1、v基因工程基因工程 细胞工程细胞工程v 发酵工程发酵工程 酶工程酶工程生物工程与转基因生物生物工程与转基因生物1 1、概念：、概念：也叫生物技术，是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。2 2、特点、特点：以生物科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料，如DNA、蛋白质、染色体、细胞等，从而生产工具出人类所需要的生物或生物制品。3 3、内容：、内容：基因工程是20世纪70年代发展起来的遗传学的一个分支学科第一节第一节 基因工程概述基因工程概述一、基因工程的概念：一、基因工程的概念：基因工程，确切地讲就是重组基因工程，确切地讲就是重组DNADNA技术，技术
2、，指在体外将不同来源的指在体外将不同来源的DNADNA进行剪切和重组，进行剪切和重组，形成杂合形成杂合DNADNA或称嵌合或称嵌合DNADNA分子，然后将其导分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。因产物。1.1.什么叫基因？什么叫基因？思考讨论思考讨论3.3.遗传信息是如遗传信息是如何表达的？何表达的？2.2.基因、基因、DNADNA、染色体、染色体之间是怎样的关系？之间是怎样的关系？基因操作的工具基因操作的工具1.1.基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（限制
3、酶，限制性内切酶（限制酶，俗称化学剪刀）俗称化学剪刀）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序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列，并在特定的切割点上将DNADNA分子切断（分子切断（专专一性一性）。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。DNADNA被限制酶切断后有两个反向互补的被限制酶切断后有两个反向互补的“黏黏性末端性末端”。被同一种限制切断的几个。被同一种限制切断的几个DNADNA具有相具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。同的黏性末端，能够通过互补进行配对。、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶（俗称化学浆糊）（俗称化学
4、浆糊）连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的末端连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体（俗称分子运输车）（俗称分子运输车）目的基因无法直接进入另种生物受体细胞。目的基因无法直接进入另种生物受体细胞。运载体必须同时满足三个要求：运载体必须同时满足三个要求：能与目的基因能与目的基因结合；结合；能进入受体生物细胞并在受体生物细胞能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；内复制并表达；比较容易得到。比较容易得到。v（一）载体：（一）载体：基因工程中常用的载基因工程中常
5、用的载体体(vector)主要包括主要包括质粒质粒(plasmid)、噬菌体噬菌体(phage)和和病毒病毒(virus)三大三大类。这些载体均需经人工构建，除类。这些载体均需经人工构建，除去致病基因，并赋予一些新的功能，去致病基因，并赋予一些新的功能，如有利于进行筛选的标志基因、单如有利于进行筛选的标志基因、单一的限制酶切点等。常用质粒一的限制酶切点等。常用质粒 基因工程的基本程序基因工程的基本程序质粒：环状质粒：环状DNADNA分子，它的分子量较小，可以分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的
6、遗传信息。具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。载体质粒载体质粒外源外源DNADNA片段片段外源外源DNADNA插入插入剪切剪切引入宿引入宿主细胞主细胞选出含有重选出含有重组组DNADNA的细的细胞扩增胞扩增abbAAb第一步：获取目的基因：第一步：获取目的基因：基因的直接分离或人工合成。即获取含有所需要的完整的遗传信息的DNA片段。基因工程基本步骤基因工程基本步骤确定目的基因在DNA分子上的位置运用限制性核酸内切酶（简称限制酶）切割DNA分子而获得1 1能在宿主细胞内复制并稳定的保存能在宿主细胞内复制并稳定的保存2 2具有多个限制酶切点，具有多个限制酶切点，3 3具有某些标记基因具有某些
7、标记基因运载体运载体的选择的选择第二步：目的基因与运载体结合第二步：目的基因与运载体结合2 2、目的基因与运载体重组、目的基因与运载体重组用与提取目用与提取目的基因相同的限的基因相同的限制酶切割质粒使制酶切割质粒使之出现一个切口，之出现一个切口，将目的基因插入将目的基因插入切口处，让目的切口处，让目的基因的黏性末端基因的黏性末端与切口上的黏性与切口上的黏性末端互补配对后，末端互补配对后，在连接酶的作用在连接酶的作用下连接形成重组下连接形成重组DNADNA分子。分子。第三步：重组第三步：重组DNA导入受体细胞导入受体细胞 通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使目的基因在受体细胞内能准确地转录和
8、翻译。导入导入扩增扩增 为使重组的为使重组的DNADNA分子更容易进入受分子更容易进入受体细胞，通常要用体细胞，通常要用CaClCaCl2 2对受体细菌对受体细菌进行处理，使受体进行处理，使受体细菌具有更大的通细菌具有更大的通透性。透性。4 4、筛选含目的基因的受体细胞、筛选含目的基因的受体细胞大量的受体细胞接受不多的目的基因。处大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。必须将它从中检测出来。将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰
9、无表菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物阐述什么是基因工程三、基因工程发展史三、基因工程发展史基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持：上的支持：1.1.理论上的三大发现：理论上的三大发现：证明了生物的遗传物质是证明了生物的遗传物质是DNADNA（基因工程的先导）（基因工程的先导）DNA DNA的双螺旋结构和半保留复制机理的双螺旋结构和半保留复制
10、机理 遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立的建立2.2.技术上的三大发现技术上的三大发现 限制性内切酶和限制性内切酶和DNADNA连接酶的发现（标志着连接酶的发现（标志着DNADNA重组时代重组时代的开始）的开始）载体的使用载体的使用 1970 1970年，逆转录酶的发现。年，逆转录酶的发现。1973 1973年，年，CohenCohen等获得了抗四环素和新霉素的重组等获得了抗四环素和新霉素的重组菌落菌落TcrNerTcrNer，标志着基因工程的诞生。，标志着基因工程的诞生。3.3.基因工程的腾飞：基因工程的腾飞：1982198
11、2年，美国人，大鼠生长激素年，美国人，大鼠生长激素基因转入小鼠；基因转入小鼠；19831983年，美国人，年，美国人，TiTi质粒导入植物细胞（细菌质粒导入植物细胞（细菌NeorNeor基因）基因）19901990年，美国人，腺苷脱氨酶（年，美国人，腺苷脱氨酶（ADAADA）基因治疗，）基因治疗，重度联合免疫缺陷症（重度联合免疫缺陷症（SDIDSDID）19911991年，美国倡导，人类基因组计划年，美国倡导，人类基因组计划109bp109bp，1515年年时间时间3030亿亿USD USD 把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠。四、基因工程的研究意义四、基因工程的研究意义 基因工程可
12、以绕过远缘有性杂交的困难，使基因在微基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难，使基因在微生物、植物、动物之间交流，迅速并定向的获得人类生物、植物、动物之间交流，迅速并定向的获得人类需要的新的生物类型需要的新的生物类型 。概括地讲，其意义体现在以下三个方面：概括地讲，其意义体现在以下三个方面：大规模生产生物分子；大规模生产生物分子；设计构建新物种；设计构建新物种；搜集、分离、鉴定生物信息资源搜集、分离、鉴定生物信息资源 在医药卫生方面在医药卫生方面、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物 基因工程药基因工程药品的生产品的生产许多药品的生产
13、许多药品的生产是从生物组织中提取是从生物组织中提取的。受材料来源限制的。受材料来源限制产量有限，其价格往产量有限，其价格往往十分昂贵。往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛
14、素，其产量之低和价的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。格之高可想而知。将合成的胰岛将合成的胰岛素基因导入大肠杆素基因导入大肠杆菌，每菌，每2000L2000L培养液培养液就能产生就能产生100g100g胰岛胰岛素！使其价格降低素！使其价格降低了了30%-50%!30%-50%!从人血中提取干扰素，从人血中提取干扰素，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！通过基因工程通过基因工程的方式创造了能合的方式创造了能合成人干扰素的大肠成人干扰素的大肠杆菌，每杆菌，每1Kg1Kg的培养的培养液可提取液可提取202040mg40mg干扰素干扰素人造血液及其生产人造血液及其生产1.增加农作物产品的
15、营养价值增加农作物产品的营养价值2.提高农作物抗逆性能提高农作物抗逆性能4.生物固氮的基因工程。生物固氮的基因工程。5.运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。6.为人类开辟新的食物来源。为人类开辟新的食物来源。农牧业、食品工业方面的应用农牧业、食品工业方面的应用基因工程与环境保护基因工程与环境保护1用于环境监测用于环境监测2用于被污染环境的净化用于被污染环境的净化“吃油的吃油的”工程菌工程菌环境污染治理：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”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解
16、石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。、基因工程与农牧业、食品工业、基因工程与农牧业、食品工业生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基因鱼因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛(阿根廷阿根廷)转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因生物产品的安全性转基因生物产品的安全性 对生态环境是否有影响对生态环境是否有影响 是否对人体健康造成损害是否对人体健康造成损害
