《現(xiàn)代生物技術(shù)》PPT課件

1、現(xiàn)代生物技術(shù)PPT課件現(xiàn)代生物技術(shù) 1953年DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。 1962年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)Rosalind Elsie Franklin照片51號(hào)2現(xiàn)代生物技術(shù)1961-1966 破譯了生物界通用的遺傳密碼1972 DNA體外重組技術(shù)建立1976年第一家生物技術(shù)公司Genentech公司成立。1988 PCR技術(shù)問(wèn)世1997 英國(guó)培養(yǎng)出第一只克隆羊“多莉”1990-2003 人類基因組測(cè)序工作完成3什么是現(xiàn)代生物技術(shù)？ 應(yīng)用生命科學(xué)研究成果，以人們意志設(shè)計(jì)，對(duì)生物或生物的成分進(jìn)行改造和利用的技術(shù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)綜合分子生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、胚胎學(xué)、免疫學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)

2、、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)，可用于研究生命活動(dòng)的規(guī)律和提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)等。 現(xiàn)代生物技術(shù)特點(diǎn)運(yùn)用了DNA重組、細(xì)胞融合等技術(shù)的成果。DNA重組技術(shù)產(chǎn)品有：胰島素、干擾素、乙型肝炎疫苗、食品加工酶、生物殺蟲劑、生物殺菌劑等等。最具代表性生物技術(shù)產(chǎn)品為轉(zhuǎn)基因生物與克隆動(dòng)物的出現(xiàn)。5生物技術(shù)被譽(yù)為第三次技術(shù)革命第一次技術(shù)革命工業(yè)革命解放人的雙手第二次技術(shù)革命信息技術(shù)擴(kuò)展人的大腦第三次技術(shù)革命生物技術(shù)改造生命本身生物技術(shù)被世界各國(guó)視為一項(xiàng)高新技術(shù),它對(duì)于提高國(guó)力,迎接人類所面臨的人口、食物、資源、能源和環(huán)境等五大危機(jī)及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的挑戰(zhàn)是至關(guān)重要的關(guān)鍵性技術(shù)之一。6生物技術(shù)被譽(yù)為第三次技術(shù)革命全球生物

3、企業(yè)現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，全球約有生物技術(shù)企業(yè)4700多家，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2500億美元。其中上市生物技術(shù)公司622家。上市生物技術(shù)公司總收入846億美元， 研發(fā)投入228億美元，其中美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占全球近50%，其次為日本和歐洲。 我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)生物技術(shù)企業(yè)500家公司，涉及醫(yī)藥生物技術(shù)的企業(yè)300多家，涉及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的企業(yè)200多家7五大工程 基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、 酶工程、發(fā)酵工程此外還有基因診斷與基因治療技術(shù)、克隆動(dòng)物技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物材料技術(shù)、生物能源技術(shù)、利用生物降解環(huán)境中有毒有害化合物的技術(shù)生物技術(shù)的主要內(nèi)容8化學(xué)工業(yè)生物生理學(xué)分

4、子與細(xì)胞生物學(xué)遺傳學(xué)生物化學(xué) 微生物學(xué)能源與環(huán) 境管理 農(nóng)業(yè)作物改良，動(dòng)物 食品 疾病診斷 發(fā)酵技術(shù)化工產(chǎn)品 商業(yè)應(yīng)用 健康與制藥 食品革新與加工 蛋白質(zhì)工程 發(fā)酵工程 酶工程 細(xì)胞工程基因工程醫(yī)藥學(xué)9生物技術(shù)五大工程一、 基因工程二、 細(xì)胞工程三、 蛋白質(zhì)工程四、酶工程五、 發(fā)酵工程10 也稱DNA重組技術(shù)，應(yīng)用人工方法分離生物體的遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸(DNA), 或通過(guò)化學(xué)的方法合成出人工的遺傳物質(zhì)，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組了的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳品性,使新的遺傳信息在新的宿主細(xì)胞或個(gè)體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物(多肽或蛋白質(zhì)或其它物質(zhì))。 一、基

5、因工程(gene engineering) 111、用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度2、用于生產(chǎn)基因工程藥物3、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體 畜牧業(yè)中的應(yīng)用12 畜牧業(yè)中的應(yīng)用基因工程藥物例：從轉(zhuǎn)基因羊的羊奶中提取出 治療心臟病的藥物tPA(組織型血纖維溶酶原激活劑)治療：腦血栓、心肌梗塞等DNA重組體導(dǎo)入受體細(xì)胞 13生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國(guó)) 畜牧業(yè)中的應(yīng)用14種植業(yè)中的應(yīng)用1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 2.抗病轉(zhuǎn)基因植物3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物 4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)151.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲轉(zhuǎn)基因植物原理： 分離具有殺蟲活性的基因（如Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制），導(dǎo)入作物，抗蟲性。 例如我國(guó)的轉(zhuǎn)基因抗

6、蟲棉，Bt毒蛋白基因-棉鈴蟲抗性。此項(xiàng)技術(shù)的最大好處： 減少化學(xué)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染 且大大降低生產(chǎn)成本16 1986年，美國(guó)Beachy研究小組首次將煙草花葉病毒的外殼蛋白基因?qū)霟煵?，培育出抗煙草花葉病毒的煙草植株，開創(chuàng)了抗病毒育種的新途徑?？共』蚍N類: (1)抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因 (2)抗真菌基因:幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因2.抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等多種作物。17抗逆轉(zhuǎn)基因植物原理：鹽堿、干旱、低溫、旱澇分離抗逆性的基因，導(dǎo)入作物，產(chǎn)生相應(yīng)抗性。耐1NaCl的苜蓿，耐0.8NaCl的草莓，耐2NaCl的煙草。我國(guó)科學(xué)家劉巖等獲得了耐鹽性明

7、顯提高的轉(zhuǎn)基因玉米植株。張荃等獲得了耐鹽性提高的轉(zhuǎn)基因番茄。3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物184.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)轉(zhuǎn)基因水稻“金大米” 19二、細(xì)胞工程(cell engineering) 以細(xì)胞為基礎(chǔ)單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變,從而達(dá)到改良生物品種和創(chuàng)造新品種;或加速繁殖動(dòng)、植物個(gè)體;或獲得某種有用的物質(zhì)過(guò)程。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)20單細(xì)胞藻類培養(yǎng)一些單細(xì)胞低等植物如單細(xì)胞藻類的大規(guī)模培養(yǎng)成為細(xì)胞工程的重要組成部分獲得蛋白質(zhì)資源、營(yíng)養(yǎng)食品、精細(xì)化工產(chǎn)品等等二、細(xì)胞工程21高等植物細(xì)胞培養(yǎng) 高等植物細(xì)胞具有全能性。脫分化-誘導(dǎo)愈傷組織-分化-獲得幼苗。

8、二、細(xì)胞工程22細(xì)胞融合、細(xì)胞重組、雜交瘤技術(shù) 細(xì)胞融合是將不同種類的兩種細(xì)胞經(jīng)過(guò)特殊處理后放在一起，在某些促融因子作用下發(fā)生融合，形成雜種細(xì)胞。細(xì)胞重組是把不同種類的細(xì)胞的部件重新組合裝配，包括核的移植、葉綠體移植、核糖體重建及線粒體裝配等。雜交瘤技術(shù)是通過(guò)細(xì)胞融合產(chǎn)生特異雜交瘤細(xì)胞。二、細(xì)胞工程23三、蛋白質(zhì)工程（protein engineering） 在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)中基因的人工定向改造等手段，從而達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造、拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)的技術(shù)。 24（1）從生物體中分離純化目的蛋白

9、；（2）測(cè)定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維 晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與 功能的影響；（5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案， 如點(diǎn)突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后 投入實(shí)際使用。三、蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括25三、蛋白質(zhì)工程26四、酶工程(enzyme engineering) 利用酶、菌體細(xì)胞具有的特異催化功能，或?qū)γ附Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改造，并借助于生物反應(yīng)器和工藝優(yōu)化過(guò)程，有效地發(fā)揮酶的催化特性來(lái)生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。包括酶、細(xì)胞固定化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)和

10、酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)等。 27酶的應(yīng)用隨著酶的工業(yè)化發(fā)展，酶已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生活、環(huán)保及科研等領(lǐng)域。五、發(fā)酵工程（fermentation engineering) 利用微生物生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)條件簡(jiǎn)單及代謝過(guò)程特殊等特點(diǎn)，在合適的條件下，通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類所需的產(chǎn)品的技術(shù)，又稱微生物工程。 30現(xiàn)代發(fā)酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術(shù)改造的微生物在全自動(dòng)發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器中生產(chǎn)某種商品的技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程31五大工程間的關(guān)系優(yōu)良動(dòng)植物品系動(dòng)、植物個(gè)體或細(xì)胞基因工程微生物工程菌產(chǎn)品細(xì)胞工程發(fā)酵工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)或酶酶工程32生物工程對(duì)經(jīng)

11、濟(jì)社會(huì)的影響改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺提高生命質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽命解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬生物工程的安全及其對(duì)倫理、 道德、法律、的影響331.改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)：動(dòng)物的大量快速無(wú)性繁殖 培育動(dòng)物的優(yōu)良品系 培育抗逆的作物優(yōu)良品系 植物種苗的工廠化生產(chǎn) 生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)：34植物種苗的工廠化生產(chǎn)35轉(zhuǎn)基因作物，瓜果蔬菜36生物肥料372.提高生命質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽命開發(fā)制造奇特而又貴重的新型藥品 利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來(lái)生產(chǎn) 蛋白質(zhì)藥物 。疾病的預(yù)防和診斷 單克隆抗體既可用于疾病治療，又可用 于疾病的診斷 ?；蛑?/p>

12、療 惡性腫瘤、遺傳病、代謝性疾病、傳染 病等多個(gè)治療方案正在實(shí)施中。 人類基因組計(jì)劃 人類基因組序列圖繪制成功。38基因工程藥物39分子診斷利用PCR技術(shù)或PCR與分子雜交標(biāo)記相結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出病原性物質(zhì)。親子鑒定40遺傳性疾病 的診斷羊水和胎盤絨毛膜檢測(cè)分子診斷41基因治療基因治療即利用基因工程技術(shù)治療人類遺傳性疾病。正常的人類基因可以克隆并引入遺傳病患者的體細(xì)胞，以替代、修復(fù)或糾正有缺陷的基因。42例：重癥綜合性免疫缺乏癥1990年，轉(zhuǎn)基因T淋巴細(xì)胞注射到人體骨髓組織中治療SCID43277次乳腺細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)；獲得29個(gè)發(fā)育為8細(xì)胞的“胚”；13頭代孕母親；1996年7月5日，

13、羊羔6LL3，被命名為“多莉”。克隆羊技術(shù)44克隆羊的意義理論意義：證明已分化的高等動(dòng)物的體細(xì)胞仍然具有潛在的遺傳表達(dá)全能性。建造動(dòng)物藥廠，制造藥物蛋白,建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，探索人類發(fā)病規(guī)律克隆異種純系動(dòng)物，提供移植器官拯救瀕危動(dòng)物，保護(hù)生態(tài)平衡45生物芯片技術(shù) 1996年底，美國(guó) Affymetrix ，世界第一塊DNA芯片。 生物芯片是將大量生物識(shí)別分子（如探針）按預(yù)先設(shè)置的排列固定于一種載體（如硅片、玻片及高聚物載體等）表面，利用生物分子的特意性親和反應(yīng)，如核酸雜交反應(yīng)，抗原抗體反應(yīng)等來(lái)分析各種生物分子的存在及其量的一種技術(shù)。 46表達(dá)譜芯片蛋白質(zhì)微陣列(Protein Microarra

14、y) 48 醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開發(fā)、司法鑒定、農(nóng)業(yè)技術(shù)和食品技術(shù)領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用；生物芯片技術(shù)的主要應(yīng)用DNA芯片可用于大規(guī)模篩查基因突變所引起的疾病；分析基因組及發(fā)現(xiàn)新基因等具有很大的優(yōu)勢(shì)；493.解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染 解決能源危機(jī) 生物能源將是最有希望的新能源之一，而其中又以乙醇最有希望成為新的替代能源。環(huán)境保護(hù) 利用微生物凈化有毒的化合物、降解石油污染、清除有毒氣體和惡臭物質(zhì)、綜合利用廢水和廢渣、達(dá)到凈化和保護(hù)環(huán)境的目的。 50基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。環(huán)境保護(hù) 超級(jí)細(xì)菌：分解石油中的多種烴類化合物，吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解毒害物質(zhì)514.制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬 制造工業(yè)原料 化工原料如乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸（制造尼龍、香料）等。生產(chǎn)貴重金屬 細(xì)菌浸礦技術(shù)：金、銀、銅、鈾、錳、鉬、鋅、鉆、鎳、鋇、鉈等52 現(xiàn)代生物技術(shù)是一把雙刃劍。它在給人類帶來(lái)種種