1、现现 代代 生生 物物 技技 术术一、生物技术的兴起一、生物技术的兴起二、基因工程及其应用二、基因工程及其应用三、克隆技术三、克隆技术一、生物技术的兴起一、生物技术的兴起 生命科学成为当今世界自然科学的热点和生命科学成为当今世界自然科学的热点和重点，主要由于两方面的原因：重点，主要由于两方面的原因：（1 1）二十世纪后叶，分子生物学领域一系列）二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化；地位发生了革命性的变化；（2 2）建立在实验室研究基础上的生物技术的）建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为人类带来了巨大
2、的利益和财富。发展为人类带来了巨大的利益和财富。21世纪生物技术将是经济发展的新动力世纪生物技术将是经济发展的新动力（1）高技术：生物工程往1）高技术：生物工程往往表现为精细和密集的复往表现为精细和密集的复杂技术而摆脱了近代以前杂技术而摆脱了近代以前的经验型的研究模式。的经验型的研究模式。（2）高效能：生物工程能（2）高效能：生物工程能够突破自然的生殖隔离，够突破自然的生殖隔离，可以按人类的需要设计和可以按人类的需要设计和改造生物的结构和功能，改造生物的结构和功能，定向地组建具有特定性状定向地组建具有特定性状的新物种和新品系。因此的新物种和新品系。因此生物技术的定义生物技术的定义后一定义强调了
3、生物技术的商品属性。后一定义强调了生物技术的商品属性。3 3 生物技术的主要内容生物技术的主要内容此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物的技术。生物降解环境中有毒有害化合物的技术。对人类和社会生活各方面影响最大的生物技术领域：对人类和社会生活各方面影响最大的生物技术领域：农业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋农业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋生物技术生物技术基因工程是指：在微观领域（分子水平）中，根据基
4、因工程是指：在微观领域（分子水平）中，根据分子生物学和遗传学原理，设计并实施一项把一个分子生物学和遗传学原理，设计并实施一项把一个生物体中有用的目的生物体中有用的目的DNA(遗传信息遗传信息)转入另一个生转入另一个生物体中，使后者获得新的需要的遗传性状或表达所物体中，使后者获得新的需要的遗传性状或表达所需要的产物，最终实现该技术的商业价值。需要的产物，最终实现该技术的商业价值。基因是基因是DNA分子上具有遗传功能的片段，它能控制分子上具有遗传功能的片段，它能控制生物的发育和代谢，并把遗传信息传递给下一代。生物的发育和代谢，并把遗传信息传递给下一代。基因工程又叫基因工程又叫DNA重组技术，也叫遗
5、传工程。重组技术，也叫遗传工程。2基因工程的基本原理与方法基因工程的基本原理与方法以重组以重组DNA操作为核心技术的过程，其目的、原理操作为核心技术的过程，其目的、原理和步骤等类似于现代工程学科中的设计与施工过程和步骤等类似于现代工程学科中的设计与施工过程 获得目标基因（获得目标基因（切切）从生物有机体复杂的基从生物有机体复杂的基因组中分离出带有目标因组中分离出带有目标基因的基因的DNA片段；片段；形成重组形成重组DNA分子（分子（接接）在体外将带有目标基因的在体外将带有目标基因的DNA片段与载体分子连接片段与载体分子连接 将重组将重组DNA分子引入到分子引入到受体细胞（受体细胞（转转）对获得
6、目标基因的细胞对获得目标基因的细胞或生物体通过发酵、细胞培或生物体通过发酵、细胞培养养殖或栽培等，最终获得养养殖或栽培等，最终获得所需要的遗传性状或表达出所需要的遗传性状或表达出所需要的产物所需要的产物 带有重组体的受体细胞带有重组体的受体细胞扩增（扩增（增增）鉴定并筛选出具有重组鉴定并筛选出具有重组DNA分子的细胞（分子的细胞（检检）遗传性状遗传性状产物产物按照人们设计的蓝图，将不同生物体内控制性状的按照人们设计的蓝图，将不同生物体内控制性状的基因进行优化重组，并使其稳定遗传和表达。基因进行优化重组，并使其稳定遗传和表达。基因工程的应用基因工程的应用生命科学生命科学定向改造生物的时代定向改造
7、生物的时代1 在生命科学基础理论研究中的应用在生命科学基础理论研究中的应用2 在农、林、牧、渔业中应用在农、林、牧、渔业中应用3 在工业中应用在工业中应用1 在生命科学基础理论研究中的应用在生命科学基础理论研究中的应用FOXP2 转基因动物转基因动物有人将人的球蛋白基因有人将人的球蛋白基因的调控序列与人的两个的调控序列与人的两个阿法球蛋白基因和一个阿法球蛋白基因和一个贝塔球蛋白基因重组后贝塔球蛋白基因重组后导入猪的受精卵中，得导入猪的受精卵中，得 提高抗性提高抗性 改良品质改良品质 提高农作物产量提高农作物产量高光合效率的基因高光合效率的基因3 在工业中应用在工业中应用 医学领域医学领域基因工
8、程应用的热点基因工程应用的热点一个常染色体上编码腺一个常染色体上编码腺苷脱氨酶苷脱氨酶(ADA)的基因的基因(ada)发生了突变使发生了突变使T细细胞和胞和B细胞的发育停滞细胞的发育停滞在前在前T、前、前B阶段阶段19901990年美研究人员对年美研究人员对4 4岁的岁的收集收集DNADNA必要时将必要时将DNADNA扩增扩增将将DNADNA切成切成片段并电泳片段并电泳比较比较DNADNA片段片段嫌犯嫌犯1 1嫌犯嫌犯2 2生物个体在遗传组成上的完全一致性生物个体在遗传组成上的完全一致性核移植核移植核移植目的：核移植目的：研究异种（细胞）核、研究异种（细胞）核、（细胞）质之间遗传相（细胞）质之
9、间遗传相 互互关系关系探讨已分化细胞核的遗探讨已分化细胞核的遗传全能性传全能性核移植，就是利用核移植，就是利用一个动物的体细胞一个动物的体细胞的细胞核（供体的细胞核（供体核）来取代受精或核）来取代受精或未受精卵中的细胞未受精卵中的细胞核，形成一个重建核，形成一个重建的的“合子”。“合子”。克隆动物就是不经克隆动物就是不经过生殖细胞的受精过生殖细胞的受精过程而直接由体细过程而直接由体细胞获得新的动物个胞获得新的动物个体，这个新个体是体，这个新个体是原核供体动物的拷原核供体动物的拷贝。贝。277次乳腺细277次乳腺细胞核移植实胞核移植实验；获得29个验；获得29个发育为8细胞发育为8细胞的“胚”；
10、13的“胚”；13头代孕母亲；头代孕母亲；1996年7月51996年7月5日，羊羔日，羊羔6LL3，被命名6LL3，被命名为“多利”。为“多利”。芬兰母羊的芬兰母羊的乳腺细胞乳腺细胞细胞细胞营养限制性培养营养限制性培养几点说明几点说明:（1 1）多利并不是与母体完全一样的克隆）多利并不是与母体完全一样的克隆（2 2）即使是女性，也不可能复制出与自身心理完）即使是女性，也不可能复制出与自身心理完全一样的个体全一样的个体（3 3）通过体细胞克隆所得到的生物体与通过正常）通过体细胞克隆所得到的生物体与通过正常两性生殖产生的生物体在生存能力上可能会存在两性生殖产生的生物体在生存能力上可能会存在差别差别
11、 人们一直认为细胞核是决定细胞如何分化，产生后人们一直认为细胞核是决定细胞如何分化，产生后代的，细胞质是受细胞核控制的。代的，细胞质是受细胞核控制的。33鲫金鱼鲫金鱼22鲤金鱼鲤金鱼金鱼受金鱼受精卵精卵mRNAmRNA1996年英国：1996年英国：全球首只哺乳全球首只哺乳类动物“多类动物“多莉”羊莉”羊（Dolly）出（Dolly）出生，震撼世生，震撼世界。界。1998年美国：1998年美国：首只复制鼠首只复制鼠卡姆莉娜卡姆莉娜（Cumulina）（Cumulina）诞生。诞生。2000年美国：2000年美国：首只复制灵长首只复制灵长类动物恒河猴类动物恒河猴“泰特拉”“泰特拉”（Tetra）
12、，（Tetra），第一匹克隆马 “父父”：阿富汗猎犬：阿富汗猎犬“母母”：拉布拉多寻回猎犬拉布拉多寻回猎犬基因检测的结果：与提供基因检测的结果：与提供体细胞的阿富汗猎犬一样体细胞的阿富汗猎犬一样05年年4月月24日日克隆狗克隆狗提供体细胞和卵细胞的动物提供体细胞和卵细胞的动物分别为不同的物种分别为不同的物种 5 影响动物核移植成功的因素影响动物核移植成功的因素用患者自身的用患者自身的体细胞通过克隆获得体细胞通过克隆获得用于移植的器官用于移植的器官(3)对人类自身的应用价值对人类自身的应用价值伦理、道德伦理、道德从技术上可以动物克从技术上可以动物克隆的结果来回答：隆的结果来回答：克隆动物生产费用
13、克隆动物生产费用高、效率低：多莉出高、效率低：多莉出生的费用大于78万英生的费用大于78万英镑；它是277个融合胚镑；它是277个融合胚中唯一的结果。中唯一的结果。而Snuppy则是1095个而Snuppy则是1095个重组胚胎中仅存活的重组胚胎中仅存活的一个。一个。克隆动物成活率克隆动物成活率癌的发生是一个多次突变积累的复杂过程牛泌乳基因牛泌乳基因人人tPAtPA基因基因蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶自然成熟自然成熟转基因转基因西红柿西红柿蛋白酶蛋白酶乙烯乙烯双链双链mRNA把生物农药（苏云金把生物农药（苏云金杆菌）的杆菌）的Bt毒蛋白基Bt毒蛋白基因剪切并连接到土壤因剪切并连接到土壤中的农杆菌T
14、i质粒的中的农杆菌Ti质粒的T-DNA上，使转基因T-DNA上，使转基因胰岛素是胰脏的胰岛细胰岛素是胰脏的胰岛细胞产生的蛋白质激素，胞产生的蛋白质激素，用以参与高等动物的糖用以参与高等动物的糖代谢。代谢。人类机体内葡萄糖 人类机体内葡萄糖的一系列化学反叫做糖的一系列化学反叫做糖代谢，而胰岛素的分泌代谢，而胰岛素的分泌受血糖控制。饭后两小受血糖控制。饭后两小时血糖水平最高，正常时血糖水平最高，正常人体就会引起胰岛素分人体就会引起胰岛素分镰状红细胞贫血症镰状红细胞贫血症谷氨酸谷氨酸缬氨酸缬氨酸限制性内切酶限制性内切酶Mst北京时间北京时间2009年年10月月5日下午日下午17时时30分，分，200
15、9年度诺年度诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓，贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓，三位美国科学家伊丽莎白三位美国科学家伊丽莎白布兰克波恩布兰克波恩(ElizabethH.Blackburn)、卡罗尔、卡罗尔格雷德格雷德(Carol W.Greider)以及杰克以及杰克绍斯塔克绍斯塔克(JackW.Szostak)共同获共同获得该奖项。他们发现了由染色体根冠制造的端粒酶得该奖项。他们发现了由染色体根冠制造的端粒酶(telomerase)，这种染色体的自然脱落物将引发衰老，这种染色体的自然脱落物将引发衰老和癌症。和癌症。2008年，诺贝尔生理学或医学奖授予德国科学家哈拉尔德
16、年，诺贝尔生理学或医学奖授予德国科学家哈拉尔德楚尔楚尔豪森豪森(HaraldzurHausen)和两位法国科学家弗朗索瓦和两位法国科学家弗朗索瓦丝丝巴尔巴尔-西诺西西诺西(Fran?oiseBarr-Sinoussi)、吕克、吕克蒙塔尼蒙塔尼(LucMontagnier)。他们分别在宫颈癌致病因和艾滋病病毒研。他们分别在宫颈癌致病因和艾滋病病毒研究上有突出成就。究上有突出成就。2007年，美国犹他大学年，美国犹他大学Eccles 人类遗传学研究所科学家人类遗传学研究所科学家Mario R.Capecchi、美国北卡罗来纳州大学教会山分校医、美国北卡罗来纳州大学教会山分校医学院教授学院教授Oli
17、ver Smithies与英国科学家卡迪夫大学卡迪夫生命科学学院与英国科学家卡迪夫大学卡迪夫生命科学学院Martin J.Evans因干细胞研究获得此奖项。因干细胞研究获得此奖项。2006年，美国科学家安德鲁年，美国科学家安德鲁法尔和克雷格法尔和克雷格梅洛。他们发现了核糖核酸梅洛。他们发现了核糖核酸(RNA)干扰机制，这一机制已被广泛用作研干扰机制，这一机制已被广泛用作研究基因功能的一种手段，并有望在未来帮助科学家开发出治疗疾病的新疗法。究基因功能的一种手段，并有望在未来帮助科学家开发出治疗疾病的新疗法。2005年，澳大利亚科学家巴里年，澳大利亚科学家巴里马歇尔和罗宾马歇尔和罗宾沃伦。他们发现
18、了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪沃伦。他们发现了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪魁魁幽门螺杆菌，革命性地改变了世人对这些疾病的认识。幽门螺杆菌，革命性地改变了世人对这些疾病的认识。2004年，美国科学家理查德年，美国科学家理查德阿克塞尔和琳达阿克塞尔和琳达巴克。他们在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中做出贡献，揭示了巴克。他们在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中做出贡献，揭示了人类嗅觉系统的奥秘。人类嗅觉系统的奥秘。2003年，美国科学家保罗年，美国科学家保罗劳特布尔和英国科学家彼得劳特布尔和英国科学家彼得曼斯菲尔德。他们在核磁共振成像技术上获得关键性发现，曼斯菲尔德。他们在
19、核磁共振成像技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。2002年，英国科学家悉尼年，英国科学家悉尼布雷内、约翰布雷内、约翰苏尔斯顿和美国科学家罗伯特苏尔斯顿和美国科学家罗伯特霍维茨。他们为研究器官发育和程序性细胞霍维茨。他们为研究器官发育和程序性细胞死亡过程中的基因调节作用做出了重大贡献。死亡过程中的基因调节作用做出了重大贡献。2001年，美国科学家利兰年，美国科学家利兰哈特韦尔、英国科学家保罗哈特韦尔、英国科学家保罗纳斯和蒂莫西纳斯和蒂莫西亨特。他们发现了导致细胞分裂的关键性调节亨特。他们发现了导致细胞分裂的关键性调节机制，这一发现为研究治疗癌症的新方法开辟了途径。机制，这一发现为研究治疗癌症的新方法开辟了途径。2000年，瑞典科学家阿尔维德年，瑞典科学家阿尔维德卡尔松、美国科学家保罗卡尔松、美国科学家保罗格林加德和埃里克格林加德和埃里克坎德尔。他们在研究脑细胞间信号的相坎德尔。他们在研究脑细胞间信号的相互传递方面获得了重要发现。互传递方面获得了重要发现。
