基因改造细菌

由于基因简单，基因改造细菌是第 一批在实验室中被改造的生物。这些生物现在有多种用途，在生产大量用于医学的纯人类蛋白质方面尤为重要。

第 一个例子发生在 1978 年，当时在加利福尼亚大学实验室工作的赫伯特·玻意尔( Herbert Boyer)将人类胰岛素基因的一个版本插入大肠杆菌中以生产合成人类胰岛素。四年后，它获得了美国食品和药物管理局的批准。

由于修改染色体相对容易，细菌是第 一种在实验室中进行基因改造的生物。这种轻松使它们成为创建其他转基因生物的重要工具。来自广泛生物体的基因和其他遗传信息可以添加到质粒中，并插入细菌中进行储存和修饰。

细菌便宜、易于生长、克隆、繁殖迅速、相对容易转化，并且几乎可以无限期地储存在 -80 °C 下。一旦一个基因被分离出来，它就可以储存在细菌内部，为研究提供无限的供应。大量定制质粒使得操作从细菌中切除的 DNA 变得相对容易。

它们的易用性使其成为寻求研究基因功能和进化的科学家的绝佳工具。大多数 DNA 操作在转移到另一个宿主之前发生在细菌质粒内。细菌是最简单的模式生物，我们对分子生物学的早期了解大多来自对大肠杆菌的研究。

科学家们可以很容易地操纵和组合细菌内的基因来创造新的或破坏的蛋白质，并观察这对各种分子系统的影响。

研究人员将细菌和古细菌的基因结合起来，从而深入了解这两者在过去是如何分化的。在合成生物学领域，它们已被用于测试各种合成方法，从合成基因组到创造新的核苷酸。

细菌用于食品生产已有很长时间，并且已经开发和选择特定菌株用于工业规模的工作。它们可用于生产酶、氨基酸、调味剂和食品生产中使用的其他化合物。随着基因工程的出现，可以很容易地将新的基因变化引入这些细菌中。

大多数食品生产细菌是乳酸菌，这也是对基因工程食品生产细菌的大部分研究的方向。可以修改细菌以更有效地运行，减少有毒副产物的产生，增加产量，创造改进的化合物，并消除不必要的途径。

来自转基因细菌的食品包括将淀粉转化为单糖的α-淀粉酶、凝乳酶（凝结牛奶蛋白用于制作奶酪）和果胶酯酶（提高果汁透明度）。

凝乳酶是一种在年轻反刍哺乳动物胃中产生的酶，用于消化牛奶。通过酶消化牛奶蛋白质对于奶酪制作至关重要。大肠杆菌和枯草芽孢杆菌可以通过基因工程合成和分泌凝乳酶，从而提供更有效的生产方式。

使用细菌合成凝乳酶也提供了一种素食奶酪制作方法，因为以前必须屠宰小反刍动物（通常是小牛）才能从胃壁中提取酶。

基础改造细菌用于生产大量工业用蛋白质。通常，在编码蛋白质的基因被激活之前，细菌会生长到很大的体积。然后收获细菌并从中纯化所需的蛋白质。提取和纯化的高成本意味着只能以工业规模生产高价值产品。

大多数来自细菌的工业产品是用于医学的人类蛋白质。其中许多蛋白质不可能或难以通过自然方法获得，而且它们不太可能被病原体污染，从而使它们更安全。在重组蛋白产品问世之前，有几种治疗方法来自尸体或其他捐赠的体液，可能会传播疾病。

事实上，输血以前曾导致血友病患者意外感染 HIV 或丙型肝炎；同样，用从尸体垂体中提取的人类生长激素进行治疗可能会导致克雅氏病的爆发。

转基因细菌的第 一个医学用途是生产胰岛素来治疗糖尿病。生产的其他药物包括治疗血友病的凝血因子、治疗各种形式的侏儒症的人类生长激素、治疗某些癌症的干扰素、治疗贫血患者的促红细胞生成素。