生物化学与分子生物学/重组DNA技术在医学中的应用

DNA重组和重组DNA技术 - 自然界的DNA重组和基因转移 - 重组DNA技术 - 重组DNA技术在医学中的应用
目前，重组DNA技术已广泛应用于生命科学和医学研究、疾病诊断与防治、法医学鉴定、物种的修饰与改造等诸多领域，对医学临床及医学研究的影响日益增大。

重组DNA技术广泛应用于生物制药

利用重组DNA技术生产有应用价值的药物是当今医药发展的一个重要方向，有望成为21世纪的支柱产业之一。该技术一方面可用于改造传统的制药工业，如利用该基因可改造制药所需要的工程菌种或创建新的工程菌种，从而提高抗生素、维生素、氨基酸等药物的产量；另一方面利用该技术生产有药用价值的蛋白质/多肽及疫苗抗原等产品，重组人胰岛素是利用该技术生产的世界上第一个基因工程产品。目前上市的基因工程药物已百种以上。
利用重组 DNA 技术，可以让细菌、酵母等低等生物成为制药工厂，也使基因工程细菌成为各类生物基因的储藏所；可以将小鼠杂交瘤细胞人源化，让其产生人源化抗体；可以制造基因工程病毒，使病毒保留免疫原性，缺乏感染性或变成不含核酸的类病毒颗粒(virus-like particle, VLP) 。

重组DNA技术是医学研究的重要技术平台

重组 DNA 技术可用于医学研究的很多方面，诸如遗传修饰动物模型的建立、遗传修饰细胞模型的建立、基因获得或丧失对生物功能的影响等。

遗传修饰动物模型的医用研究 重组 DNA 技术可用于遗传修饰动物模型的研制，从而建立人类疾病的动物模型。目前已经建立了诸多人类疾病的遗传修饰动物模型，用于研究癌症、糖尿病、肥胖、心脏病、老化、关节炎等；遗传修饰猪模型的应用，可望增加从猪到人器官移植 (pig to human organ transplantation) 的成功率；改造蚊子的基因组，使其产生对疟疾的免疫反应，可望消灭疟疾。
遗传修饰细胞模型在医学研究中的应用 重组 DNA 技术也可用于遗传修饰细胞模型的建立，从而用于基因替代治疗/靶向治疗，或体内示踪。体细胞基因治疗(somatic gene therapy) 已经在 X-连锁联合免疫缺陷病(X-linked SCID）、慢性淋巴细胞白血病(chronic lyrnphocytic leukemia，CLL)和帕金森病进行了临床研究，这是在人体上进行遗传工程的研究。改造 T 淋巴细胞，让其携带嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor, CAR), 从而达到靶向治疗疾病的 CAR-T 细胞也是采用重组 DNA 技术实现的。例如，人T细胞经基因操作成为靶向 CD19 的 CAR-T,用于治疗难治性慢性B淋巴瘤。将绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP) 与细胞内的某些蛋白相融合，可使细胞变成具有示踪作用的发光细胞。
基因及基因功能的获得及丧失的研究 基因工程生物或细胞模型可用来发现一些基因的新功能，或发现新基因，一般可通过基因的获得（如转基因）或丧失（如基因敲除）进行研究，也可通过示踪实验（如 GFP 融合蛋白）研究基因表达产物的定位或相互作用信息等，或通过报告基因（如 GFP 或催化特定底物的酶）与不同启动子相融合的方法实现对基因表达调控的研究。

重组DNA技术是基因及其表达产物研究的技术基础

重组 DNA 技术已经成为基因或基因功能获得或丧失研究的技术基础，也是基因表达产物相互作用研究的技术基础。

在基因组水平上干预基因 重组 DNA 技术是基因打靶（包括基因敲除和基因敲入）及基因组编辑等的技术基础。例如，基因敲除(gene knock-out) , 传统的方法是利用同源重组的原理，用目的基因替换基因组上的特定基因，要实现这一目标，需要将目的基因克隆到合适的载体上，并在其两侧加上待敲除基因上的部分序列，使重组 DNA 进入细胞后能通过同源重组替换基因组的目标基因。条件性基因打靶 (conditional gene targeting) 是在目的基因两侧构建了 Cre 重组酶的切割位点。基因组编辑(genome editing) 是指一类能定向地在基因组上改变基因序列的技术，其中 CRISPR/Cas9 系统是目前应用最多的、脱靶最少的基因组编辑技术，也是细菌抵抗病毒感染的一种获得性免疫机制。利用CRISPR/Cas9 基因组编辑技术对特定基因进行改造，也需要在体外构建含导向 crRNA (guide crRNA, gcrRNA) 和 Cas9 编码基因的重组载体，然后将这种重组载体导入受体细胞，才能实现在基因组水平定向地改变特定基因的目的。
在RNA水平上干预基因的功能 RNA 干扰 (RNA interference, RNAi) 是通过干扰小 RNA (small interference RNA, siRNA) 与靶 RNA结合，从而阻止基因表达的方法。siRNA 可以直接采用化学法合成，也可以利用 DNA 克隆技术构建干扰小发夹 RNA, 即将编码 siRNA 反向互补序列和间隔序列(linker) 克隆入合适的载体，在细胞内转录合成干扰小发夹 RNA,实现 RNA 干扰目的。
研究蛋白质的相互作用 重组DNA技术也是蛋白质相互作用研究的技术基础。例如，酵母双杂交系统(yeast two-hybrid system)是利用分别克隆转录因子DNA结合结构域(DNA binding domain, DBD)和转录激活结构域(transcription activating domain, TAD)的融合基因，对DBD-融合蛋白和TAD融合蛋白的融合部分的潜在相互作用能力进行研究。