生物技術概論-課件

生物技術概論生物工程系列課件CorrespondingE-mail:wangx@Biotechnology:AshortCourse制作：吳遠根、王嘯1ppt課件課程簡介

課程內(nèi)容：本課程結合《生命科學導論》和《生物技術概論》重點講解生命基礎知識、基因工程、細胞工程、酶工程及發(fā)酵工程的基本原理和基本技術以及生物技術在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、能源、環(huán)境保護等領域中的應用。2ppt課件教學大綱

教學任務與目的：現(xiàn)代生物技術是建立在生物化學、微生物學、細胞生物學、基因工程、發(fā)酵工程等理論及實驗的基礎上，其主要任務是全面、系統(tǒng)地了解和掌握現(xiàn)代生物技術的基本理論、基本概念、基本方法和技能，了解生物技術領域的最新進展。通過本課程的學習，使學生了解和掌握現(xiàn)代生物技術的基本內(nèi)容和研究方法，并能運用所學知識分析和解決實際問題。

適用對象與層次：生物類專業(yè)本科學生。

3ppt課件當今人類社會面臨最重大的問題和挑戰(zhàn)∶人口膨脹；糧食短缺；疾病危害；環(huán)境污染；能源危機；資源匱乏；生態(tài)平衡破壞；生物物種大量消亡。解決人類生存與發(fā)展所面臨的一系列重大問題，在很大程度上將依賴于生命科學的發(fā)展。生命科學對人類經(jīng)濟、科技、政治和社會發(fā)展的作用是全方位的。4ppt課件研究人員培育的“超級水稻”在產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量兩方面均優(yōu)于尋常品種。

糧食

聯(lián)合國糧農(nóng)組織水稻研究所(菲,馬尼拉)。

綠色革命5ppt課件

資源

礦物能源(石油、煤)必將枯竭,生物能源已在開發(fā)之中。很多不起眼的生物,很可能就是藥物、材料等的寶貴資源。圖為墨西哥荒原中的仙人掌類植物。防輻射、降壓、血凝等作用6ppt課件一個20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類,加工后可得相當于3000升柴油的燃料。一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于50噸石油的燃料。圖為生長在淡水和海水中的一種硅藻7ppt課件

環(huán)境這是最早一份關于環(huán)境對生物種群影響的研究。工業(yè)化前英國鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)；工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因為黑煙污染了環(huán)境，黑色蛾子更易藏身。8ppt課件工人正在向被石油污染的海灘噴灑營養(yǎng)液，促使吃石油的細菌長起來。9ppt課件

1980s以來，世界著名大學如MIT等，紛紛把生物類課程列為全校必修課.

1995年以后，國內(nèi)重點大學陸續(xù)把生物類課程列為全校非生物類專業(yè)大學生的限選或必修課程。10ppt課件這是因為人們意識到，21世紀

將是生命科學的世紀，面向21

世紀的大學生應有生命科學基

礎，而不應該成為“生物盲”。

11ppt課件細胞是生物的基本組成單位(病毒除外)12ppt課件新陳代謝、生長和運動是生命的基本功能

物理運動→化學運動→生命運動

13ppt課件生命通過繁殖而延續(xù),DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)。漂亮的模特

遺傳學家“中心法則”14ppt課件生物具有個體發(fā)育和系統(tǒng)進化的歷史15ppt課件生物對外界可產(chǎn)生應激反應，對環(huán)境有適應性16ppt課件生命(生物體)的基本特征

1、細胞是生物的基本組成單位(病毒除外)

2、新陳代謝、生長和運動是生命的基本功能

3、生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)

4、生物具有個體發(fā)育和系統(tǒng)進化的歷史

5、生物對外界可產(chǎn)生應激反應和自我調(diào)節(jié)，對環(huán)境具有適應性17ppt課件人類文明發(fā)展的三次技術革命：生物技術革命21世紀：創(chuàng)造生命！信息革命20世紀：解放大腦工業(yè)革命19世紀：解放雙手18ppt課件生物學經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：描述生物學階段(19世紀中葉以前)從傳統(tǒng)生物學到現(xiàn)代生命科學

——生命科學能夠迎接21世紀的挑戰(zhàn)

實驗生物學階段(19世紀中到20世紀中)創(chuàng)造生物學階段(20世紀中葉以后)19ppt課件(1)描述生物學階段(19世紀中葉以前)主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類型生物，尋找他們之間的異同和進化脈絡。

達爾文

《物種起源》(1859)20ppt課件(2)實驗生物學階段(19世紀中到20世紀中)利用各種儀器工具，通過實驗過程，探索生命活動的內(nèi)在規(guī)律。21ppt課件巴斯德在實驗室里22ppt課件

“自生說”是一個古老的學說，認為一切生物是自然發(fā)生的。到了17世紀，雖然由于研究植物和動物的生長發(fā)育和生活循環(huán)，使“自生說”逐漸削弱，但是由于技術問題，如何證實微生物不是自然發(fā)生的仍然是一個難題，這不僅是“自生說”的一個頑固陣地，同時也是人們正確認識微生物生命活動的一大屏障。

巴斯德在前人工作的基礎上，進行了許多試驗，其中著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內(nèi)確實含有微生物，它們引起有機質(zhì)的腐敗。巴斯德自制了一個具有細長而彎曲的頸的玻瓶，其中盛有有機物水浸液，經(jīng)加熱滅菌后，瓶內(nèi)可一直保持無菌狀態(tài)，有機物不發(fā)生腐敗，因為彎曲的瓶頸阻擋了外面空氣中微生物直達有機物浸液內(nèi)，一旦將瓶頸打斷，瓶內(nèi)浸液中才有了微生物，有機質(zhì)發(fā)生腐敗。巴斯德的實驗徹底否定了“自生說”，并從此建立了病原學說，推動了微生物學的發(fā)展。23ppt課件曲頸瓶實驗24ppt課件(3)創(chuàng)造生物學階段(20世紀中葉以后)

分子生物學和基因工程的發(fā)展使人們有可能“創(chuàng)造”新的物種。25ppt課件沃生和克里克在討論DNA雙螺旋模型26ppt課件第一例基因工程實驗27ppt課件28ppt課件含有熒光水母基因的小豬美國密蘇里大學最近通過克隆技術培育出四只含有熒光水母基因的小豬。左為熒光小豬，右為正常小豬悠游的奇幻精靈——水母29ppt課件生物技術的定義1982年，國際合作與發(fā)展組織(ICDO)對生物技術進行了定義：即應用自然科學及工程學原理，依靠微生物、動物體、植物體作為生物反應器，將原料加工以提供產(chǎn)品來為社會服務的技術。美國政府技術顧問委員會(OAT)的定義：應用生物或來自生物體的物質(zhì)制造或改進一種商品的技術，其還包括改良有重要經(jīng)濟價值的植物與動物和利用微生物改良環(huán)境的技術。30ppt課件生物學化學工程工程學化學生物工程生物化學生物技術31ppt課件是以現(xiàn)代生命科學理論為基礎，利用生物體及其細胞的、亞細胞的和分子的組成部分，結合工程學、信息學等手段開展研究及制造產(chǎn)品，或改造動物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品質(zhì)、特性，從而為社會提供商品和服務的綜合性技術體系?！铩铩颰ermsneedtoremember:生物技術32ppt課件生物技術有時也稱生物工程,主要包含六個研究領域：★★★發(fā)酵工程生化反應工程酶工程細胞工程基因工程蛋白質(zhì)工程33ppt課件傳統(tǒng)生物技術■

傳統(tǒng)生物技術主要是通過微生物的初級發(fā)酵生產(chǎn)商品。上游處理過程發(fā)酵和轉(zhuǎn)化下游處理過程34ppt課件■

傳統(tǒng)生物技術僅能修飾微生物已有的遺傳特性，并不能賦予其新的遺傳特性，因而傳統(tǒng)生物技術局限在化學工程和微生物工程領域。傳統(tǒng)生物技術35ppt課件生物技術的定義■

DNA重組技術的發(fā)展改變了生物技術的本質(zhì)，現(xiàn)代生物技術應運而生?，F(xiàn)代生物技術生命科學工程技術其他相關學科36ppt課件現(xiàn)代生物技術1953年，Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋分子結構。37ppt課件現(xiàn)代生物技術1973年，Boyer和Cohn實現(xiàn)了DNA體外重組?！盎蚩寺　辈呗?。38ppt課件現(xiàn)代生物技術的發(fā)展人文科學物理學計算機科學天文學數(shù)學化學生物學農(nóng)學醫(yī)學工程學心理學生物物理學生物化學生物數(shù)學宇宙生物學人工智能學植物生理學育種學昆蟲學植物病理學人體及動物生理學藥理學病理學生物工程學生物材料生物傳感器生物能源生物信息學39ppt課件染色體DNA30億對核苷酸基因功能？1990年啟動，共計六個國家16個基因組中心參與中國承擔3號染色體約3000萬bp的測序，約占整個計劃的1%?！白x出”堿基測序(2000年6月)“讀懂”基因的功能農(nóng)業(yè)基因組計劃人類基因組計劃(HGP)40ppt課件人類的染色體組41ppt課件已完成測序工作的生物42ppt課件

2002年4月Science以封面文章的形式發(fā)表中國科學家《水稻(秈稻)基因組的工作框架序列圖》這一科學專論。43ppt課件轉(zhuǎn)基因抗蟲棉44ppt課件轉(zhuǎn)基因棉花45ppt課件轉(zhuǎn)基因抗蟲番茄46ppt課件轉(zhuǎn)基因小鼠47ppt課件從轉(zhuǎn)基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA48ppt課件1990年9月14日美國第一例臨床基因治療申請獲得批準：國立衛(wèi)生研究院NIH，重組DNA顧問委員會RAC。SCID患者(severecombinedimmunodeficiency)：缺乏腺苷酸脫氨酶，ada基因缺失。將正?；蜣D(zhuǎn)入患者(4歲的女孩)淋巴細胞，再將改造細胞送回患者體內(nèi)?；蛑委熤匕Y聯(lián)合免疫缺陷?。?9ppt課件AshantideSilva,Now13,wasthefirstpatienttobetreatedwithgenetherapy.重癥聯(lián)合免疫缺陷的基因治療

腺苷脫氨酶基因治療(1990)50ppt課件生物技術制藥DrugDiscovery51ppt課件生物技術制藥產(chǎn)業(yè)過程提供新藥研發(fā)的方法、策略和目標基因、蛋白或其他代謝產(chǎn)物體外實驗、動物模型的建立及動物模型的體內(nèi)實驗臨床實驗，通過相關管理部門的審查，市場營銷基礎研究從事新藥發(fā)現(xiàn)的生物技術公司制藥公司52ppt課件生物技術制藥DrugR&D(新藥開發(fā))53ppt課件親子鑒定Identificationofpaternityandmaternity.MYFather???54ppt課件遺傳改造Genetic-modifiedspecies.SPECIESHalfAngel/HalfDevil

55ppt課件生物芯片技術

生物芯片技術的一般原理生物芯片又稱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(shù)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。56ppt課件

DNA分子雜交的基礎是，具有互補堿基序列的DNA分子，可以通過堿基對之間形成氫鍵等，形成穩(wěn)定的雙鏈區(qū)。在進行DNA分子雜交前，先要將兩種生物的DNA分子從細胞中提取出來，再通過加熱或提高pH的方法，將雙鏈DNA分子分離成為單鏈，這個過程稱為變性。然后，將兩種生物的DNA單鏈放在一起雜交，其中一種生物的DNA單鏈事先用同位素進行標記。如果兩種生物DNA分子之間存在互補的部分，就能形成雙鏈區(qū)。由于同位素被檢出的靈敏度高，即使兩種生物DNA分子之間形成百萬分之一的雙鏈區(qū)，也能夠被檢出。核酸(DNA)分子雜交★★★

是定性或定量檢測特異DNA和RNA的有力工具57ppt課件

分類學上不同物種的DNA分子之間可以進行分子雜交，但是，遠緣物種的DNA分子之間進行雜交分子的可能性遠比近緣物種的要小得多。例如，細菌與真核細胞DNA分子之間形成雜交分子的可能性很小；不同細菌的DNA分子之間雜交時，能形成某些互補片段；人的DNA分子與小鼠的DNA分子之間雜交時，只有少量的人DNA單鏈和小鼠DNA單鏈能形成雜交分子，而且只是部分堿基配對。但是，人與鼠之間的DNA雜交分子的形成，比人與酵母之間DNA雜交分子的形成要容易。在生物進化過程中，DNA中的堿基序列也發(fā)生了變化。兩種生物的DNA單鏈之間互補程度越高，通過分子雜交形成雙螺旋片段的程度也就越高，二者的親緣關系就越近；反之，親緣關系就越遠。所以，可以通過DNA分子雜交技術來鑒定物種之間親緣關系的遠近。DNA分子雜交的意義58ppt課件生物芯片之所以成為全世界科學家孜孜以求的目標的原因——▲一個指甲大的地方就能建個實驗室，醫(yī)生可以一次同時測出多種病原微生物，在極短的時間內(nèi)知道病人被哪種微生物感染，迅速醫(yī)治；想知道胎兒是否患有遺傳病，只要取少量羊水或幾滴父母血液，同時鑒別的遺傳病達數(shù)十種甚至數(shù)千種！▲這個縮微實驗室名叫“生物芯片”。59ppt課件

雜交分子的形成并不要求兩條單鏈的堿基順序完全互補，所以不同來源的核酸單鏈只要彼此之間有一定程度的互補順序(即某種程度的同源性)就可以形成雜交雙鏈。分子雜交可在DNA與DNA、RNA與RNA或RNA與DNA的二條單鏈之間進行。由于DNA一般都以雙鏈形式存在，因此在進行分子雜交時，應先將雙鏈DNA分子解聚成為單鏈，這一過程稱為變性，一般通過加熱或提高pH值來實現(xiàn)。使單鏈聚合雙鏈的過程稱為退火或復性。用分子雜交進行定性或定量分析的最有效方法是將一種核酸單鏈用同位素或非同位素標記成為探針，再與另一種核酸單鏈進行分子雜交。核酸雜交的基礎：堿基對之間非共價鍵(主要是氫鍵)的形成即出現(xiàn)穩(wěn)定的雙鏈區(qū)。60ppt課件核酸雜交的最常用方法：

Southern印跡雜交(southernblot)

Southernblot是研究DNA圖譜的基本技術，在遺傳診斷DNA圖譜分析及PCR產(chǎn)物分析等方面有重要價值。Southern印跡雜交基本方法是將DNA標本用限制性內(nèi)切酶消化后，經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳分離各酶解片段，然后經(jīng)堿變性，Tris緩沖液中和，高鹽下通過毛吸作用將DNA從凝膠中轉(zhuǎn)印至硝酸纖維素濾膜上，烘干固定后即可用于雜交。凝膠中DNA片段的相對位置在DNA片段轉(zhuǎn)移到濾膜的過程中繼續(xù)保持著。附著在濾膜上的DNA與32P標記的探針雜交，利用放射自顯影術確定探針互補的每條DNA帶的位置，從而可以確定在眾多酶解產(chǎn)物中含某一特定序列的DNA片段的位置和大小。最大優(yōu)勢61ppt課件基因芯片實驗程序62ppt課件基因芯片實驗程序63ppt課件陳竺教授說，生物芯片最終將走入千家萬戶。

64ppt課件生物芯片大規(guī)模、高通量檢測，使個人擁有自己的基因卡成為可能，這對預防醫(yī)學極為重要。也許不久的將來，上醫(yī)院看病，不僅要帶病歷卡，還要帶芯片病歷卡。盈盈方寸間，將記錄你的個人遺傳信息，對什么藥物最敏感，醫(yī)生將據(jù)此為每個人設計預防方案，通過生活方式的改變，躲開許多致命的遺傳疾病的侵襲。65ppt課件最近兩年內(nèi)，基因?qū)W專家有望按照對藥物的不同反應，將人分成若干類型，屆時便能夠準確地判定出誰適合服用哪種藥。這就如同發(fā)給每人一張“基因身份證”。基因身份證中包含著比人的指紋更為復雜、更有價值的東西。所有愿意獲取這一身份證的人都會得到如下的信息：適合于什么藥物，不適合于什么藥物；自身容易感染何種疾病，而罹患某些疾病的機會則微乎其微。嬰兒在呱呱墜地時候便可以得到自己的“基因身份證”。美國已有人植入人體基因芯片(“隨身攜帶”—的身份證)。66ppt課件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”。

DNA芯片可用于大規(guī)模篩查基因突變所引起的疾?。?/p>

分析基因組及發(fā)現(xiàn)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(nóng)業(yè)技術和食品技術領域也具有廣泛的應用；67ppt課件從經(jīng)濟效益來說，生物芯片最大的應用領域可能就是開發(fā)新藥。目前已經(jīng)有多家制藥企業(yè)介入芯片的開發(fā)。由于存在個體差異，可以說沒有一種藥物可以適用于所有的病人。因此，根據(jù)每個人的特有的基因開發(fā)出專用藥物，即個性化藥物，將成為藥物治療學上的一次質(zhì)的飛躍。這就要快速分析病人的多個基因已確定用藥的方案，基因芯片技術將是最佳選擇。68ppt課件面對生物芯片的巨大產(chǎn)業(yè)，我國的科學家們也積極行動，研制開發(fā)出我國自主知識產(chǎn)權的生物芯片，在醫(yī)用生物芯片研究和工程技術的某些方面達到了國際先進水平。2000年10月，清華大學生物芯片研究開發(fā)中心程京教授在國際生物芯片技術大會上宣布，他們已經(jīng)研制出世界上第一個1平方厘米大小的多力生物芯片平臺系統(tǒng)。利用它可以在指甲大小的芯片上建立縮微實驗室，用于醫(yī)學基礎研究、疾病診斷、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、航天、環(huán)保等領域的分析檢測。上述成果表明，雖然中國在生物芯片領域起步較晚，與美國、歐洲、日本相比在實際制作實物的能力方面，還有相當差距，但在某些想法和構思方面走到了國際前沿。69ppt課件蛇田鼠熱血動物身體向外散熱蛇通過感受器探測到熱源生物仿生：

蛇的紅外探測70ppt課件71ppt課件Correspondingauthor:YuangenWu,E-mail:ygwu@,CollegeofChemicalEngineering,GuiZhouUniversityContentofBiotechnologyPART1生命科學