遗传操作技术在粮食与医疗中的应用

为什么是这样

跨物种生产能成立，靠的是遗传密码在生物之间基本通用：同一段 mRNA 在大肠杆菌里翻译出的氨基酸序列与在人体中相同。障碍在于真核生物的基因含有内含子（イントロン），而细菌没有剪接机制。所以要提取人细胞中已剪接好的 mRNA，用逆转录酶合成 cDNA，再接到质粒上导入大肠杆菌。需要加糖链等修饰的蛋白质，则改用酵母或培养的动物细胞生产。

在粮食生产上，把细菌产生的、对特定害虫有毒的蛋白质基因导入玉米，得到抗虫作物；导入与除草剂耐受相关的基因，得到抗除草剂作物。向植物导入基因常借助农杆菌：它的质粒中有一段 DNA 能进入植物细胞并整合到染色体上。另一条路线是基因组编辑：用 CRISPR-Cas9 等工具在指定序列处切断 DNA，修复时产生的小突变使目标基因失去功能。

在医疗上，有检测致病突变的基因诊断、用病毒载体等把正常基因送入患者细胞的基因治疗、按个人基因差异选择药物的定制医疗，以及 iPS 细胞：向已分化的体细胞导入少数特定基因（最初的实验为 4 个），使其重新获得多能性，用于再生医疗和药物研究。这些技术也带来风险与伦理问题，日本用卡塔赫纳法规范转基因生物的使用，防止其影响生物多样性。

定量表达

人胰岛素由 A 链 21 个、B 链 30 个，共 51 个氨基酸组成，只算这部分编码需要 51×3=153 个碱基，另加终止密码子。细胞里实际先合成更长的前体，再切成两条链；基因组上的胰岛素基因还夹着内含子，比由 mRNA 得到的 cDNA 更长。

转基因植物的遗传仍服从孟德尔定律。外来基因通常只插入一对同源染色体中的一条，个体只有一个拷贝。这样的植株自花授粉，后代中带有该基因的约占 3⁄4（两个拷贝的占 1⁄4，一个拷贝的占 1⁄2），不带的占 1⁄4；与普通植株杂交则约为 1:1。要得到稳定遗传的品系，需要选出两条同源染色体上都带有该基因的纯合个体。