摘 要： 分子生物学理论和技术的不断创新发展和科学应用,已在生命科学领域获得一定成效,动物营养学的创新发展需在分子水平上,对动物机体所表现出的生理和病理变化调控做出科学分析解释。文中以动物营养学为中心,对分子生物技术的应用和发展前景进行论述,以期为动物营养学和分子生物技术的发展提供一定的帮助。
关键词： 分子生物学; 动物营养; 基因技术;
0、 引言
随着分子生物学技术的创新发展与科学应用,对人类生产生活也产生非常重要的影响。对分子生物学技术、理论的创新发展进行充分的深入了解,对动物营养学的科学深入研究起到非常关键的作用。近些年,分子生物技术与信息技术等科学技术均表现出良好的发展态势,在动物营养学以及饲料科学等领域的也有着非常普遍的应用,并表现出良好的发展前景。
1、 分子生物学技术的应用
1.1、 转基因技术
分子生物学技术发展良好,其中,基因重组技术更是表现出良好的发展趋势,人们能够基于主观意识,对目的基因进行体外重组和克隆以及人工合成。基于细胞或是集体水平,为对外源目的基因所具有的调控和表达以及生物学功能进行科学研究,创造性的构建出系统的对目的基因导入细胞或是动物受精卵的生物技术,即转基因技术。对转基因技术加以科学运用,培育获得具有表达、遗传和目的基因的动物,即转基因动物。近些年,科学人员重点对如下方面开展深入科学研究:①改善生产性状,提高生产性能。金属硫蛋白生长激素(MT-GH)融合基因,可以使饲料效率得到有效提高,加快生长速度,明显降低二胴体脂肪。转基因动物研究也取得相应的成功,如转基因猪,其饲料效率以及增重率,分别提高了18%和15%,而胴体脂肪则降低80%。②提高抵抗力。对猪、绵羊等动物,导入可以形成特定抗体的目的基因,对鸡等动物,导入病毒膜蛋白编码的目的基因,可培养获得对病毒具有遗传性免疫力的动物品种。③建立实验动物模型。这也属于转基因动物研究的关键环节。现阶段,国内外已经研究培育同癌基因相关的转基因小鼠,为癌症发病机理的科学研究和防治起到关键的作用,并提供相应的实验动物模型。除此之外,关于遗传性疾病的转基因动物模型,同样已经完成建立[1]。
1.2、 动物生物反应器
对转基因的动物加以合理利用,生产获得部分具备生物活性的蛋白质,即建立动物生物反应器,成为转基因动物科学研究所关注的焦点。关于转基因生物反应器,存在着明显的优势,如节约投资、成本,产量较大等。针对生物反应器的转基因动物,通过乳腺、血液组织完成基因定位表达,尤其是通过乳腺组织生产存在生物活性的多肽药物,以及存在特殊营养价值的蛋白质。当前,众多生物企业均大力开展科学研究,利用绵羊和山羊等动物乳腺组织,以此生产获得抗凝血因子以及组织血纤维蛋白酶原激活因子(t-PA)等,在血液中,同样发现干扰素以及免疫球蛋白等,且蛋白质均存在着良好的生物学活性。
1.3 、基因重组技术
瘦肉率属于动物营养学以及动物遗传学等学科十分关注的焦点,关于肌肉品质,同样也成为必要的指标,若可以发现同瘦肉率形状存在联系的生物基因,在分子水平上对表达做出科学调控,势必会对研究的进展产生极大的促进作用。针对骨骼肌生长,肌生成抑制素发挥着关键性的影响作用,属于十分关键的负调控因子,并位于骨骼肌中表达,在失去活性的情况下,则会对动物肌肉产生不利影响,表现出过度发育,肌肉纤维同样发生相应的改变,且呈现双肌形状。依托于基因工程技术,针对肌生成抑制素的抑制剂或是抗体,做出系统筛选,并同肌生成抑制素进一步的融合,灭活其功能。同时,针对肌生成抑制素发生融合的物质,做系统筛选,拮抗其功能。同时,可选用发生突变基因,并挑选正常动物,完成基因提取,对两者同源重组,得到新生命体,且缺失肌生成抑制素基因,如此,使瘦肉率可以得到有效提高[2]。
抗菌肽属于生物体内存在的广谱抗菌活性的多肽,属于先天免疫的关键构成。目前,大部分生物体内所发现的内源性抗菌活性肽已经超过300。抗菌肽具有良好的光谱杀菌效果、水溶性良好、热稳定性可靠、相对分子量小等特点,且对真核细胞不会产生作用,只对原核、病变真核细胞产生作用。所以,借助基因工程技术,对生物体内自然抗菌肽所具有的功能进行科学调节非常关键,特别是以抗菌肽抑菌为主,进行表达、克隆,生产获得抗菌肽的方式也成为研究热点。
植酸酶是适用于单胃动物使用的饲料添加剂,饲喂效果得到高度认可。随着饲料工业进步,以及分子生物学的发展,对植酸酶的研究备受关注。当前,研究的方向:①天然材料中,植酸酶表达水平并不高,致使无法大量生产,且生产成本相对较高,借助基因工程技术,搭配生物反应器,可以使表达量得到相应的增加。②天然植酸酶所具有的部分酶学性质,如催化活性与耐温性或是pH适性等,同饲料加工、养殖行业所涉及的严格标准,无法相匹配。采取进一步的科学研究,运用相关技术,在分子水平上,实现对植酸酶基因的科学改造,生产获得酶活性较高且耐高温的全新品种,使其在饲料中得到合理使用,产生良好的效果。
1.4、 基因芯片
DNA芯片cDNA芯片,亦被制作基因芯片或是微阵列。DNA芯片技术,微型化、自动化与多样化等特点突出,在营养学领域中的潜在应用具有良好的前景。①发现营养有关新基因。研究新基因属于DNA芯片技术非常关键的应用。对于营养和基因表达关系方面的科学研究,传统方法不但需要大量的时间和精力,且自动化存在明显的不足,依托于DNA芯片技术,芯片制备,杂交处理,以及有关的其他全过程,所需时间明显较少。除此之外,该技术同样能够实现对生物信息采取科学处理,对基因表达谱做出有效确定,被检测目标NDA具有较高的密度,为新基因的筛选工作提供极大便利,使新基因发现更加快速有效。②营养有关基因功能研究。大量常见疾病均同营养素存在紧密联系,DNA芯片能够实现对基因和营养素的有效联系,使实验周期得到明显的缩减,使基因功能的有效确定可以变得更加快速,以此为揭示疾病所具有的分子机制奠定重要基础。③营养有关疾病诊断。DNA芯片能够实现对基因突变的快速精准监测,从正常人基因组提取分离DNA,同DNA芯片完成杂交处理,以此生成标准图谱。从受检者基因组提取分离DNA,同DNA芯片完成杂交处理,以此生成病变图谱。针对不同的图谱,采取进一步的分析对比,并做出科学分析,从而可以对病变DNA信息做出充分了解掌握。所以,对DNA芯片技术加以科学应用,对营养有关基因所表现出的差异表达进行科学监测,从而实现早期诊断以及早期治疗,这也成为未来阶段对营养有关疾病进行科学防治的关键手段[3]。
2 、发展前景
分子生物学技术领域,基因工程技术的发展尤为关键,且已渗透在生命科学的众多领域。现阶段,借助基因工程技术,对饲料资源进行科学开发,主要利用重组酶类、氨基酸与抗生素等物质进行生产。未来阶段,基于基因工程技术,针对饲料资源的进一步科学开发,研究关注的重点在以下5个方面。
1)针对作物大量表达修饰单摆的机制,采取深入科学研究。针对所含必需氨基酸,采取有效的分离克隆如蛋氨酸或是赖氨酸等基因,对基因工程技术加以科学应用,如反义基因技术等,对饲料作物所含糖类、蛋白质以及脂类等,进一步的科学改良。
2)针对饲用有关的酶类基因,采取有效的分离克隆,在大豆或玉米等饲料作用中进行有效转入,借助植物基因工程技术,生产获得饲用酶类。
3)基于酵母基因工程技术,重点关注生物活性钛类,同样涵盖饲用酶类添加剂等,对此方面进行深入开发。
4)基于基因工程技术,针对发酵工程菌,对其所具有的代谢加以仔细分析,并采取科学调控,以此使饲用色素以及有机酸与抗生素和氨基酸整体产量可以得到提高。
5)开发能够用于疫苗、具备疫苗效果的工程菌株。
动物营养学研究领域,分子生物学技术的科学应用,有着非常巨大的潜力。分子生物技术的科学应用,为动物营养学研究指明方向且提供重要的科学技术与方法,在基因水平上,对部分营养学问题做出科学解决,展示出非常广阔的发展前景[4]。
3、 结语
基因工程为主要核心的分子生物技术,在动物营养物方面,发挥着非常重要的影响和作用,为动物营养的深入研究提供科学可行的技术、方法的同时,还可在基因水平方面有效解决部分营养学问题。基因工程抗菌肽能够有效降低抗生素的使用,甚至可以进行有效替代。随着基因技术的进一步发展,各类生物性能相对突出的动物新品种也随之出现,通过对转基因动物的科学利用,生产获得各类生理活性物质,势必会快速实现。不可置否,以基因工程为关键核心的分子生物学技术,为畜牧业的可持续发展提供了更为良好的发展前景。
参考文献
[1] 史莹华,王成章,许梓荣.分子生物学技术在动物营养学中的应用与展望[J].河南农业大学学报,2005,39(4):489-493.
[2] 王雪.分子生物学技术在动物营养学上的应用研究[J].科海故事博览·科技探索,2012(3):248.
[3] 新新.分子生物学技术应用于动物营养学研究具有广阔的前途[J].现代渔业信息,2004,16(5):24.
[4] 王涛.分子生物学技术在动物营养学中的研究现状与展望[J].山东畜牧兽医,2011,32(3):55-58.
