浅析动物转基因研究进展

摘要动物转基因技术是一项新的生物学技术，可应用于畜牧业及生物医学等领域。对转基因动物的制作方法及应用进行了综述，对其发展趋势进行展望，以促进动物转基因研究的开展。

关键词转基因动物；畜牧业；生物医学

ResearchProgressofAnimalTransgenic （1 College of Life Science，Shandong Normal University，Jinan Shandong 250030； 2 The Research Center of Dairy Cow，Shandong Academy of Agricultural Science）

AbstractAnimal transgenic technique is a new biological tool，and is applied in a few of fields，such as animal husbandry and biomedical science.The status of production and application of transgenic animals were summarized，and the development trend was analyzed，in order to improve the study of animal transgenic.

Key wordstransgenic animals；animal husbandry；biomedical science

动物转基因技术是20世纪80年代初发展起来的一项新的生物技术，该技术克服了动物物种之间固有的生殖隔离，实现了不同物种之间遗传物质的交换和重组。经过科学工作者多年的努力，转基因研究已经取得许多开创性的成果，在基础生命科学、医学以及农学等一系列领域中展现出非常广阔的应用前景，备受各国科学家的关注。该文对转基因动物的制作方法及应用进行概述，对转基因技术存在的问题进行分析，并对动物转基因的发展趋势进行展望。

1制作转基因动物的方法

转基因动物是指那些通过导入外源DNA片段，继而在其染色体组上稳定整合并可遗传给后代的动物，是重组DNA技术和胚胎技术发展的必然结果。制作转基因动物的方法主要有原核显微注射法、胚胎干细胞法、转基因体细胞克隆法、病毒载体法等。

1.1原核显微注射法 1.2病毒载体法

病毒载体法主要包括慢病毒/逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒及在此基础上改造的假型病毒等，该文主要介绍慢病毒/逆转录病毒载体法。 慢病毒载体具有可感染分裂细胞及非分裂细胞、转移基因片段容量较大、目的基因表达时间长、不易诱发宿主免疫反应等优点，已成为当前基因治疗中载体研究的热点。然而其携带的外源基因一般小于10 kb，因是随机整合，故易引起插入突变，其LTRs可能干扰哺乳动物启动子，转基因动物可能是嵌合体。另外，慢病毒载体的安全性一直是人们关注的热点问题，上述问题将制约其在转基因产业化进程中的应用。

1.3胚胎干细胞转染法

从早期小鼠胚胎中获得的胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell，ES）[4]，可在滋养层或条件培养基中培养，将外源基因重组载体转染ES细胞获得转基因ES细胞，再将其注射进囊胚，并将感受态囊胚移植进假孕母鼠的体内，获得嵌合体转基因小鼠。经过常规育种扩繁技术，最终得到可稳定遗传的转基因小鼠新品系。该方法的最大优点是通过同源重组构件的转染，进行基因打靶，可精确定位外源基因整合位点，解决了原核显微注射随机整合的难题。小鼠胚胎干细胞制备技术已经成熟，而家畜是否具有胚胎干细胞及其ES细胞的分离、培养等还在探索中。因此，该方法主要用于小鼠转基因动物模型的制备。

1.4转基因体细胞克隆技术

中国 www.LWlM.Com 2转基因动物的应用

利用转基因技术有目的、有计划地改变动物的遗传组成成分后得到的转基因动物，其应用涉及医学疾病模型、生物制药及农牧业等领域。

2.1培育家畜抗病新品种

传统的家畜育种是通过经典的物种选择方法进行培育，其局限性主要有2个方面。首先，遗传信息只在同种或亲缘关系很近的种间才有可能变换重组。其次，新种选择的先决条件是变异或突变，而天然的突变频率是极低的。随着转基因技术的不断完善和成熟，人们可成功地避开物种间杂交不育的生殖隔离，打破物种界限，突破亲缘关系限制，进行基因交流，培育出自然界和常规育种难以产生的具有特别优良性状的品种或种群，其中抗病转基因动物的培育受到了广泛的关注。

病毒性脑膜炎病毒引起家畜急性中枢神经系统感染性疾病，造成巨大的经济损失。1994年Clements等[19]得到了表达Eve基因的母羊，其血液中能够检出Eve糖蛋白的免疫抗体。 PfEifer等[23]将沉默Prp基因的小RNA干扰片断（RNAi）转入小鼠原核细胞核内，获得的转基因小鼠接种感染性朊病毒后，其存活时间长于野生型小鼠。2006年Golding等[9]利用RNAi技术针对引起牛疯牛病和羊痒病的Prp基因序列设计有效的RNAi，获得1头转基因羊胎儿，检测发现RNAi很好地抑制了体内Prp基因的表达。2006年Yu等报道利用基因打靶技术获得敲除了朊病毒一个Prp基因位点的体细胞克隆山羊，经过3个月观察，这些基因敲除羊没有异常表现。2007年Richt等利用基因打靶技术灭活牛的PRNP基因，获得生长发育正常、存活2年以上的转基因牛，它们能够很好地抵抗疯牛病的传染。因此，利用转基因动物制作技术提高动物的抗病性具有十分乐观的前景。

2.2家畜肉产品质量和产量的改良 菠菜根部的FADZ基因编码一种具有将饱和脂肪酸转换为不饱和脂肪酸的酶，2004年日本Kinki大学的Saeki等[26]成功培育出不饱和脂肪酸含量高的FADZ基因转基因猪，其体内的不饱和脂肪酸要比一般的猪高约20%，从而提高了猪肉的质量，同时证明植物基因能够在动物体内发挥作用，并改善动物产品质量。

2.3建立动物生物反应器 目前，我国用于生产重要的重组蛋白质药物的转基因牛、奶山羊和转基因兔等已相继诞生，这标志着我国在转基因动物制药方面的研究已达到相当的水平，利用乳腺生物反应器大规模生产人类所急需的外源活性蛋白是当前生物技术领域的研究热点之一。

2.4建立人类疾病的动物模型

根据某基因对机体生理状况的影响，建立疾病的转基因动物模型，进而深入研究相关疾病的发病机理，探索其有效的治疗方法，将对医药产业产生深远影响。

人类约有20 000~25 000个基因，已知的人类疾病有数千种，其中很多是由基因突变所导致的。在20世纪80年代之前，人们只有通过鉴定自发突变个体表现出的表型研究人类遗传性疾病，随着转基因技术的发展，通过有目的精确地失活或增强某些基因的表达建立人类遗传性疾病的转基因小鼠模型，为疾病病症和致病因素研究奠定了坚实的基础[39]。大型家畜作为需要较长观察期疾病的动物模型更为合适，如猪、羊、牛等。视紫红质与夜盲症有关，将猪的视紫红质基因突变[40]，其表现出与人类表型相似的性状，可以用来对色素性视网膜炎致病机理和治疗进行研究。生长激素释放激素异常与Turner氏综合症、Crohn氏疾病、肾功能不全、子宫生长停滞等有关，可用生长激素释放激素基因突变的猪模型进行探索性研究[41]。

小鼠等非灵长类动物的解剖学、生理学都明显区别于人类，其作为人类疾病模型具有许多局限性。转基因狨猴是传染病、免疫学和神经障碍性疾病很好的模型，利用含有可导致肌营养不良的突变基因的转基因狨猴为模型，可加快该疾病防治研究的进度[42]。2009年Sasaki等制备了含GFP标记基因并可以遗传给后代的转基因狨猴，将应用于生物医学研究的很多领域。

已建立转基因动物模型的人类遗传病包括多种癌症[43]、心脏病[44]、动脉粥样硬化[45]、帕金森病[46]、老年痴呆症[47]、焦虑症和抑郁症[48]等，为人类疾病的研究与治疗提供了强有力的支撑。

3问题与展望

转基因动物的生产及相关产品已显示出了广阔的应用前景与重大的应用价值，然而作为刚刚起步的生物高新技术仍存在一些缺陷，主要问题包括：转基因动物特别是转基因家畜的外源基因整合率及表达效率低；对转基因动物制作的精细理论及整个过程的调控尚不清楚；转入的基因在宿主基因组中的行为难以控制，其插入可能造成内源基因的破坏，还可能激活原本已关闭的基因，从而导致动物出现异常，如阳性个体不育、胚胎死亡、四肢畸形等发育异常现象；转基因动物及其相关产品的安全性有待进一步研究等。

为使转基因动物发挥更大的作用，需要对转基因动物制备技术的各个环节进行不断探索，以提高转基因动物的成功率，包括对不同物种外源基因载体的制备与选择、对基因转移技术的优化、提高体细胞核移植的效率等，最关键的问题是转基因动物的制备是多学科交叉和综合的新技术，相关基础理论是技术突破的瓶颈。因此，各技术与理论的进一步完善和完美结合，将会为转基因动物产业化与商品化铺平道路，并大大推动相关产业的发展。令人鼓舞的是美国FDA在2006年宣布从克隆动物中获得的食品进入食物链是安全的，同年美国GTC Biotherapeutics公司利用山羊乳腺生物反应器生产的重组人抗凝血酶III（商品名：ATryn）获得欧洲药监局批准，Atryn可以阻止遗传性抗凝血酶缺陷症患者体内形成过多血栓；2009年2月6日获得FDA批准上市，该新药的诞生标志着一场生物制药革命的开始。

4参考文献 [2] GORDON J W，SCANGOS G A，PLOTKIN D J，et al.Genetic transfor-mation of mouse embryos by microinjection of purified DNA[J].Proc Natl Acad Sci U S A，1980，77

（2）：7380-7384. [4] PALMITER R D，BRINSTER R L，HAMMER R E，et al.Dramatic growth of mice that develop from eggs microinjected with metallothionein-growth hormone fusion genes[J].Nature，1982，300

（6）：611-615. [6] JAENISCH R，FAN H，CROKER B.Infection of preimplantation mouse embryos and of newborn mice with leukemia virus：tissue distribution of viral DNA and RNA and leukemogenesis in the adult animal[J].Proc Natl Acad Sci U S A，1975，72

（10）：4008-4012.

[7] ROGERS C S，HAO Y，ROKHLINA T，et al.Production of CFTR-null and CFTR-DeltaF508 heterozygous pigs by adeno-associated virus-mediated gene targeting and somatic cell nuclear transfer[J].J Clin Invest，2008，118

（4）：1571-1577.

[8] HASKELL R E，BOWEN R A.Efficient production of transgenic cattle by retroviral infection of early embryos[J].Mol Reprod Dev，1999，40

（3）：386-390. [10] GOMEZ M C，POPE C E，KUTNER R H，et al.Generation of domestic transgenic cloned kittens using lentivirus vectors[J].Cloning Stem Cells，2009，11

（1）：167-176. [12] SASAKI E，SUEMIZU H，SHIMADA A，et al.Generation of transgenic non-human primates with germline transmission[J].Nature，2009，459（7246）：523-527. [14] SCHNIEKE A E，KIND A J，RITCHIE W A，et al.Human factor IX transgenic sheep produced by transfer of nuclei from transfected fetal fibroblasts[J].Science，1997，278（5346）：2130-2133. [16] BAGUISI A，BEHBOODI E，MELICAN D T，et al.Production of goats by somatic cell nuclear transfer[J].Nat Biotechnol，1999，17

（5）：456-461. [18] ROGERS C S，STOLTZ D A，MEYERHOLZ D K，et al.Disruption of the CFTR gene produces a model of cystic fibrosis in newborn pigs[J].Science，2008，321（5897）：1837-1841. 网 www.Lwlm.COm