1、基因工程主题医学知识一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将序列，并在特定的切割点上将DNA DNA 分子切断。分子切断。目前已发现的限制酶有目前已发现的限制酶有200200多种。多种。2基因工程主题医学知识3基因工程主题医学知识4基因工程主题医学知识5基因工程主题医学知识载体是能将目的基因片段送入宿主细胞的工具，在基因工程中可与包含目的基因的外源DNA片段连接构成重组体，并将重组体导入宿主细胞。6基因工程主题医学知识7基因工程主题医学知识8基因工程主题医学知识视频9基因工程主题医学知识10基因工程主题医学知识 目前被较广目前被较广泛提取使
2、用的目的泛提取使用的目的基因有：苏云金杆基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗蛋白基因、植物抗病基因等。病基因等。11基因工程主题医学知识（1）直接从生物体中提取总DNA，构建基因文库，从中调用目的基因。（如果不知道目的基因的核酸顺序）12基因工程主题医学知识印 迹 法内切酶切开DNA电泳印迹转移印迹转移放射性探针放射性探针杂交杂交胶片显影13基因工程主题医学知识14基因工程主题医学知识15基因工程主题医学知识（2）逆转录合成法）逆转录合成法（如果所需要的（如果所需要的DNADNA片段很小）片段很小）以以
3、RNA为模版，逆转录合成互补的为模版，逆转录合成互补的DNA片段。片段。先将细胞核内的基因组转录为先将细胞核内的基因组转录为RNA，以信使，以信使RNA（mRNA）为模板，在逆转录酶的作用下根据碱基互补原则人工合成一段为模板，在逆转录酶的作用下根据碱基互补原则人工合成一段与之互补的与之互补的DNA片段，再以此单链片段，再以此单链DNA为模版，人工合成另为模版，人工合成另外一条互补的外一条互补的DNA子链，从而获得所需的目的基因。子链，从而获得所需的目的基因。mRNA单链单链DNA 双链双链DNA（cDNA）DNA合成仪16基因工程主题医学知识（3 3）聚合酶链式反应（）聚合酶链式反应（PCR）
4、（如目的基因的核酸顺序已知）聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCR）是近年来开发出来的基）是近年来开发出来的基因工程新技术，它的最大优点是把目的基因的寻找和因工程新技术，它的最大优点是把目的基因的寻找和扩增，放在一个步骤里完成。扩增，放在一个步骤里完成。反应在特制的PCR仪中进行，需要DNA模版、引物、TaqDNA聚合酶、四种脱氧核苷酸。PCR扩增仪17基因工程主题医学知识PCR PCR 反应分三步完成：反应分三步完成：第一步第一步 变性（变性（DNADNA解链），在解链），在9595高温下，使作为模版的高温下，使作为模版的双链双链DNADNA片断因变性而解链成单链片断因变性而解链成单链DNA
5、DNA。第二步第二步 退火（引物与单链退火（引物与单链DNADNA结合），将温度降至结合），将温度降至5555下，下，部分引物部分引物 DNADNA与模版的单链与模版的单链DNADNA的特定互补部位相互配对结合。的特定互补部位相互配对结合。第三步第三步 延伸（分别合成互补链），将温度回升到延伸（分别合成互补链），将温度回升到7272下，下，由由DNA DNA 高温聚合酶催化，以目的基因为模版，使合成的新链延高温聚合酶催化，以目的基因为模版，使合成的新链延伸，形成互补的伸，形成互补的DNADNA双链，获得所需要的目的基因。双链，获得所需要的目的基因。18基因工程主题医学知识19基因工程主题医学知
6、识20基因工程主题医学知识21基因工程主题医学知识22基因工程主题医学知识23基因工程主题医学知识24基因工程主题医学知识 基因工程技术已经在医学、工业、农业等各个领基因工程技术已经在医学、工业、农业等各个领域得到了广泛的应用。域得到了广泛的应用。1、微生物基因工程（1）在制药方面生产新的抗生素，提高产量 基因工程被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白质肽类药物。25基因工程主题医学知识重组人胰岛素重组人胰岛素19821982年世界第年世界第1 1个转基因产品个转基因产品1000 磅牛胰磅牛胰 10 克胰岛素克胰岛素200 升发酵液升发酵液 10 克胰岛素克胰岛素将与产人胰岛素有关的
7、两个基因片将与产人胰岛素有关的两个基因片段（人工合成的）转入大肠杆菌段（人工合成的）转入大肠杆菌重组干扰素重组干扰素1200 升人血 1 升发酵液（重组大肠杆菌）23 万美元/病人 200300 美元/病人26基因工程主题医学知识27基因工程主题医学知识28基因工程主题医学知识29基因工程主题医学知识30基因工程主题医学知识31基因工程主题医学知识32基因工程主题医学知识何为基因组计划？何为基因组计划？如果把人类基因组比喻为一本有如果把人类基因组比喻为一本有10亿单词的百科亿单词的百科全书全书,这本书可分为这本书可分为23章，每章为一个染色体。而每一章，每章为一个染色体。而每一个染色体上又包含
8、数千个被称为基因的个染色体上又包含数千个被称为基因的“故事故事”。这些。这些故事由一系列故事由一系列3字母单词组成，其中每个单词是字母单词组成，其中每个单词是4个基本个基本化学即字母即：化学即字母即：G，C，A，T 这这4 种碱基的任意排列组种碱基的任意排列组合。人类基因组计划正是要读出这合。人类基因组计划正是要读出这30亿个碱基，也就是亿个碱基，也就是测出人体所有染色体测出人体所有染色体30亿碱基对的排列顺序。亿碱基对的排列顺序。34基因工程主题医学知识 最早提出最早提出HGPHGP这一设想的是美国生物学家、诺贝尔奖这一设想的是美国生物学家、诺贝尔奖得主得主DulbeccoDulbecco。
9、他在。他在19861986年年3 3月月7 7日出版的日出版的ScienceScience杂志上发杂志上发表了一篇题为表了一篇题为“肿瘤研究的一个转折点：人类基因组的全肿瘤研究的一个转折点：人类基因组的全序列分析序列分析”的短文，提出包括癌症在内的人类疾病的发生的短文，提出包括癌症在内的人类疾病的发生都与基因直接或间接有关，呼吁科学家们联合起来，从整都与基因直接或间接有关，呼吁科学家们联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析基因序列。这一倡议争论了体上研究人类的基因组，分析基因序列。这一倡议争论了两年，美国国会于两年，美国国会于19901990年批准了这一项目，计划耗资年批准了这一项目，计划耗
10、资3030亿亿美元，美元，1515年完成。年完成。35基因工程主题医学知识 人类基因组计划任务与意义 人类基因组计划的主要任务是：找出人体的约人类基因组计划的主要任务是：找出人体的约10万个万个基因，确定基因，确定30亿个碱基对的排列顺序，进行数据分析，认亿个碱基对的排列顺序，进行数据分析，认识人类的遗传信息。识人类的遗传信息。其意义在于揭示人类基因的奥秘，并进而了解人类各种其意义在于揭示人类基因的奥秘，并进而了解人类各种疾病与基因的相互关系，从而达到从根本上预防人类疾病疾病与基因的相互关系，从而达到从根本上预防人类疾病发生以及有效根治疾病，生命现象将在分子水平得到解释。发生以及有效根治疾病，
11、生命现象将在分子水平得到解释。1990年，国际人类基因组计划正式启动，美、日、德、法、英等国参与，1999年，中国也加入了，负责1%的工作。2000年6月26日，人类有史以来第一个基因组草图终于完成了。36基因工程主题医学知识有史以来最大的科学成就有史以来最大的科学成就人类生命科学的里程碑人类生命科学的里程碑,生命科学的生命科学的“登月计划登月计划”，其意，其意义不亚于人类登上月球的义不亚于人类登上月球的“阿波罗计划阿波罗计划”。26日公布的工作草图中包含人体日公布的工作草图中包含人体90%以上碱基对的位置信以上碱基对的位置信息，这足以帮助科学家掌握人类生命密码的主要框架结构。息，这足以帮助科
12、学家掌握人类生命密码的主要框架结构。37基因工程主题医学知识基因革命，未来让人们看到具体的成果人类基因组研究所所长柯林斯认为，图谱的最大用途是可以用于医疗诊断。人类基因组研究所所长柯林斯认为，图谱的最大用途是可以用于医疗诊断。今后医生可以把病灶告诉有遗传倾向的人，让他们设法避开日后发病的危今后医生可以把病灶告诉有遗传倾向的人，让他们设法避开日后发病的危险。美国国家人类基因组研究所对未来险。美国国家人类基因组研究所对未来25年做了预测：年做了预测：2-3年内绘制出覆盖率为年内绘制出覆盖率为100%的序列图，同时制订有关法律；的序列图，同时制订有关法律；2002-2010年，对癌症、糖尿病等疾病将
13、出现相关基因的检测试验，对血年，对癌症、糖尿病等疾病将出现相关基因的检测试验，对血友病将出现临床基因治疗方法；友病将出现临床基因治疗方法；2015年，将研究出适应个人基因组合的治疗方法，可治疗包括癌症在内年，将研究出适应个人基因组合的治疗方法，可治疗包括癌症在内的很多疾病；的很多疾病；2025年，医生将有能力修复基因缺陷，某些如贫血之类的先天性疾病从年，医生将有能力修复基因缺陷，某些如贫血之类的先天性疾病从此将成为历史。此将成为历史。到到2050年年,许多病症将会在症发前就被消灭。许多病症将会在症发前就被消灭。38基因工程主题医学知识 人类还有人类还有50005000多种遗传病以及与遗传密切相
14、关的各多种遗传病以及与遗传密切相关的各种病患要赖于基因治疗。这其中包括最常见的肿瘤、糖种病患要赖于基因治疗。这其中包括最常见的肿瘤、糖尿病、贫血、高血压、精神病等。基因组计划给了我们尿病、贫血、高血压、精神病等。基因组计划给了我们一个光明的未来：弄清人类各种疾病的根源，破解生命一个光明的未来：弄清人类各种疾病的根源，破解生命的所有奥秘。将来，修改或替换致病基因应该不是梦想。的所有奥秘。将来，修改或替换致病基因应该不是梦想。许多疾病将从地球上消失。眼前的例子是，色盲基因前许多疾病将从地球上消失。眼前的例子是，色盲基因前不久已经被找到。不久已经被找到。人类可以根据人类可以根据“基因图基因图”调整自
15、己的生活方式，使自调整自己的生活方式，使自己处于最佳的生命环境中，延长寿命。己处于最佳的生命环境中，延长寿命。科学家把人的基因组中执掌胖瘦的基因也找出来了。科学家把人的基因组中执掌胖瘦的基因也找出来了。未来胖子减肥和瘦子增胖都将是很容易的事情。未来胖子减肥和瘦子增胖都将是很容易的事情。39基因工程主题医学知识工作草图是国际合作的结果工作草图是国际合作的结果 6 个国家16个中心上千名科学家参加。其中，美国占54%，英国占33%，日本占7%，法国占2.8%，德国占2.2%，中国占1%。每个国家所占份额同该国生物产业水平成正比。人类基因组计划精神，即百慕大原则：所有的实验室或中心都应该把长度在10
16、00个以上碱基对片段在24小时内递交给公共数据库。全球的科学家、产业界等可完全免费享用。40基因工程主题医学知识中国科学家做了什么？中国科学家做了什么？1999年年5月，中国加入这一研究计划，负责测定月，中国加入这一研究计划，负责测定3号染色体上三千万个碱基对，中国因此成为参与这一号染色体上三千万个碱基对，中国因此成为参与这一研究计划的唯一发展中国家。中国科学家仅用半年时研究计划的唯一发展中国家。中国科学家仅用半年时间就完成所承担的任务。间就完成所承担的任务。中国现在的测序能力排名第四，在美、英、日之中国现在的测序能力排名第四，在美、英、日之后，在德、法之前。后，在德、法之前。华大基因研究中心
17、的测序能力在参与人类基因组计划的全世界16个实验室中，排名第七。中国今年五月份从美国引进了三十多台世界上最先进的基因测序仪。41基因工程主题医学知识是否参与“计划”的讨论持续了十年两种意见：大多数科学家主张把有限的基金投入到基因组的下游工程生物基因开发上。这是建立在上游工程基因测序当选据公开、成果共享的基础上。如果所有的基因图谱都向外国买，中国买不起。21世纪两大支柱产业信息产业的核心技术已被外国掌握，我们只能以市场以代价换技术。在21世纪，我们的健康需要人类基因组计划，我们的医药工业需要它，我们的农业、畜牧业都需要它。42基因工程主题医学知识对虾病毒事例 90年代中期我国对虾受病毒侵害,造成
18、惨重损失。为了对付这种病毒，需要对病毒的基因组进行测定。然而当时中国没有这种能力做，只好委托外国公司做。这个工作量只相当于这次1%的1%，只需花30万元，而让别人来做花掉180万元不说，还要出让1/3的知识产权。1998年8月，中科院遗传所的“人类基因中心”挂牌，次年2月，中心决心搞基因组测序，创造加入国际人类基因组计划的条件。43基因工程主题医学知识基因保护基因保护 比尔.盖茨说，第二个“比尔.盖茨”将出现在基因领域，为此他看好这一新领域，向几个实验室投了不少钱。中科院“到2009年，全世界的基因产业带来的销售额将达450亿美元。”“基因就是钱”，由于其孕育着巨大的商业利润，争夺基因资源的世
19、界大战已经打响。中国基因资源为世界首富。觊觎中国基因资源的多了起来：赛莱拉公司在台湾和上海登陆；日本的龙基因组公司在大连设立DNA模扳制备自动线；某国在中国采集健康老人血样。44基因工程主题医学知识 1997年我国遗传学泰斗谈家桢致函国家领导人：“我国人类基因资源流失情况已十分严重，如不采取有力措施，我国基因资源将被掠夺殆尽，很快变成外国公司的专利。”1998年科技部和卫生部联合出台了有关人类遗传资源的管理暂行办法。只有建立我国强大的基因研究能力，并占有自己的基因专利，才能有效防止外国对中国的资源掠夺。基因发现一个少一个，能抢一个是一个。谁占有较多的基因专利，谁就在人类基因的商业开发方面（包括
20、基因药品物、基因诊断、基因治疗）抢得先机。45基因工程主题医学知识五、基因研究是把双刃剑五、基因研究是把双刃剑 科学技术进步从来就是双刃剑。基因隐私权 假若知道现在这个20岁的人到了50岁时会患一种致命的疾病,谁应该知道这个消息呢?他怎样渡过余下的日子？基因歧视 有钱人可能享受基因工程带来的最先进的技术和产品，而没钱人做不到。减少人类文化多样性 如果梵高出世后作了基因治疗，但他还是那个取得非凡绘画成就的梵高吗？人口膨胀怎么办46基因工程主题医学知识图谱绘制仅是一小步 对完全理解人体基因系统而言，绘制出基因草图只是对完全理解人体基因系统而言，绘制出基因草图只是第一步。有了基因图，研究人员可能需要几十年时间才能第一步。有了基因图，研究人员可能需要几十年时间才能破译这些基因组。破译这些基因组。关键是破译这些基因的作用！只有破译才能利用！关键是破译这些基因的作用！只有破译才能利用！中国已经开始把这一成果应用于水稻作物的改良。中国已经开始把这一成果应用于水稻作物的改良。关于开展中国超交水稻基因组研究关于开展中国超交水稻基因组研究协议，并正式启动。协议，并正式启动。积极筹划对家猪进行全基因组测序。积极筹划对家猪进行全基因组测序。目前已经进入后基因组时代目前已经进入后基因组时代基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程应用应用47基因工程主题医学知识
