基因工程基本概念与基本原理课件.ppt

1、整理课件LuDong University第十一章第十一章 基因工程基本概念基因工程基本概念和基本原理和基本原理 第二节、基因工程的基本概念第二节、基因工程的基本概念第三节、基因工程的基本原理第三节、基因工程的基本原理第一节、基因工程的成果和发展前景第一节、基因工程的成果和发展前景整理课件LuDong University第一节第一节 基因工程的成果和发展前景基因工程的成果和发展前景q一、基因工程与医药卫生一、基因工程与医药卫生q二、基因工程与农牧业、食品工二、基因工程与农牧业、食品工业业q三、基因工程与环境保护三、基因工程与环境保护整理课件LuDong University一、引言一、引言（

2、一）历史（一）历史1917 1917：提出：提出19531953：基因的奠基人詹姆斯：基因的奠基人詹姆斯.沃森和弗朗西斯沃森和弗朗西斯.克里克里克，他们发现克，他们发现DNADNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。DNADNA之父。之父。DNADNA之母：罗莎琳德之母：罗莎琳德.富兰克林，她用富兰克林，她用X X射线衍射射线衍射DNADNA晶体晶体得到了影像，从而分辨出这种分子的维度、角度和形状；得到了影像，从而分辨出这种分子的维度、角度和形状；她发现她发现DNADNA是螺旋结构，至少两股，其化学是螺旋结构，至少两股，其化学“信息信息”面面向进里面。向进里面。19731973：第一个成功的克隆转化实

3、验，第一个有目的的：第一个成功的克隆转化实验，第一个有目的的基因重组实验，是现代生物技术的标志。基因重组实验，是现代生物技术的标志。19971997：英培育出世界上第一例体细胞克隆动物：英培育出世界上第一例体细胞克隆动物“多莉多莉”羊，羊，20032003年年2 2月月1414日去世。日去世。19981998：日本培育出体细胞克隆动物：日本培育出体细胞克隆动物8 8头牛犊。头牛犊。整理课件LuDong University一、引言一、引言20002000：果蝇的基因组图谱绘制完成；人类基因组图：果蝇的基因组图谱绘制完成；人类基因组图谱的绘制工作完成。谱的绘制工作完成。20022002：疟原虫、

4、按蚊的基因组图谱完成；完成水稻、：疟原虫、按蚊的基因组图谱完成；完成水稻、小鼠的基因组图谱。小鼠的基因组图谱。20032003：意大利培育出第一匹克隆马，人类基因组序：意大利培育出第一匹克隆马，人类基因组序列基本完成。列基本完成。整理课件LuDong University20052005年：全球首只克隆狗在韩国公开露面年：全球首只克隆狗在韩国公开露面 一、引言一、引言“斯纳皮斯纳皮”与与“父母父母”整理课件LuDong UniversityDNA的双螺旋结构世界首只克隆羊“多莉”一、引言一、引言整理课件LuDong University一、一、基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生基因工程药品的

5、生产基因工程药品的生产整理课件LuDong University基因工程胰岛素（一）基因工程胰岛素（一）胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-4-5g5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。整理课件LuDong University基因工程胰岛素（二）基因工程胰岛素（二）将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100

6、g胰岛素！大规模工业化生胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了还使其价格降低了30%-50%!30%-50%!整理课件LuDong University基因工程干扰素（一）基因工程干扰素（一）干扰素治疗病毒感染简直是干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药万能灵药”！过！过去从人血中提取，去从人血中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其！其“珍珍贵贵”程度自不用多说。程度自不用多说。整理课件LuDong University基因工程干扰素基因工程干扰素(二）二）基因工程人干扰素基因工程人干扰素-2b-

7、2b（安达芬）（安达芬）是我国第一个全国产是我国第一个全国产化基因工程人干扰素化基因工程人干扰素-2b-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。整理课件LuDong University其它基因工程药物其它基因工程药物 人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实

8、现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。康水平发挥了重大的作用。整理课件LuDong University基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗 运用基因工程设计制造运用基因工程设计制造的的“DNADNA探针探针”检测肝检测肝炎病毒等病毒感染及遗炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且传缺陷，不但准确而且迅速。通过基因工程给迅速。通过基因工程给患有遗传病的人体内导患有遗传病的人体内导入正常基因可入正常基因可“一次性一次性”解除病人的疾苦。解除病人的疾苦。整理课件LuDong UniversitySCID的基因工程治疗的基

9、因工程治疗 重症联合免疫缺陷（重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称（简称ADA）的基因（）的基因（ada）发生了突变。可以通过基因发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。工程的方法治疗。整理课件LuDong University基因治疗基因治疗SCID的过程的过程整理课件LuDong University二、二、基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业

10、整理课件LuDong University转基因鱼转基因鱼 生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国中国)整理课件LuDong University转基因牛转基因牛 乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷阿根廷)整理课件LuDong University转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒整理课件LuDong University转鱼抗寒基因的番茄转鱼抗寒基因的番茄整理课件LuDong University转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯整理课件LuDong University不会引起过敏的转

11、基因大豆不会引起过敏的转基因大豆整理课件LuDong University超级动物超级动物 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠整理课件LuDong University特殊动物特殊动物 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠整理课件LuDong University三、基因工程与三、基因工程与环境保护环境保护 基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检测环境探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来基因

12、工程在环境监测上的应用基因工程在环境监测上的应用整理课件LuDong University 利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。至还可以吸收和转化污染物。基因工程在环境监测上的应用基因工程在环境监测上的应用地地衣衣苔苔藓藓整理课件LuDong University基因工程与环境污染治理基因工程与环境污染治理 基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种污染环能吞食和分解多种污染环境的物质。境的物质。整理课件Lu

13、Dong University四、四、基因工程的基本形式基因工程的基本形式第二节第二节、基因工程的基本概念三、重组DNA技术与基因工程的基本用途二、基因工程的基本定义一、重组DNA技术的基本定义整理课件LuDong University一、一、重组重组DNA技术技术的基本定义的基本定义基因工程的基本概念 重组重组DNA技术技术是指将一种生物体（是指将一种生物体（供体供体）的）的基因基因与与载体载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（生物体（受体受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的并表达出新产物或新性

14、状的DNA体外操作程序，也体外操作程序，也称为称为分子克隆技术分子克隆技术。因此，因此，供体供体、受体受体、载体载体是重组是重组DNA技术的三技术的三大基本元件。大基本元件。整理课件LuDong University二、二、基因工程的基本定义基因工程的基本定义基因工程的基本概念 基因工程基因工程是指重组是指重组DNA技术的产业化技术的产业化设计与应用，包括设计与应用，包括上游技术上游技术和和下游技术下游技术两大两大组成部分。组成部分。上游技术上游技术指的是基因重组、克隆指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；技术）；而而下游技术下游技术则涉及到基因

15、工程菌或细胞的大则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。规模培养以及基因产物的分离纯化过程。整理课件LuDong University三、三、重组重组DNA技术技术与基因工程与基因工程的基本用途的基本用途分离、扩增、鉴定、研究、整理分离、扩增、鉴定、研究、整理生生物信息资源物信息资源大规模生产大规模生产生物活性物质生物活性物质设计、构建设计、构建生物的新性状甚至新物种生物的新性状甚至新物种基因工程的基本概念整理课件LuDong University大规模生产生物活性物质大规模生产生物活性物质工程细胞工程细胞基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程途径工程途径工程发酵工程发酵

16、工程细胞工程细胞工程分离工程分离工程酶酶酶工程酶工程分分离离工工程程天然细胞天然细胞天然细胞天然细胞生物活性物质生物活性物质整理课件LuDong University四、四、基因工程的基本形式基因工程的基本形式第一代基因工程第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达蛋白多肽基因的高效表达 经典基因工程经典基因工程第二代基因工程第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变蛋白编码基因的定向诱变 蛋白质工程蛋白质工程第三代基因工程第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构代谢信息途径的修饰重构 途径工程途径工程 第四代基因工程第四代基因工程 基因组或染色体的转移基因组或染色体的转移 基因组工程基因组工程基因工程

17、的基本概念整理课件LuDong University四、四、基因工程的支撑技术基因工程的支撑技术第三节第三节、基因工程的基本原理 三、三、基因工程的基本原理基因工程的基本原理二、基因的分子生物学一、重组重组DNA技术的理论基础技术的理论基础整理课件LuDong University一、一、重组重组DNA技术的理论基础技术的理论基础基因工程的基本原理 19世纪中世纪中 孟德尔孟德尔 豌豆杂交试验豌豆杂交试验 遗传因子遗传因子 经典遗传学经典遗传学 20世纪初世纪初 摩尔根摩尔根 果蝇杂交实验果蝇杂交实验 基因基因 基因学基因学 1944年年 艾弗瑞艾弗瑞 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 遗

18、传物质遗传物质DNA 1973年年 伯格伯格-杰克森杰克森-考恩考恩-鲍耶鲍耶 DNA分子体外拼接分子体外拼接分子遗传学分子遗传学 1953年年 沃森沃森-克瑞克克瑞克 DNA双螺旋结构双螺旋结构 分子生物学分子生物学基因工程基因工程整理课件LuDong University基因工程的基本原理二、二、基因的分子生物学基因的分子生物学基因蛋白质机体构架功能效应生物催化调控元件mRNA转录翻译生物性状生物过程整理课件LuDong University基因工程的基本原理三、三、基因工程的基本原理基因工程的基本原理 提高外源基因的剂量提高外源基因的剂量分子遗传学原理分子遗传学原理 筛选修饰重组基因表达

19、的转录调控元件，如：筛选修饰重组基因表达的转录调控元件，如：启动子、增强子、操作子、终止子、上游调控启动子、增强子、操作子、终止子、上游调控序列序列等等分子生物学原理分子生物学原理 修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件，如：修饰构建蛋白质生物合成的翻译调控元件，如：SD序列、序列、mRNA非编码区、密码子非编码区、密码子等等分子生分子生物学原理物学原理 基因工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生基因工程菌（微型生物反应器）的增殖及稳定生产产生化工程学原理生化工程学原理 整理课件LuDong University基因工程的基本原理四、四、基因工程的支撑技术基因工程的支撑技术 核酸凝胶电泳技术核酸

20、凝胶电泳技术 核酸分子杂交技术核酸分子杂交技术 细菌转化转染技术细菌转化转染技术 DNA序列分析技术序列分析技术 寡核苷酸合成技术寡核苷酸合成技术 基因定点突变技术基因定点突变技术 聚合酶链反应（聚合酶链反应（PCR）技术）技术整理课件LuDong University基因工程的基本过程1、提取目的基因、提取目的基因2、载体的选择和制备：质粒、载体的选择和制备：质粒3、目的基因与载体连接、目的基因与载体连接4、导入受体、导入受体5、筛选与检测、筛选与检测6、表达、表达 基因操作的工具基因操作的工具 1 1 基因剪刀基因剪刀:限制性内切酶限制性内切酶 2 2 基因针线基因针线:DNA:DNA连接酶连接酶 3 3 基因运输工具基因运输工具:载体载体,借助运载体将外源的目标基因送入借助运载体将外源的目标基因送入受体细胞受体细胞从供体细胞的从供体细胞的DNADNA中分离中分离,如鸟枪法如鸟枪法人工合成基因人工合成基因反转录法反转录法根据已知氨基酸序列合成根据已知氨基酸序列合成方法方法整理课件LuDong UniversityF基因工程生物会导致基因工程生物会导致“基因污染吗基因污染吗?”?”F基因疗法的疗效问题基因疗法的疗效问题F转基因食品的安全问题转基因食品的安全问题基因工程生物的讨论基因工程生物的讨论