生物技術(shù)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、生 物 技 術(shù)當(dāng)代生命科學(xué)革命第1頁(yè)第1頁(yè)1.1 生物技術(shù)作用與意義生物技術(shù)是生命科學(xué)基礎(chǔ)生命科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科是生物學(xué)生物技術(shù)是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力生物技術(shù)是巨大潛在生產(chǎn)力生物技術(shù)是21世紀(jì)高新技術(shù)核心內(nèi)容生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)支柱產(chǎn)業(yè)第2頁(yè)第2頁(yè)1.2 生物科學(xué)成為當(dāng)今世界自然科學(xué)熱點(diǎn)和重點(diǎn)二十世紀(jì)后葉，分子生物學(xué)領(lǐng)域一系列突破性成就，使生命科學(xué)在自然科學(xué)中地位發(fā)生了革命性改變，成為領(lǐng)先學(xué)科建立在試驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上，當(dāng)代生物技術(shù)發(fā)展，為人類帶來了巨大利益和財(cái)富第3頁(yè)第3頁(yè)1.3 生物技術(shù)將是未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)力 第一次技術(shù)革命 工業(yè)革命解放人雙手第二次技術(shù)革命 信息技術(shù)擴(kuò)展人大腦第三次技術(shù)革命 生物技術(shù)改造生

2、命本身第4頁(yè)第4頁(yè)高技術(shù)高投入高利潤(rùn)高風(fēng)險(xiǎn) 1.4 生物技術(shù)特點(diǎn)第5頁(yè)第5頁(yè)老式發(fā)酵釀酒、制醬、制醋技術(shù)1860年，巴斯德單一霉菌純正培養(yǎng)技術(shù)1878年，啤酒酵母單一培養(yǎng)技術(shù)1881年，細(xì)菌純正培養(yǎng)技術(shù)1929年，抗菌素盤尼西林發(fā)覺1946年，用細(xì)菌生產(chǎn)出氨基酸1.5生物技術(shù)簡(jiǎn)史第6頁(yè)第6頁(yè)1952年，用微生物轉(zhuǎn)化荷爾蒙取得成功1953年，沃森和克里克提出了 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1972年，美國(guó)斯坦福大學(xué)構(gòu)建了第一個(gè)重組DNA分子1977年，在美國(guó)舊金山建立了世界上第一家遺傳工程公司第7頁(yè)第7頁(yè)1.6 當(dāng)代生物技術(shù) 又稱生物工程或生物工藝學(xué)，是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，用先進(jìn)科學(xué)原理和技術(shù)手段來碩士物體(

3、材料)，為人類生產(chǎn)出所需要產(chǎn)品或達(dá)到某種目的(如防治疾病、保護(hù)環(huán)境等)。突 破 點(diǎn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)覺發(fā)展方向分子生物學(xué)技術(shù)突破重組DNA技術(shù) 第8頁(yè)第8頁(yè)1982年，國(guó)際合作與發(fā)展組織定義為：生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理，依托微生物、動(dòng)物、植物體作為反應(yīng)器將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)技術(shù)美國(guó)政府技術(shù)顧問委員會(huì)(OAT) 定義是：應(yīng)用生物或來自生物體物質(zhì)制造或改進(jìn)一個(gè)商品技術(shù)，還包括改良有主要經(jīng)濟(jì)價(jià)值植物與動(dòng)物，以及利用微生物改良環(huán)境技術(shù)該定義強(qiáng)調(diào)了生物技術(shù)商品屬性 克隆羊“多莉”1.7 生物技術(shù)定義：第9頁(yè)第9頁(yè)1.8 什么是生物工程 生物工程是生物技術(shù)總稱，是對(duì)生命有機(jī)體在分子

4、水平、細(xì)胞水平、組織水平、個(gè)體水平進(jìn)行不同層次創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和改造，使之能定向組建含有特定性狀新物種或新品系，從而造福人類當(dāng)代應(yīng)用技術(shù)第10頁(yè)第10頁(yè)碩士物工程意義使人類進(jìn)入了按照自己需要人工創(chuàng)造新生物偉大時(shí)代它是世界新技術(shù)革命三大支柱之一（信息、材料、生物工程），含有相稱大潛在生產(chǎn)力第11頁(yè)第11頁(yè)2生物技術(shù)四大體系基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程第12頁(yè)第12頁(yè)2.1基因工程定義將不同生物外源DNA(基因）插入到載體分子上，形成“雜種”DNA分子，導(dǎo)入受體細(xì)胞中擴(kuò)增和表示第13頁(yè)第13頁(yè)技術(shù)上三大創(chuàng)造限制性內(nèi)切酶和連接酶：DNA“手術(shù)刀”與“縫紉機(jī)”載體：運(yùn)送遺傳物質(zhì)工具，如質(zhì)粒、病毒等逆轉(zhuǎn)錄酶

5、：從mRNA到 DNA，使真核基因制備成為也許第14頁(yè)第14頁(yè)基因工程內(nèi)容目的基因取得目的基因與載體連接成重組DNA分子重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞篩選重組克隆 基因表示與產(chǎn)物分離第15頁(yè)第15頁(yè)（1）取得目的基因和載體（2）切割、連接形成新重組DNA分子（3）重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞，并能在受體細(xì)胞中復(fù)制和遺傳（4）對(duì)轉(zhuǎn)化子篩選和鑒定（5）對(duì)取得外源基因細(xì)胞或生物體通過培養(yǎng)，取得所需遺傳性狀或表示出所需要產(chǎn)物基因工程基本過程第16頁(yè)第16頁(yè)從生物基因組中分離得到基因組DNA 酶切產(chǎn)物總RNA mRNA cDNA人工合成化學(xué)合成PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）分離逆轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)一 獲得DNA片段，取得目基

6、因第17頁(yè)第17頁(yè)質(zhì)粒DNA外源DNA酶切酶切外切酶外切酶膜端轉(zhuǎn)移酶膜端轉(zhuǎn)移酶DNA聚合酶DNA連接酶變性、復(fù)性環(huán)節(jié)二 DNA片段和載體DNA在體外連接第18頁(yè)第18頁(yè)轉(zhuǎn)化 某一基因型細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸取另一基因型細(xì)胞DNA，而使其基因型和表型發(fā)生相應(yīng)改變現(xiàn)象轉(zhuǎn)染 除去蛋白質(zhì)外殼病毒核酸感染細(xì)胞或原生質(zhì)體過程轉(zhuǎn)導(dǎo) 用噬菌體做載體，將一個(gè)細(xì)胞基因傳遞給另一個(gè)細(xì)胞過程 環(huán)節(jié)三 將重組DNA引入宿主細(xì)胞第19頁(yè)第19頁(yè)從大量攜帶重組體DNA宿主細(xì)胞中分離出攜帶目的基因細(xì)胞環(huán)節(jié)四 選擇、篩選第20頁(yè)第20頁(yè)遺傳學(xué)辦法對(duì)于帶有抗藥性基因質(zhì)粒，可通過檢測(cè)受體菌是否由敏感狀態(tài)變成抗藥狀態(tài)進(jìn)行篩選.免疫學(xué)辦法

7、用特異性抗體檢測(cè)基因產(chǎn)物從而篩選陽(yáng)性克隆辦法篩 選 方 法第21頁(yè)第21頁(yè)看新基因能否在新細(xì)胞中“定居”下來，能否復(fù)制自己穩(wěn)定傳代，能不能產(chǎn)生表示作用，指導(dǎo)蛋白合成環(huán)節(jié)五 培養(yǎng)、觀測(cè)第22頁(yè)第22頁(yè)基因工程應(yīng)用制造稀少珍貴蛋白質(zhì)藥物1982年，美國(guó)食品與藥物管理局同意了首例基因工程產(chǎn)品人胰島素投放市場(chǎng)，它標(biāo)志著基因工程產(chǎn)品正式進(jìn)入到商業(yè)化階段人生長(zhǎng)激素、表皮生長(zhǎng)因子、腫瘤壞死因子、-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細(xì)胞生成素、尿激酶原、白細(xì)胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等第23頁(yè)第23頁(yè)轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因蔬菜轉(zhuǎn)基因果樹轉(zhuǎn)基因花卉轉(zhuǎn)基因草類轉(zhuǎn)基因林木第24頁(yè)第24頁(yè)1983年世

8、界上第一個(gè)問世轉(zhuǎn)基因植物就是抗除草劑煙草。全球第一個(gè)被同意商業(yè)化轉(zhuǎn)基因植物是番茄。第25頁(yè)第25頁(yè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物第26頁(yè)第26頁(yè) 畜牧業(yè)中應(yīng)用動(dòng)物疫苗、生長(zhǎng)激素等例：從轉(zhuǎn)基因羊羊奶中提取出治療心臟病藥物tPA第27頁(yè)第27頁(yè) 種植業(yè)中應(yīng)用抗化學(xué)除草劑基因轉(zhuǎn)基因西紅柿固氮酶基因人類DNA 環(huán)境保護(hù)等等第28頁(yè)第28頁(yè)2.2細(xì)胞工程定義細(xì)胞工程是指通過細(xì)胞水平上篩選或改造，取得有商業(yè)價(jià)值細(xì)胞株或細(xì)胞系，再通過規(guī)模培養(yǎng)，取得特殊商品技術(shù)與過程。 它包括細(xì)胞融合、細(xì)胞器移植、染色體工程、細(xì)胞和組培技術(shù)等第29頁(yè)第29頁(yè)經(jīng)過生物學(xué)、化學(xué)或物理學(xué)方法，使兩個(gè)不同種類體細(xì)胞融合在一起，從而產(chǎn)生含有兩個(gè)親本遺傳性

9、狀新細(xì)胞童魚世界上第一條沒有父母魚 “鯽鯉核質(zhì)雜交魚”體細(xì)胞雜交/細(xì)胞融合技術(shù)第30頁(yè)第30頁(yè)組織培養(yǎng)/快速無性繁殖利用植物組織、植物細(xì)胞全能性，進(jìn)行快速無性繁殖。長(zhǎng)處 可固定雜種優(yōu)勢(shì) 免去制種環(huán)節(jié) 對(duì)珍貴植物引種生產(chǎn)含有 尤其意義舉例 組織培養(yǎng)法再生蘭花；人工種子植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)第31頁(yè)第31頁(yè)組 織 培 養(yǎng)葉肉組織愈傷組織新植株第32頁(yè)第32頁(yè)快速無性繁殖單個(gè)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基克隆植株第33頁(yè)第33頁(yè)細(xì)胞育種 誘導(dǎo)突變，篩選新品系、新品種植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)突變與突變體篩選第34頁(yè)第34頁(yè)植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)次生代謝產(chǎn)物生成 從培養(yǎng)植物細(xì)胞中提取所需代謝產(chǎn)物。長(zhǎng)處 比栽培原料作物更易控制最佳生產(chǎn)

10、條件 培養(yǎng)物為無菌、無蟲材料，能確保產(chǎn)品質(zhì)量 工藝操作較為簡(jiǎn)樸，可減少勞動(dòng)費(fèi)用，提升生產(chǎn)力第35頁(yè)第35頁(yè)2.3 酶 工 程定義 利用酶特異催化功效，將一個(gè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一個(gè)物質(zhì)技術(shù)第36頁(yè)第36頁(yè)基本環(huán)節(jié) 將酶制劑精制成固相酶，然后將其組裝在特殊器件中形成生物反應(yīng)器，利用這種反應(yīng)器將底物轉(zhuǎn)化為人類需要產(chǎn)品長(zhǎng)處 快速；高效；產(chǎn)品回收和提純工藝簡(jiǎn)便酶工程研究?jī)蓚€(gè)方面酶分子改造與修飾通過這種改造來改變酶物化性質(zhì)及其生物活性，甚至賦予新功效，提升其在不良環(huán)境中穩(wěn)定性，擴(kuò)大酶應(yīng)用范圍酶克制劑開發(fā)研究所謂酶克制劑是指能引起酶分子活力下降甚至完全喪失物質(zhì)第37頁(yè)第37頁(yè)2.4發(fā) 酵 工 程定義當(dāng)代發(fā)酵工程主

11、要指利用微生物、包括利用重組DNA技術(shù)改造微生物在全自動(dòng)發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器中生產(chǎn)某種商品技術(shù)當(dāng)代發(fā)酵工程是生物代謝、微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、大型發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器研制、化工原理等密切結(jié)合和應(yīng)用結(jié)果包括菌種選育、菌種生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物發(fā)酵和分離以及微生物機(jī)能利用等第38頁(yè)第38頁(yè)長(zhǎng)處 投資省；見效快；污染小應(yīng)用食品藥物精細(xì)化工產(chǎn)品工業(yè)用原料生物降解塑料 第39頁(yè)第39頁(yè)2.5 生物技術(shù)新浪潮蛋白質(zhì)工程海洋生物工程生物計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)生物工程生物傳感器第40頁(yè)第40頁(yè)蛋白質(zhì)工程第二代基因工程蛋白質(zhì)工程就是在對(duì)蛋白質(zhì)化學(xué)、晶體學(xué)、動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功效結(jié)識(shí)基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)人工改造與合成，最后取得商業(yè)化產(chǎn)品以蛋白質(zhì)為對(duì)象

12、為目的生物工程必須突破下列幾種難關(guān)：基因結(jié)構(gòu)改變基因高效表示翻譯后蛋白修飾新蛋白提純第41頁(yè)第41頁(yè)海洋生物工程以海洋為對(duì)象，生產(chǎn)、開發(fā)人類所需新食物、新能源、新藥物和新材料生物工程（如：哺育新品種海鮮、生產(chǎn)海洋生物活性物質(zhì)、治理海域污染等）第42頁(yè)第42頁(yè)生物計(jì)算機(jī)特點(diǎn)能制成超高密度線路、生物芯片能制成半永久性元件以生物化學(xué)反應(yīng)模擬人體機(jī)能進(jìn)行工作，所需能量很少當(dāng)前已制成蛋白質(zhì)薄膜、DNA芯片等第43頁(yè)第43頁(yè)農(nóng)業(yè)生物工程生物工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)革命中應(yīng)用包括：基因工程改良 細(xì)胞工程育種 快速無性繁殖 畜牧業(yè)中生物工程技術(shù)等第44頁(yè)第44頁(yè)生物傳感器是一類通過各種類型敏感膜將生物體內(nèi)化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為

13、電、熱、光等訊號(hào)傳感檢測(cè)器第一代：由固定化酶膜和電化學(xué)器件構(gòu)成酶電極 第二代：微生物、細(xì)胞器、動(dòng)植物組織、免疫等生物傳感器第三代：生物電子學(xué)傳感器，將含有智能第45頁(yè)第45頁(yè)3 克隆1) 什么是克隆(clone)？ 克隆定義是獨(dú)立細(xì)胞繁殖系，指后代完全由一個(gè)細(xì)胞復(fù)制，含有完全相同遺傳物質(zhì)。它是特制一個(gè)生物學(xué)操作。 2) 單性繁殖就是克隆嗎？克隆是無性繁殖，但無性繁殖不一定就是克隆。許多低等動(dòng)物，都能夠在雌雄同體情況下，進(jìn)行孤雌生殖。第46頁(yè)第46頁(yè)3) 無性繁殖是克隆么？也不一定。即使是無性繁殖，也不能確保染色體不發(fā)生改變。4) 能夠利用克隆技術(shù)來挽救瀕危動(dòng)物嗎？普通來說，不能夠。挽救瀕危動(dòng)物

14、需要提升他們繁殖能力。而克隆做是另外一件事情：得到遺傳結(jié)構(gòu)完全相同后代。5) 克隆是遺傳學(xué)重大突破嗎？克隆是一個(gè)繁殖技術(shù)。大家現(xiàn)在所說克隆，實(shí)際是指核移植。第47頁(yè)第47頁(yè)6) 克隆有什么實(shí)際意義？克隆出來動(dòng)物個(gè)體含有完全相同遺傳結(jié)構(gòu)，他意義在于：A、生物學(xué)和醫(yī)藥研究。B、取得更多優(yōu)秀動(dòng)物個(gè)體用于生產(chǎn)。C、復(fù)制生產(chǎn)高價(jià)藥物動(dòng)物。7) 能夠克隆人嗎？當(dāng)然能夠。即使是成體細(xì)胞核移植，在理論上也是能夠。技術(shù)上還沒有看到什么不可逾越障礙。 但是，諸多國(guó)家都嚴(yán)禁這種克隆人產(chǎn)生。第48頁(yè)第48頁(yè)3.1 克隆羊“多莉”產(chǎn)生過程第49頁(yè)第49頁(yè)3.2 克隆人技術(shù)路線試驗(yàn)第50頁(yè)第50頁(yè)4. 人類基因組計(jì)劃(H

15、GP)基因組（genome ） 是一個(gè)單倍體細(xì)胞內(nèi)基因總和，它分為核基因組、線粒體基因組與葉綠體基因組。基因組內(nèi)包括編碼序列與非編碼序列第51頁(yè)第51頁(yè) 十幾年以來，科學(xué)家們它在人二十三對(duì)染色體上發(fā)覺了幾千種基因。其中包括：亨迷頓舞蹈病基因（此病多發(fā)于中年時(shí)期，屬致死性神經(jīng)變性疾?。⑦z傳結(jié)腸癌乳腺癌基因、先天性免疫缺損綜合癥基因、家族性高血壓基因以及肥胖基因、衰老基因、糖尿病基因等等。并且伴隨人類基因組計(jì)劃實(shí)行?，F(xiàn)在天天都有大量人體基因被發(fā)覺鑒定。然而已發(fā)覺幾千種基因在人類基因組中，有如九牛一毛，微不足道。 人類基因研究啟動(dòng)：第52頁(yè)第52頁(yè) 人類基因組計(jì)劃是一項(xiàng)國(guó)際性宏大工程，其規(guī)模及意義

16、遠(yuǎn)在曼哈頓計(jì)劃之上。這一計(jì)劃主要目的是破譯人體幾萬個(gè)基因密碼，即繪制人體所有基因圖譜。包括染色體物理遺傳圖譜繪制?；蚍蛛x克隆，基因定序及功效鑒定、人類遺傳數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建等四大部分內(nèi)容。這一計(jì)劃完畢后，人類將擁有一幅本身遺傳藍(lán)圖，一本基因密碼手冊(cè)，（若用16 開A4紙統(tǒng)計(jì)人類所有遺傳密碼，DNA排列順序，則需40萬頁(yè)?。├盟?，人們可糾正任何基因病或分子病，研究出有效疾病檢測(cè)辦法和治療手段。人類基因組計(jì)劃實(shí)行：第53頁(yè)第53頁(yè) 美國(guó)聯(lián)邦政府雄心勃勃人類基因組計(jì)劃是歷時(shí)，(19912005），耗資30億美元，完畢所有人類基因測(cè)序工作。1994年低，一張覆蓋整個(gè)基因組人類遺傳圖譜已經(jīng)完畢，而高質(zhì)量物理

17、圖譜也已能覆蓋95%基因組。更為精細(xì)物理圖譜（每100kb含有一個(gè)標(biāo)識(shí)位點(diǎn)）完畢預(yù)計(jì)在今年年終完畢。 是歐洲和北美血統(tǒng)DNA捐贈(zèng)者，而人類基因組多樣性計(jì)劃是研究人類基因組種族差別性。這種人種差別性為0.1%（約相應(yīng)于100多個(gè)基因）。這些差別基因很也許含有巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此我國(guó)亦建立了黃種人基因組計(jì)劃。人類基因組計(jì)劃提倡者是美國(guó)人類基因組計(jì)劃對(duì)象第54頁(yè)第54頁(yè) 基因組計(jì)劃實(shí)行會(huì)帶來許多倫理學(xué)、法學(xué)和社會(huì)學(xué)問題。 人類基因組計(jì)劃后果： 首先碰到是專利問題?，F(xiàn)在美國(guó)好幾家大公司均參入人類基因組計(jì)劃，每克隆鑒定一個(gè)基因，他們就將整個(gè)基因申請(qǐng)專利，占為己有。 致病基因鑒定將使人們得知自己患一些癌癥概

18、率，如歐美血統(tǒng)婦女有八分之一概率患乳腺癌。但若某婦女其近親有一人患乳腺癌，則她患乳腺癌概率劇增至85%。同時(shí)還含有患卵巢癌45%危險(xiǎn)。這樣，某人基因鑒定結(jié)果常會(huì)造成保險(xiǎn)公司回絕保險(xiǎn)或恣意提升投保金額依據(jù)，造成嚴(yán)重社會(huì)問題。 第55頁(yè)第55頁(yè)2.后基因組計(jì)劃基因克隆計(jì)劃:克隆和鑒定人3-5萬個(gè)基因基因組多樣性計(jì)劃:群體多樣化研究；代表基因組到個(gè)體基因組研究cDNA計(jì)劃:目標(biāo)是建立不同組織、不同基因在不同時(shí)期表示“目錄”，即個(gè)體基因表示時(shí)空?qǐng)D蛋白組計(jì)劃:HGP基因序列能夠馬上轉(zhuǎn)化為信息和物質(zhì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)。仿照HGP從單一蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)向大規(guī)模種類、結(jié)構(gòu)和功效研究細(xì)胞計(jì)劃:從分子水平到細(xì)胞水平研究中國(guó)HGP指導(dǎo)思想：參加、分享，重點(diǎn)是利用我們資源，依靠我們自己力量，為我們子孫克隆我們自己基因第56頁(yè)第56頁(yè)5.轉(zhuǎn)基因技術(shù)安全性與倫理問