細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的方法,通過某種工程學手段,在細胞整體水平或細胞器水平上,按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合技術科學。
細胞工程涉及的領域相當廣泛,就其技術范圍而言,大致有細胞融合技術、細胞拆合技術、染色體導入技術、基因轉移技術、胚胎移植技術和細胞組織培養(yǎng)技術等。
1.細胞融合技術
細胞融合技術是指把兩個細胞(可以是同種細胞,也可以是異種細胞)在融合劑的作用下,融合成一個細胞的技術。應用細胞融合技術進行細胞雜交,能夠克服遠緣雜交不育的缺陷,對培育新品種具有廣闊的應用前景。
2.細胞拆合技術
細胞拆合技術也稱為細胞核(包括細胞器)移植技術,是將細胞核和細胞質用某種方法拆開,然后再把分離的細胞核和胞質體重新組合成一個新細胞。把從細胞中分離出來的染色體或基因轉入另一個細胞中,賦予重建的細胞以某種新的功能,這屬于染色體導入或基因轉移的技術范疇。
3.細胞培養(yǎng)技術
細胞培養(yǎng)技術是將生物體內(nèi)的某一組織分散成單個細胞,接種在人工配制的適于細胞生長發(fā)育的培養(yǎng)基上,然后在適當?shù)臒o菌的生長條件下(如一定的光照、溫度或pH值等)進行培養(yǎng),使細胞能夠生長和不斷增殖的技術。由于從組織中分離單細胞并分化成生物體的技術難度較大,目前多采用組織培養(yǎng)技術。如通過植物胚胎(成熟或未成熟胚)或器官(根尖、莖尖、葉原基、花藥等)的離體培養(yǎng),再生成新植株(試管苗)。這種方法能快速、大量繁殖一些有價值的苗林、花卉、藥材和瀕危植物等。
4.細胞工程的應用
單克隆抗體:將免疫B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合在一起,形成雜交瘤細胞。這種細胞既能像腫瘤細胞那樣長期進行無性繁殖,又能像B淋巴細胞那樣分泌抗體。而且由于這種抗體可以是由單一的無性繁殖細胞系的細胞產(chǎn)生的,故又稱為單克隆抗體。這種技術在臨床上得到了廣泛的應用。
植物組織培養(yǎng):在人工操作下,將植物的器官、組織或細胞從植物體上取出,在一定的容器里供給適當?shù)臓I養(yǎng)物質,使它們得到分化、發(fā)育和生長的培養(yǎng)技術。用于組織培養(yǎng)中的植物細胞或器官稱為外植體。外植體在人工培養(yǎng)基上恢復分裂后,形成一群形態(tài)、結構相同或相似的還未分化的細胞群稱為愈傷組織,愈傷組織細胞在一定的外界因素的誘導下開始分化,最后發(fā)育成一個完整的植物體。該技術的基本原理是植物細胞的全能性。這一技術目前主要用于作物的改良和有用生理物質的生產(chǎn)方面。采用植物組織培養(yǎng)技術,用一小塊植物組織在一年內(nèi)就能培養(yǎng)出成千上萬甚至幾十萬株小苗,這對引入優(yōu)良品種或難以繁殖的名貴品種更具優(yōu)越性。由相物的莖尖通常不受病毒感染,利用莖地行組織培養(yǎng)就可以獲得無病毒植株。
試管動物(嬰兒):通過體外受精和胚胎移植技術而產(chǎn)生的動物或嬰兒。在這一技術過程中,精子和卵子從動物(人)體內(nèi)取出來,在人工提供的生活條件下(通常是在試管中)進行受精,并讓體外受精的受精卵在試管中發(fā)育,再把發(fā)育到一定階段的胚胎移植到“代理母親”動物(人)的子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育直到誕生。試管嬰兒主要是在夫妻間進行的,其目的是解決不育問題。
克隆動物:一般是指通過無性繁殖形成動物后代。1997年,英國生物學家首次用羊的體細胞成功地克隆了一只小母羊,即多利綿羊?寺∈侵笩o性繁殖系,具體地說,是指從一個共同的祖先,通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的DNA分子、細胞或個體?寺∫部芍笩o性繁殖的過程。