《基因工程常用技術》課件

基因工程常用技術基因工程是利用生物技術，對生物的遺傳物質進行操作，以改變生物的性狀，或創(chuàng)造新的生物類型。課程大綱基因工程簡介定義、發(fā)展歷程、應用領域DNA提取與純化原理、方法、應用DNA測序技術第一、二、三代測序技術DNA克隆技術載體、重組、鑒定1.基因工程簡介基因工程是利用生物技術，將外源基因導入受體生物，并使之表達，從而改變生物性狀的技術?；蚬こ痰暮诵氖菍⑼庠椿虿迦氲捷d體中，并將載體導入受體細胞，最終使外源基因在受體細胞中穩(wěn)定表達?；蚬こ痰亩x基因工程定義基因工程是利用生物技術對生物的基因進行操作，以改變生物的遺傳特性，從而創(chuàng)造出新的生物類型或改進現(xiàn)有生物類型的技術。核心技術基因工程的核心技術包括基因的克隆、基因的表達和基因的改造?；蚬こ痰陌l(fā)展歷程1970s基因工程概念的提出，第一個重組DNA分子誕生。1980s首個基因工程藥物誕生，基因工程技術開始應用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領域。1990s人類基因組計劃啟動，基因工程技術發(fā)展迅速。2000s基因芯片技術，基因治療技術的進步。2010sCRISPR基因編輯技術誕生，基因工程技術進入新時代?；蚬こ痰膽妙I域醫(yī)藥領域生產(chǎn)治療性蛋白，如胰島素、生長激素和干擾素等。農(nóng)業(yè)領域培育抗病蟲害、高產(chǎn)作物，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質。環(huán)境保護領域開發(fā)環(huán)境友好型生物技術，如生物降解塑料、生物修復污染等。2.DNA提取與純化DNA提取的原理DNA提取是基因工程中重要的第一步，通過物理、化學方法從生物體中分離、純化出DNA。DNA純化的目的純化后的DNA能夠更好地用于后續(xù)的實驗操作，如克隆、測序和PCR等。DNA提取的原理與方法1細胞裂解破壞細胞膜，釋放DNA2蛋白質去除去除蛋白質，防止DNA降解3DNA沉淀利用乙醇或異丙醇沉淀DNA4DNA洗滌去除雜質，純化DNA5DNA溶解將DNA溶解在緩沖液中DNA純化的方法1酚-氯仿抽提法利用酚-氯仿的性質分離DNA，將DNA從細胞裂解液中提取出來。2柱層析法利用吸附劑分離DNA，將DNA從其他雜質中分離出來。3磁珠法利用磁珠吸附DNA，將DNA從溶液中分離出來。3.DNA測序技術定義DNA測序技術是指確定DNA序列的技術，它可以揭示生物體的遺傳信息。應用DNA測序技術被廣泛應用于醫(yī)學研究、生物技術、農(nóng)業(yè)等領域，例如疾病診斷、藥物研發(fā)、基因工程。第一代測序技術桑格測序法也稱為雙脫氧鏈終止法，是第一代測序技術的代表方法。自動化測序儀將桑格測序法自動化，提高了測序效率和準確性。第二代測序技術高通量第二代測序技術能夠一次性對大量DNA片段進行測序，顯著提高測序效率和速度。讀長較短第二代測序技術產(chǎn)生的序列讀長一般較短，約為幾十到幾百個堿基。成本相對較低相比于第一代測序技術，第二代測序技術的成本更低，更適合大規(guī)?；蚪M研究。第三代測序技術1單分子測序直接對單個DNA分子進行測序，無需PCR擴增，可用于檢測低豐度變異和甲基化修飾。2長讀長測序可讀取更長的DNA序列，利于基因組組裝和復雜基因區(qū)域的分析。3高通量測序可同時對大量DNA分子進行測序，提高了測序效率和成本效益。DNA克隆技術載體DNA是將外源基因導入受體細胞的運載工具。質粒病毒噬菌體重組DNA將外源基因插入載體DNA，形成新的DNA分子。限制性內切酶切割連接酶連接載體DNA的種類質粒載體最常用的載體，易于操作，可高效表達目的基因病毒載體可高效感染宿主細胞，用于基因治療和疫苗研發(fā)噬菌體載體可用于克隆較大基因片段，且有較高的表達效率重組DNA的構建1目的基因獲取通過基因組文庫或PCR技術獲得目標基因。2載體選擇選擇合適的載體，例如質粒、病毒載體等。3連接使用限制性內切酶和DNA連接酶將目的基因連接到載體中。轉基因生物的鑒定分子標記利用特異性引物進行PCR擴增，檢測目標基因的存在與否。蛋白質分析通過蛋白質電泳、免疫學等方法，檢測目標基因表達的蛋白質。表型分析觀察轉基因生物是否表現(xiàn)出預期的新性狀，如抗蟲性、抗除草劑性等。5.PCR擴增技術PCR原理PCR是利用DNA聚合酶在體外復制特定DNA片段的技術。PCR步驟PCR包含變性、退火和延伸三個循環(huán)步驟，每個循環(huán)都會將DNA片段的數(shù)量加倍。PCR的原理DNA模板PCR反應需要一個含有目標DNA片段的模板。引物引物是短的單鏈DNA序列，可以與模板DNA的特定區(qū)域結合，并作為新的DNA鏈合成的起點。DNA聚合酶DNA聚合酶是一種酶，它可以利用模板DNA和引物合成新的DNA鏈，并在PCR反應中發(fā)揮核心作用。PCR的步驟1第一步：變性將雙鏈DNA加熱至94℃，使雙鏈DNA解開成單鏈。2第二步：退火溫度降低至50-65℃，引物與模板DNA互補配對。3第三步：延伸溫度升至72℃，DNA聚合酶以引物為起點，沿模板鏈延伸合成新的DNA鏈。PCR的應用1基因診斷PCR用于檢測特定基因突變，診斷遺傳疾病和感染性疾病。2親子鑒定PCR可用于比較父母和子女的DNA，確定親子關系。3法醫(yī)鑒定PCR用于分析犯罪現(xiàn)場的DNA，識別罪犯。基因工程的倫理問題基因工程技術在帶來巨大進步的同時，也引發(fā)了一系列倫理問題，引發(fā)廣泛的討論和爭議。對生命倫理的挑戰(zhàn)基因工程可能會改變人類的本質，引發(fā)對人類尊嚴和生物安全問題的質疑。社會公平與不平等基因技術的應用可能加劇社會階層之間的差距，引發(fā)新的社會問題。環(huán)境安全問題轉基因生物可能對生態(tài)環(huán)境造成不可預知的負面影響，需要謹慎評估和控制?；蚬こ痰娘L險環(huán)境風險轉基因生物可能對生態(tài)系統(tǒng)造成負面影響，例如入侵物種、基因污染等。健康風險轉基因食品可能導致過敏反應、抗生素耐藥性等健康問題，需要進行嚴格的安全評估。倫理風險基因工程技術可能被用于制造生物武器、克隆人類等倫理問題，需要進行嚴格的監(jiān)管?；蚬こ痰姆煞ㄒ?guī)安全監(jiān)管確?；蚬こ萄芯亢蛻玫陌踩乐箤θ祟惤】?、環(huán)境和生物安全造成危害。倫理規(guī)范制定相關倫理原則，確?；蚬こ碳夹g的應用符合社會公德和道德準則。知識產(chǎn)權保護基因工程技術的知識產(chǎn)權，鼓勵創(chuàng)新和技術進步?；蚬こ痰陌l(fā)展趨勢基因工程正在以驚人的速度發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新的技術和應用，為人類健康和社會發(fā)展帶來前所未有的機遇。精準醫(yī)療根據(jù)患者的基因信息、生活方式等，制定個性化的治療方案提高治療效果，降低副作用，實現(xiàn)更好的治療效果為患者提供更精準的預防和保健建議合成生物學設計與構建合成生物學通過設計和構建新的生物系統(tǒng)，創(chuàng)造新的功能和應用。應用領