基因工程-1-前言課件

1、基因工程原理和方法 歡 迎 學 習 本 課 程，請 多 提 寶 貴 意 見！基因工程原理與方法第一章 基因工程緒論第二章 基因工程的工具酶第三章 基因工程的載體第四章 基因工程的受體第五章 基因克隆第六章 外源基因的高效表達第七章 植物基因工程第八章 動物基因工程第一節(jié) 基本概念第二節(jié) 基因工程的誕生與發(fā)展史第三節(jié) 基因工程的研究內容與應用第一章 緒論 第一節(jié) 基本概念 1.基因1866年，孟德爾將控制性狀的遺傳因素稱之為遺傳因子。1909年，約翰生首次提出Gene一詞，提出基因型與表現(xiàn)型的區(qū)別1910年以后，摩爾根提出遺傳粒子理論，認為基因是一粒一粒在染色體上排列而成，且互不重疊20世紀40

2、年代，隨著遺傳物質DNA的發(fā)現(xiàn)，及1953年，DNA雙螺旋的結構解析，認為基因是具有一定遺傳效應的DNA片段20世紀60年代，發(fā)現(xiàn)基因是可分的，功能上有差別的。20世紀70年代，發(fā)現(xiàn)斷裂基因、重疊基因、跳躍基因，使對基因的認識更加深入?；蚴且粋€含有特定遺傳信息的核苷酸序列，它是遺傳物質的最小功能單位。2.基因工程(gene engineering) 用人工方法,對DNA(基因)分子在體外(in vitro)進行切割、連接、組成重組DNA分子.再導入生物體內,并使其在異種生物內復制、表達,從而使受體生物獲得新的遺傳性狀,這一全過程稱為基因工程.第一節(jié) 基本概念 4.生物工程(bioengine

3、ering、biotechnology) 基因工程 酶的固定化 細胞工程(細胞培養(yǎng)、細胞融合) 酶 工 程 酶的生產 酶的分離純化 酶的修飾改造 (蛋白質工程) 發(fā)酵工程(微生物工程) 選種育種設計反應器 培養(yǎng)條件 產物回收 廢水處理 生物工程第一節(jié) 基本概念 基因工程在生命科學中的地位生命科學分子生物學遺傳工程基因工程生物工程遺產物質的發(fā)現(xiàn)1944 年 T Avery肺炎雙球菌的體外轉化實驗SIII 光滑型 有致病性RII 粗糙型 無致病性DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)1953年 Watson and Crick，Nature這個構造擁有一些全新的特征，對生物學來說具有相當的意義。 1962年諾貝爾

4、獎威爾金斯 弗蘭克林 遺傳信息傳遞方式的發(fā)現(xiàn)1968年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主遺傳信息DNA mRNA 蛋白質 霍利（Holley）科拉納（Khorana ）尼倫伯格（Nirenberg）中心法則限制性內切酶的發(fā)現(xiàn)1970年H Smith 首次分離了型限制酶HindIII1978年諾貝爾獎基因克隆質粒載體的應用pSC101（plasmid Stanley Cohen)復制單元抗生素抗性基因外源DNA克隆位點第二節(jié) 基因工程的誕生與發(fā)展史基因工程的誕生理論上的三大發(fā)現(xiàn) 遺傳物質的發(fā)現(xiàn)、DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)、 遺傳信息傳遞方式的發(fā)現(xiàn)技術上的三大發(fā)明 限制性內切酶、質粒載體、逆轉錄酶實踐上的三大實

5、驗 重組DNA實驗、 科恩模型實驗、 真核基因異源表達實驗1972年，斯坦福大學化學家P.Berg完成世界上第一個重組DNA實驗SV40DNA1973年，美國斯坦福大學醫(yī)學院遺傳學家Cohen，世界上第一個基因工程實驗轉化1973年被公認為基因工程誕生的元年非洲爪蟾rDNApSC101 質粒EcoRIEcoRI3 106dal4.2 106dal3.9 106dal4.8 106dalTcrTcrTcroriorioriEcoRIEcoRIEcoRI1974年，Boyer & Cohen實現(xiàn)了真核生物基因在原核中表達獲得轉化子第二節(jié) 基因工程的誕生與發(fā)展史基因工程的發(fā)展史基因工程的禁忌1974

6、年 呼吁所有涉及重組DNA的實驗應該暫停1975年 只能使用試管中才能存活的實驗細菌進行1976年 嚴格禁止涉及致癌基因的重組DNA研究基因工程的騰飛1979年 宣布放松“守則”準許克隆病毒致癌基因1982年 美國科學家育成超級鼠1982年 基因工程產物人胰島素進入市場1990年 首次基因治療重度聯(lián)合免疫缺陷癥成功1991年 美國倡導下啟動人類基因組計劃1997年 美國人威爾英特克隆多利綿羊1971 1973 74-76 77 82懷疑 誕生 爭論 發(fā)展 高潮 平穩(wěn)發(fā)展 本課開設內容圍繞一個中心,弄清三個問題基因工程基本過程(七步驟)工具酶 (技術工人) 載體 (交通工具) 宿主(場地) 基因

7、克隆 (建造) 鑒定(驗收) 表達(生產) 目的基因的獲得 目的基因與載體連接 重組DNA導入宿主 重組體的篩選 重組體的鑒定 基因表達 基因產物分離純化 切 轉 篩 查 產 收 連 二、基因工程技術的應用 1.基因工程與人類醫(yī)療保健1.1基因工程藥物目前正在研究和開發(fā)的基因工程多肽藥物大約2000多種,其中127種投放市場, 近2000種正在臨床前研究.生長激素釋放抑制素 50萬頭羊腦=9升E.coli=50mg胰島素 100kg豬胰臟=10L E.coli=1g生長激素 250萬頭羊垂體=10L E.coli=5mg干擾素(病毒克星) 8升人血提取1mg，1磅（453g）=200億美元；基

8、因工程：1磅1億美元。 發(fā)現(xiàn)新的II型糖尿病基因2008年科學家對II型糖尿病基因進行了密切研究，并揭開了其中的秘密。最終10個基因可能與增加患糖尿病的風險有關，這些發(fā)現(xiàn)將幫助專家精確鎖定那些易患2型糖尿病的人群。 發(fā)現(xiàn)骨關節(jié)炎相關的基因 著名權威醫(yī)學雜志自然基因(Nature Genetics)期刊2007年發(fā)表一項研究調查結果，中國與日本的研究人員發(fā)現(xiàn)一種分泌蛋白質的基因GDF5異變，是骨關節(jié)炎的主要原因。發(fā)現(xiàn)兒童自閉癥相關基因發(fā)現(xiàn)自閉癥病兒具有的變異型ENGRAILED 2基因，是沒有自閉癥的正常兒童所具有的兩倍，存在著統(tǒng)計學上的顯著差異。盡管還不清楚是否變異ENGRAILED 2基因本

9、身導致了自閉癥，但這明確表明一種相應的基因或DNA變異與自閉癥相關聯(lián)。 科學家正在解碼肥胖基因 法國國家科研中心與英國倫敦帝國學院等研究機構的一項聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，人體內一種名為PCSK1的基因發(fā)生變異后，會增加肥胖風險。到2007年底，科學家有望得出一份“肥胖基因”名單，從遺傳角度解釋超重現(xiàn)象。性別基因診斷有生物道德學家擔心，允許 夫婦選擇嬰兒性別，會令某些國家男女不平衡的現(xiàn)象惡化。不過這種技術費用高昂，不太可能在發(fā)展中國家普及，即使在美國也不是人人可以負擔得起。然而，這可能形成一種“設計嬰兒”的風潮，導致將來只有窮人的后代才會肥胖又禿頭，造成不同的“基因階級”。二、基因工程技術的應用 1.基因

10、工程與人類醫(yī)療保健1.3基因治療 將正?；蜣D入患者機體內,取代致病的突變基因表達所缺乏的基因產物,或通過基因調控的手段,有目的地抑制異常基因表達或重新開啟已關閉的基因,達到治療遺傳病、腫瘤、艾滋病、癌癥的目的。 二、基因工程技術的應用 1.3.1 基因治療方式基因增補（gene augmentation）基因修正（gene correction）基因置換（gene replacement）基因失活（gene inactivation）免疫調節(jié)（immune adjustment）第一例基因治療臨床實驗腺苷脫氨酶基因基因治療死亡病例1999年 一位18歲青年蓋幸格接受基因治療僅僅4天便不幸死亡

11、。2002年 法國兩名接受免疫缺陷基因治療的兒童，又莫名其妙地患上了白血病基因治療臨床試驗批準數年度變化曲線 基因治療臨床試驗所涉及的疾病2.基因工程與工農業(yè)2.1轉基因植物植物轉基因技術是指把從動物、植物或微生物中分離到的目的基因，通過各種方法轉移到植物的基因組中，使之穩(wěn)定遺傳并賦予植物新的農藝性狀，如抗蟲、抗病、抗逆、高產、優(yōu)質等。二、基因工程的應用植物抗蟲基因工程抗病基因工程 植物抗逆基因工程 植物品質改良的基因工程 植物生物反應器 BT玉米的開發(fā)蘇云氏桿菌 產生毒害劑的基因 除害劑基因與質粒結合 BT 玉米 含轉基因的幼苗 植物細胞與重組基因 重組基因在細菌中基因重組細菌共同培養(yǎng) 培養(yǎng)擴增細菌 2.2轉基因動物 二、基因工程的應用建立人類疾病的動物模型器官移植的動物供體作為生物反應器 轉基因奶牛產促紅細胞生成素 40多億美元 提高動物生長率方面 （超級鼠）“人心豬” “人心豬”