生物技术在医学的应用

1生物技术在动物疫苗接种中的应用

1.1应用于家禽的DNA疫苗Ulme等用猪流感病毒的核心抗原NP基因制成DNA疫苗并在小鼠中取得了较好的保护效果[1]。陈化兰[2]研究表明，H7亚型血凝素基因DNA疫苗能在极小的使用剂量下成功诱导鸡免疫保护反应，并有效阻断同源低致病力禽流感病毒在机体内的感染。1.2应用于猪的DNA疫苗Gerdts[3]研究表明，用含有gD基因的质粒DNA构建疫苗，接种猪能诱导抗体的产生并在免疫后9个月还能检测到抗体。对PrV糖蛋白基因的DNA疫苗与常规灭活疫苗进行比较发现，DNA疫苗比灭活疫苗效果好。Macklin[4]研究发现，用HIV1株的血凝素HA和核衣壳蛋白NP质粒做成的DNA疫苗，能诱导猪皮肤黏膜免疫应答，产生保护力。1.3应用于牛的DNA疫苗在大家畜牛中，首次用疱疹病毒BHV-1的gD基因构建的质粒DNA进行免疫，能诱导免疫应答。有研究发现，用gD质粒DNA疫苗，免疫新生牛犊的效果较好，表明在有母源抗体存在的情况下，DNA疫苗仍然可以发挥作用。1.4应用于犬的DNA疫苗殷俊和代长海分别用含有犬细小病毒VP1基因和狂犬病病毒糖蛋白Gg基因的质粒DNA构建疫苗，肌肉免疫接种犬后，产生强烈的体液免疫应答，犬细小病毒疫苗对同源CPV的攻击能获得完全保护，狂犬病病毒疫苗也能获得对狂犬病毒攻击的保护[5]。袁慧君等[6]克隆了狂犬病病毒SRV白的cDNA，并构建了含有糖白的DNA疫苗；小鼠免疫试验结果表明，免疫3次后，抗体水平和细胞免疫水平显著提高，对强毒攻击有一定的保护作用。1.5应用于羊的DNA疫苗将编码的羊绦虫45W抗原基因的质粒DNA辅以佐剂，免疫注射后能产生很强的免疫应答，并产生一定的保护作用。

2生物技术在动物病菌检测中的应用

2.1基因检测动物体内的病菌基因检测技术是利用基因标记的方法，通过基因芯片对被测者细胞中的DNA分子进行比对，分析被检测者是否含标记基因的一种技术。它可以在活体动物的分泌液中检测病毒的存在。如果禽类死亡后，仅仅从表型性状难以判断其是否患有禽流感，而基因检测就是一个重要的判断手段。采集活禽的咽喉分泌液或粪便、死禽的肌肉或组织脏器作为样本，采用RT-PCR基因检测技术判断样本中是否存在禽流感病毒，为病情的判断提供可靠的证据[7]。2.2生物传感器用于细菌性疫病的检测近年来，生物传感器的研究和它在工程技术领域的应用倍受关注，它主要是将生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能装置有机结合，利用生物活性物质的高度选择性，来检测生化物质和细菌性疫病。Bourette等将抗E.coli抗体固定在有孔氨丙基玻璃珠上，构造了流动注射免疫传感器，对E.coli进行检测，时间短且灵敏度高[8]。美国Rochester大学医学中心的研究人员从细菌中提取了一种蛋白质作为感觉系统制成硅片探针，如果靶细菌存在就会与探针样本结合，通过相机拍摄探针，便能俘获靶细菌的相关信息，从而进行分析[9]。Kim等建立了沙门氏菌压电免疫生物传感器，通过抗体包被的顺磁小球的磁力加强作用可以检测到鼠伤寒沙门氏菌，而且整个检测过程能在1h内完成[9]。

3生物技术在动物疾病诊断中的应用

3.1对细菌病的诊断猪链球菌是一种重要的共患病的病原菌，对养猪业和人都有严重危害。用传统的病原体分离技术结合血清学试验，能够对猪链球菌进行诊断和血清分型，但该方法工作量大，费时费力且敏感性不高，易产生非特异性结果。拜廷阳等[10]建立了SS9水解探针（TaqMan）模式的荧光实时定量PCR检测方法，与常规PCR方法相比，诊断更加迅速，整个反应可在1～2h内完成，且不需要电泳，其检测灵敏度是常规PCR方法的100倍，并能实现对样品的实时定量检测。3.2对病毒病的诊断动脉炎病毒是引起母猪繁殖障碍和仔猪呼吸症状的一种重要病毒，其突变株可引起高致病性猪蓝耳病，给养猪业造成了巨大的经济损失。刘圆圆等[11]根据该类病毒在Nsp2基因1594～1680处缺失87个碱基的特点，设计了一对特异性引物，利用TaqMan探针，成功建立荧光定量PCR检测方法。该方法不仅特异性强、灵敏度高、能很好地区分高致病性猪繁殖与呼吸系统综合症病毒和其他病毒，而且没有发现假阳性和假阴性现象。

4生物技术在动物疾病治疗中的应用

基因治疗技术可将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞，以纠正基因缺陷或者发挥治疗作用[12]。1990年，第1例基因治疗的成功使得利用基因工程治疗疾病成为现实。目前，基因治疗越来越多地受到科学界的关注。4.1基因治疗药物研制重组腺病毒-p53抗癌注射液是我国和世界上第一个基因治疗药物。它的研制成功开创了基因治疗药物研究的先河，这种广谱的肿瘤基因治疗类新药能够杀灭癌细胞，可与放疗、化疗、热疗协同作用，具有抑制肿瘤血管形成、激活患者免疫功能的作用[13]。4.2动物疾病治疗基因治疗在动物疾病治疗中应用于多个方面。临床上主要用于治疗血液方面的疾病，其基本策略是把一些与血管生成有关的因子如血管生成素-1（Ang1）和人肝细胞生长因子（HGF）等通过合适的传递系统转移到靶细胞，使其在靶细胞内有效表达，从而达到治疗因相关因子缺乏而引起的疾病的目的。此外，还可以治疗某些炎症和内科疾病[14]。目前，基因治疗的有效性已在体外及动物实验中得到证实，部分临床试验亦取得了令人鼓舞的结果。基因治疗作为一种新的治疗手段，已从理论走向实践，但还有许多问题有待解决。

5生物技术在动物遗传育种中的应用

5.1生物技术控制性别控制性别是指通过人为的干预，使动物生产出人们期望的性别的后代。控制家畜出生时的性别是人类一直梦寐以求的愿望。在畜牧业生产中，通过性别控制生产后代，可在同等投入的情况下，获得倍增的奶、肉等。用于生产实践的性别鉴定方法主要是PCR法。PCR鉴定胚胎性别的原理就是针对Y染色体上的性别特异性片段设计引物，以胚胎细胞DNA为模板，在一定条件下进行PCR扩增，使雄性胚胎和雌性胚胎扩增出不同的产物，用电泳进行鉴别。PCR法与传统的胚胎性别鉴定方法相比，具有快速、准确等优点。陈从英等[15]利用牛SRY基因序列设计合成了2对嵌套式PCR引物，作为公牛特异的性别鉴定引物、根据牛酪蛋白基因序列设计合成了一对基因引物，建立了牛早期胚胎性别鉴定的套式PCR反应体系。该反应体系在新疆经实践检验，准确率可达100％。5.2转基因技术培育优良品种转基因动物是指通过基因工程对DNA进行体外操作，首先，添加或删除一个特殊的DNA序列，然后导入早期的胚胎细胞中，构建得到修饰的遗传基因，其改变的性状可以遗传给后代。由于转基因动物体系打破了自然繁殖中的种间隔离，使基因能在种系关系很远的机体间流动，它将对整个生命科学产生重要的影响[16]。此项技术可以改良畜、禽、水产等动物的生产性状，加快动物育种和提高生长速率、产量、改进品质。Damak等[17]将小鼠超级硫角蛋白启动子与绵羊的IGF-1cDNA融合基因显微注入绵羊原核期胚胎，产生的后代转基因羊在14月龄剪毛时，净毛平均产量比非转基因羊提高了8％。朱作岩用显微注射技术获得了比对照组生长速度快2倍的金鱼以及生长速度明显加快的转激素基因的鲫鱼等。转基因技术还可以实现抗病育种，例如导入乳铁蛋白基因的转基因奶牛，具有很强的炎抗病力。近年来，利用转基因动物生产人类药用蛋白等非常规畜牧产品，是目前世界上转基因研究的热点之一。1991年，英国科学家将人的α1-抗胰蛋白酶基因转入绵羊受精卵，成功获得了5只转基因绵羊，其中，4只母绵羊乳中都表达了人的α1-抗胰蛋白酶，而且绵羊乳中纯化的α1-抗胰蛋白酶与人血浆中的α1-抗胰蛋白酶具有相同的生物学活性。5.3体细胞克隆育种1997年，英国科学家Wilmut在《Nature》杂志上报道了克隆羊Dolly的诞生，开创了以体细胞为基础克隆动物的先河。后来，研究人员先后用体细胞克隆出了小鼠、山羊、牛、猪等动物。细胞克隆可以应用于以下方面：（1）细胞克隆结合胚胎工程技术，可以保护动物的遗传资源；（2）大量扩繁具有优良生产性状的动物，提高畜群的总体生产水平；（3）体细胞克隆与转基因技术相结合，可明显缩短获得转基因动物的时间间隔，避免目的基因在传代过程中的丢失，从而提高转基因动物的效率[18]。现代生物学的技术手段是多种多样的，其在动物医学的应用也是广泛的。但是也应该意识到，由于现代生物技术的发展历史不是很长，其在动物医学中的应用还处于初级阶段。当然，随着科技的快速发展、研究的不断深入，现代生物技术会不断完善和成熟。在21世纪，以现代生物技术为依托的动物医学将成为必然趋势，现代生物技术也将为畜牧业作出不可估量的贡献。

作者：田怀清 李儒宏 南晓洁 单位：沁县畜牧局 山西省农业科学院食用菌研究所