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作者：杨超月

转基因动物的研究建立在经典遗传学、分子遗传学、结构遗传学和DNA重组技术的基础之上。作为一门生物高技术，转基因动物的研究，既具有深远的理论价值，又有重大的应用价值，因而近年来成为生物工程领域的研究热点之一。

转基因动物是指用实验导入的方法使外源基因在染色体基因组内稳定整合，并能遗传给后代的一类动物。

自1974年美国学者Jaenisch首次应用显微注射法获得转基因小鼠以来，转基因动物已广泛应用于基础研究、疾病动物模型的建立、药用蛋白质的生产、农业（转基因家畜的生产）等各个领域。

一、转基因动物的制备方法

制备转基因动物的步骤是：获得和改建目的基因，将目的基因向生殖细胞高效转移，受精卵或胚胎组织在合适的环境中的发育，筛选、鉴定稳定的细胞系。

目前使用的制备转基因动物的技术有显微注射法、逆转录病毒感染法、胚胎干细胞法和体细胞克隆技术等。

显微注射法产生最早、使用最广，优点是转移率高，试验周期短、可导入的目的基因长。缺点是操作复杂、设备昂贵、不易推广、被导入的目的基因拷贝数无法控制、易导致宿主DNA突变等。

逆转录病毒感染法的优点是单拷贝基因导入、不破坏目的基因、不易发生大的突变、易分析插入位点。缺点是导入的目的基因短、需经嵌合途径、试验周期长、可能出现转入病毒基因的复制表达等。

胚胎干细胞法是1989年意大利学者首先报道的，他用精子作为载体转移目的基因，成功地获得了纯系转基因小鼠。该方法优点是稳定传代的细胞系能用于各种目的基因的转移，可在植入前筛选出合适的细胞。缺点是需经嵌合体途径，试验周期长，EK细胞系的建立和培养技术还不完善。

体细胞克隆技术能够培育出与供体基因组完全相同的转基因动物，在基础研究和应用研究方面有重大意义。如第一例体细胞克隆动物“多利羊”的诞生引起了世界性轰动。但是，在基础理论和实验技术上体细胞克隆技术尚需进一步完善。

二、转基因动物与生物药业

1987年，世界上第一只商业化转基因绵羊在英国著名的罗斯林研究所诞生。这只转基因母羊的乳汁中可以分泌α-抗胰蛋白酶，含量高达30毫克/升。这只转基因羊的出现表明，利用转基因动物生产药用蛋白是完全可行的。这为医药产业开辟了一个崭新的制药途径。同时，“生物反应器”的概念也由此产生。

转基因动物多以乳腺、唾液腺和膀胱为靶位。在这些表达器官中，通过构建合适的载体，选择适当的启动子和调控序列可产生比正常水平高得多的重组蛋白。例如，用转基因动物乳腺作为生物反应器生产基因工程人类蛋白质药物有着其他方法不可比拟的优越性。乳腺生物反应器好比在动物身上建“药厂”。我们可以源源不断获得目的基因的产品。它的优越性还表现在产量高，易提纯，表达产物已经过充分的修饰和加工，具有稳定的生物活性。

以转基因动物来生产目的产品，可极大地降低成本和投资风险。有经济学家算过一笔帐，若用其它生产工艺来生产1克蛋白质，成本需800-5000美元，而利用转基因动物只需0.02-0.5美元。

应用转基因动物生产基因药物也是一种可以获得巨额经济利润的新型产业。例如荷兰GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从乳汁中提炼出来的营养奶粉的销售额是50亿美元。用转基因羊生产的含α-抗胰蛋白酶的羊奶每升可售6000美元。国外经济学家预测，大约10年后，转基因动物生产的药品就会鼎足于国际市场，单是药物的年销售额就将超过250亿美元。

目前已在下列动物的乳汁中生产出一些人类蛋白质药物：

牛：抗凝血酶、纤维蛋白原、人血清白蛋白、胶原蛋白、乳铁蛋白、糖基转移酶、蛋白C等；

山羊：抗凝血酶原、抗胰蛋白酶、血清白蛋白、组织纤溶原激活因子、单克隆抗体等；

绵羊：抗胰蛋白酶、凝血因子Ⅸ、蛋白C；

猪：凝血因子Ⅸ、蛋白C、纤维蛋白原、血红蛋白。

三、转基因动物在其他领域的应用

目前转基因技术已应用于许多领域解决生物学、医学问题，如解决免疫学、病毒学、代谢性疾病、神经生理学方面的问题。

目前已建立的疾病模型有：癌症、动脉粥样硬化、镰状细胞性贫血、囊状纤维化、红细胞增多症、肝炎、免疫缺陷、自发性高血压等。建立疾病模型可用于疾病发病机理的研究，对于人们认识疾病、预防和治疗疾病有着不可替代的作用。就某些器官来说，转基因动物器官用于人体移植将有重大价值。

转基因动物作为疾病模型可以代替传统的动物模型进行药物筛选。利用转基因技术可建立敏感动物品系及产生与人类疾病相同的疾病动物模型，这种动物模型应用于药物筛选的优点是准确、经济、试验次数少、显著缩短试验时间。现已成为人们试图进行“快速筛选”的一种手段。例如，随着癌基因的不断发现，越来越多的肿瘤疾病模型被用于药物筛选。Komori等曾用携带有哺乳动物细胞色素P-450的果蝇进行毒性试验，筛选致突变和致癌物质。Mehtali等曾建立了一种新的用于体内筛选抗艾滋病病毒药的转基因鼠模型。

转基因技术用于育种，不仅可以加快改良遗传性状的进程，使选择的效率提高，改良的机会更多，而且不会受到有性繁殖的局限。

到90年代中期，国际上已成立了数十家转基因动物公司，上面提到的部分产品正在进行临床试验。如抗凝血酶Ⅲ是第一个进入临床试验的转基因蛋白产品。

在我国，施履吉院士早在80年代初就提出乳腺生物反应器的构想，并成功地获得了表达乙肝表面抗原的转基因兔，为通过转基因动物的途径获得药物打下了基础。目前，我国在转基因动物研究领域已经获得了转基因小鼠、转基因鱼几转基因猪、转基因羊、转基因鸡等具有快速生长能力或有抗病能力的家畜、家禽种系。90年代，“863”高技术计划已经将转基因山羊-乳腺生物反应器的研究列入重大项目。1996年10月，上海医学遗传研究所成功研制出5头有人凝血因子Ⅸ基因的羊。1999年2月，有研制成功带有人血清蛋白基因的试管牛。

尽管转基因动物的研究已取得了一定成果，但目前转基因动物研究领域尚存在制备的效率低（据不完全统计，制备一只转基因小鼠，需40个注射过的受精卵，而绵羊、山羊、猪、牛分别为110、90、110和1600。而转基因个体的后代中只有50%表达基因）、不能表达或表达混乱及不能遗传给后代等问题随着这一技术的成熟，许多问题有望得到逐步解决。