维化的基因治疗。生物技术在食品生产和环境污染的补救(净化)等领域有额外的应用。

DNA技术是什么?

现代生物技术的许多例子依赖于分析、操作和剪切粘贴DNA片段的能力。测序和操纵DNA的方法有时被称为DNA科技4。例如,在囊肿性纤维化基因治疗试验中,研究人员使用DNA操纵技术将氯离子通道基因插入一段载体DNA(载体)中,使其能够在人类肺细胞中表达。
DNA技术对基础生物学和应用生物学都很重要。例如,一种用来复制DNA序列的技术,叫做聚合酶链式反应 (PCR),它被用于许多医学诊断测试,法医应用以及基础实验室研究。

DNA技术的例子

让我们看一些在现代分子生物学中常用的DNA分析和操作技术的例子。您可以使用下面的链接找到关于这些技术的更详细的信息。
  • DNA克隆DNA克隆中,研究人员克隆出许多目标DNA片段,例如基因。在许多情况下,DNA克隆涉及将目标基因插入称为质粒的环状DNA分子中。质粒可以在细菌中复制,制造出许多目标基因副本。在某些情况下,基因也在细菌中表达,产生蛋白质(如糖尿病患者使用的胰岛素)。
    将基因插入质粒。
  • 聚合酶链式反应 (PCR). 聚合酶链式反应 是另一种应用广泛的DNA操纵技术,在现代生物学的各个领域都有应用。PCR反应从一个模板DNA片段开始,产生很多目标DNA序列的拷贝。当DNA以微量存在(例如,在犯罪现场的血滴中)时,这种技术可以用来制造许多DNA拷贝。
  • 凝胶电泳. 凝胶电泳是一种直接观察DNA片段的技术。例如,研究人员可以通过分析PCR反应在凝胶上产生的DNA片段来分析PCR反应的结果。凝胶电泳根据DNA片段的大小来分离它们,然后用染料对片段进行染色,这样研究人员就可以看到它们。
    DNA片段通过凝胶从负极移动到正极。
    凝胶运行后,DNA片段按大小分开,小的片段靠近底部(正极),大的片段靠近顶部(负极)。
    参考自在Reece et al5中的相似图片
  • DNA测序. DNA测序涉及确定DNA分子中的核苷酸碱基序列(A、T、C和G)。在某些情况下,一次只能对一段DNA进行测序,而在另一些情况下,大量的DNA片段(例如来自整个基因组的DNA片段)可以作为一个整体进行测序。
在链接中,您可以更详细地了解这些技术是如何工作的。您还可以了解在研究、医学和其他实际应用中如何使用它们的实例。

生物技术引发了新的伦理问题

生物技术有可能会为人类和社会带来好处,但也可能产生负面影响或意想不到的后果。这适用于所有形式的技术,不仅仅是生物技术。然而,与其他技术形式相比,生物技术可以提供不同种类的利益,并带来不同类型的困难。
重要的是,创新的生物技术(像其他创新技术一样)在投入普遍使用之前,必须经过仔细的测试和分析。临床试验和政府监管有助于确保投放市场的生物技术产品安全有效。然而,有时新信息的出现会让公司和政府机构重新考虑创新的安全性或实用性。当一种药物偶尔退出市场时,我们就会看到这种情况发生。
此外,生物技术的创新可能引发关于某些信息、技术和知识应该或不应该使用的新伦理问题。
  • 其中一些涉及隐私和待遇的平等。例如,如果你具有可能患上某种疾病的基因变异,你的健康保险公司是否应该向你收取更高的保费?如果你的学校或雇主获得了你的基因组,你会有什么感觉?
  • 其他问题涉及生物技术的安全、健康影响或生态影响。例如,通过基因工程使其自身产生杀虫剂的作物减少了喷洒农药的需要,但也引起了人们对植物在野外生长或与当地种群杂交的担忧(可能造成意想不到的生态后果)。
  • 生物技术可能提供的信息会使个人面临困难的抉择。例如,一对夫妇可能通过产前检查得知他们的胎儿患有遗传疾病。同样,一个出于好奇心而对自己的基因组进行测序的人可能会知道,他将患上一种无法治愈的晚期遗传病,比如亨廷顿舞蹈症。
科学研究和发展可以提供新的信息、技术和知识。然而,科学本身无法回答这些技术应该或不应该被使用的问题。重要的是,在有关可以影响我们的日常生活生物技术发明和产品的对话中,所有社会成员的声音都应该被听到。

教育自己并分享您的观点

理解任何生物技术形式背后的基本生物学是判断其好处和潜在缺陷的重要第一步。本部分的信息将帮助您开始构建“工具包”,以理解和评估新的生物技术发明。
如果你对某一特定类型的生物技术感到好奇,或者担心其潜在的后果,那么自己做些背景研究是个不错的主意。寻找可靠、公正的资料来源,如有争议,尽量了解双方的意见。确保你完全掌握了这项发明背后的科学原理,有哪些为人知(和不为人知)的信息,以及它的优缺点。然后,您将能够形成自己的深思熟虑的、得到充分支持的关于是否以及如何使用该技术的意见。

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