普通生物學12-生物技術課件

生物技術——

現代生命科學的革命12.1生物技術定義、主要內容和發(fā)展概況12.2基因工程12.3蛋白質工程、發(fā)酵工程和細胞工程簡介12.4分子診斷和基因治療12.5克隆羊技術12.6生物芯片技術12.7生物技術的安全性和社會倫理問題生物科學成為當今世界自然科學的熱點和重點，主要由于兩方面的原因：

（1）二十世紀后葉，分子生物學領域一系列突破性成就，使生命科學在自然科學中的地位發(fā)生了革命性的變化；

（2）建立在實驗室研究基礎上的生物技術的發(fā)展為人類帶來了巨大的利益和財富。生物技術將是未來經濟發(fā)展的新動力 第一次技術革命 工業(yè)革命 解放人的雙手 第二次技術革命 信息技術 擴展人的大腦 第三次技術革命 生物技術 改造生命本身生物技術的顯著特點

高技術（精細和密集的復雜技術）

高投入（尤其是前期科研投入高）

高利潤1982年，國際合作與發(fā)展組織的定義為：生物技術是應用自然科學及工程學的原理，依靠微生物、動物、植物體作為反應器將物料進行加工以提供產品為社會服務的技術。美國政府技術顧問委員會(OAT)

的定義是：應用生物或來自生物體的物質制造或改進一種商品的技術，其還包括改良有重要經濟價值的植物與動物和利用微生物改良環(huán)境的技術。該定義強調了生物技術的商品屬性?？寺⊙颉岸嗬颉?2.1生物技術定義、主要內容和發(fā)展概況

生物技術的定義基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質（酶）工程

此外還有基因診斷與基因治療技術、克隆動物技術、生物芯片技術、生物材料技術、生物能源技術、利用生物降解環(huán)境中有毒有害化合物的技術直接相關聯的學科：分子生物學、微生物學、生物化學、遺傳學、細胞生物學、化學工程學、醫(yī)藥學等。對人類和社會生活各方面影響最大的生物技術領域：

農業(yè)生物技術、醫(yī)藥生物技術、環(huán)境生物技術、海洋生物技術

生物技術的主要內容

稀少珍貴的蛋白質藥物1982年，美國食品與藥物管理局批準了首例基因工程產品—人胰島素投放市場——它標志了基因工程產品正式進入到商業(yè)化階段。人生長激素、表皮生長因子、腫瘤壞死因子、a-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細胞生成素、尿激酶原、白細胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等

畜牧業(yè)中的應用動物疫苗、生長激素等例：從轉基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA

種植業(yè)中的應用抗化學除草劑基因轉基因西紅柿固氮酶基因人類DNA……

環(huán)境保護等等“后基因組時代”將是“蛋白質組學時代”，即從對基因信息的研究轉向對蛋白質信息的研究，包括研究蛋白質結構、功能與應用及蛋白質相互關系和作用。蛋白質工程就是在對蛋白質的化學、晶體學、動力學等結構與功能認識的基礎上，對蛋白質人工改造與合成，最終獲得商業(yè)化的產品。12.3蛋白質工程、發(fā)酵工程和細胞工程簡介蛋白質工程蛋白質工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（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的二維重組和三維晶體結構;蛋白質工程（4）設計各種處理條件，了解蛋白質的結構變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設計編碼該蛋白的基因改造方案，如點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。一般發(fā)酵工程包括以下基本步驟：（1）菌種選育；（2）細胞大規(guī)模培養(yǎng)即發(fā)酵過程；（3）生產活性的誘導；（4）菌體及產物的收獲

發(fā)酵工程發(fā)酵工程的產品范圍非常廣泛。 從食品、藥品、精細化工產品到許多工業(yè)用原料等等生物可降解塑料PHB等細胞工程是指通過細胞水平上的篩選或改造，獲得有商業(yè)價值的細胞株或細胞系，再通過規(guī)模培養(yǎng)，獲得特殊商品的技術與過程。細胞工程包括動物細胞工程和植物細胞工程，它們分別以動物細胞和植物細胞為主要生產對象，以細胞培養(yǎng)為主要過程和內容。

細胞工程單細胞藻類培養(yǎng)

細胞工程一些單細胞低等植物如單細胞藻類的大規(guī)模培養(yǎng)成為細胞工程的重要組成部分獲得蛋白質資源、營養(yǎng)食品、精細化工產品等等高等植物細胞培養(yǎng)

細胞工程高等植物細胞具有全能性。從高等植物的幼胚、根、莖、葉、花和果實等不同器官的組織中分離的單個細胞，經過特殊培養(yǎng)形成愈傷組織，并可進一步誘導生成完整的植株。細胞融合、細胞重組、雜交瘤技術

細胞工程細胞融合是將不同種類的兩種細胞經過特殊處理后放在一起，在某些促融因子作用下發(fā)生融合，形成雜種細胞。細胞重組是把不同種類的細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。雜交瘤技術是通過細胞融合產生特異雜交瘤細胞。12.4分子診斷和基因治療

分子診斷利用PCR技術或PCR與分子雜交標記相結合，可以快速準確地檢測出病原性物質。

分子診斷遺傳性疾病的診斷羊水和胎盤絨毛膜檢測

分子診斷例：鐮狀紅細胞貧血癥的檢測一種常染色體退化遺傳病引起原因：基因的點突變，丟失了可被MstII或Cvnl切開的一個限制性內切酶位點。正常：三條帶患病：一條帶子女1：正常子女2：患病子女3：攜帶者

基因治療基因治療即利用基因工程技術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胞，以替代、修復或糾正有缺陷的基因。通常使用一種反轉錄病毒作為基因治療的轉移系統，重組載體可以感染人的組織和細胞，但不自我復制。例：重癥綜合性免疫缺乏癥（SCID）1990年，轉基因T淋巴細胞注射到人體骨髓組織中治療SCID277次乳腺細胞核移植實驗；獲得29個發(fā)育為8細胞的“胚”；13頭代孕母親；1996年7月5日，羊羔6LL3，被命名為“多莉”。（1）既然綿羊的體細胞可以被成功地克隆成一個新的個體，是否意味著人類也可以克隆自己呢？（2）是否應該允許進行克隆人的實驗？12.6生物芯片技術生物芯片又稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術與半導體工業(yè)技術相結合的結晶。該技術系指將大量探針分子固定于支持物上后與帶熒光標記的DNA樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數量和序列信息。1996年底，美國Affymetrix結合照相平板印刷、計算機、半導體、寡核苷酸合成、熒光標記、核酸探針分子雜交和激光共聚掃描等高新技術，研制創(chuàng)造了世界第一塊DNA芯片。

生物芯片技術的一般原理A.用于微陣列芯片制作的點樣儀。；B.封裝在卡盒中的微陣列芯片;C.用于微陣列芯片熒光標記檢測的激光共聚焦掃描器；D.微陣列芯片的局部放大；E.微陣列芯片上固定DNA探針的示意圖。圖中藍色的DNA鏈是預先固定在芯片表面的捕獲探針，紅色的DNA鏈是與捕獲探針互補的靶DNA分子。DNA芯片可用于大規(guī)模篩查基因突變所引起的疾??；分析基因組及發(fā)現新基因等具有很大的優(yōu)勢；

DNA芯片技術用于基因組分析時，具有樣品用量小、信息量大、分析方法簡易快速、自動化程度高等多項優(yōu)點，特別適合于尋找新基因、基因表達檢測、突變檢測、基因組多態(tài)性分析和基因文庫作圖以及雜交測序等方面。醫(yī)學、化學、新藥開發(fā)、司法鑒定、農業(yè)技術和食品技術領域也具有廣泛的應用；

生物芯片技術的主要應用1998年底，美國科學促進會將基因芯片技術列為1998年度自然科學領域十大進展之一。一些科學家把基因芯片稱為“可以隨身攜帶的微型實驗室”。12.7生物技術的安全性和社會倫理問題基因一旦被改動，一方面可能引起生物體內一系列未知的結構與功能的變化；另一方面，轉基因操作對生物體的影響會通過遺傳傳遞。

轉基因技術的安全性問題外源基因引入后，是否會影響其他重要的調節(jié)基因，甚至會激活原癌基因？轉基因技術的廣泛應用是否會導致難以消滅的新病原物出現？是否會造成生態(tài)學災難？人類攝食大量轉基因食品是否會影響人類及其后代的健康？

克隆人的倫理問題在克隆階段，如果有關胚胎發(fā)育的基因重新編排或啟動不完全，對新生兒可能產生什么嚴重后果呢？兄弟、姐妹、父母、子女？器官克隆和干細胞培養(yǎng)和分化器官，用于醫(yī)學和臨床治療？

個人基因信息的隱私權問題人類基因信息利用的倫理、法律和社會影響計劃，稱之為ELSI項目： （1）在應用和解釋基因信息時的隱私權和公正性； （2）基因信息由實驗室研究向實際醫(yī)療應用的轉化； （3）人類基因組計劃參與者相互協調和成果發(fā)布； （4）公眾與專業(yè)教育

基因治療的應用問題一個人有權決定另一個人的基因結構或未來命運嗎？萬一這種基因操作失敗了或者造成了將來才能發(fā)現的不可挽回的缺陷和后果，誰承當責任呢？是否可以通過基因治療操作來增加運動員的身高或短跑速度，這與運動員服用興奮劑有什么本質區(qū)別？

生物技術引發(fā)的其它問題生物技術費用高，在自身健康上的貧富差距？涉及人類自身發(fā)展的重要生物技術的壟斷？生物武器？……生物技術是“應用生物或來自生物體的物質制造或改進一種商品的技術，其還包括改良有重要經濟價值的植物與動物和利用微生物改良環(huán)境的技術”，通常包括基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和蛋白質（酶）工程4個方面內容。高技術、高投入、高利潤是生物技術的顯著特點。

以重組DNA操作為核心技術的過程被稱為基因工程?；蚬こ痰陌l(fā)展帶動和促進了蛋白質工程、發(fā)酵工程和細胞工程的發(fā)展，它們相互補充和相互滲透，形成了生物技術的上游與下游的關系。

分子診斷是利用分子生物學的手段如PCR、限制性酶切、克隆