1、基因工程基因工程(Gene Engineering)授课老师：初金鑫授课老师：初金鑫 谭永林谭永林 杜长青杜长青联系方式：联系方式：实验楼实验楼21201室室 电话：电话：8462053（办公室）（办公室）生命科学生命科学生命科学生命科学教学方法和形式教学方法和形式一、教学方法一、教学方法 教师主讲和学生参与相结合。教师主讲和学生参与相结合。1.教师主讲教师主讲 在规定的在规定的48学时授课时间中，学时授课时间中，45学时开发内化法教学。学时开发内化法教学。2.学生主动参与学生主动参与 其余其余3学时设立为研究进展和集中辅导答疑时间。学时设立为研究进展和集中辅导答疑时间。t 讲授内容以教材为主
2、；讲授内容以教材为主；t 授课方式以授课方式以PowerPointPowerPoint讲板与板书相结合；讲板与板书相结合；生命科学生命科学教学方法和形式教学方法和形式二、教学形式二、教学形式 教师与学生互动、研讨的形式。教师与学生互动、研讨的形式。1.1.提倡学生提问题：提倡学生提问题：（1 1）自己没听懂的问题）自己没听懂的问题 （2 2）教师讲错的问题）教师讲错的问题 （3 3）自己课余收集来的问题）自己课余收集来的问题 （4 4）本门课相关的问题）本门课相关的问题 2.2.提倡学生课余阅读参考资料提倡学生课余阅读参考资料 （1 1）教师推荐的参考书）教师推荐的参考书 （2 2）互联网上自
3、己查询）互联网上自己查询 （3 3）学术期刊上自己查询）学术期刊上自己查询生命科学生命科学教学方法和形式教学方法和形式3.学生写小综述学生写小综述 以以23人人/组撰写一篇与基因工程理论或技术相关的内组撰写一篇与基因工程理论或技术相关的内容综述，或介绍一项基因工程技术及最新研究进展。容综述，或介绍一项基因工程技术及最新研究进展。4.学生登台讲演学生登台讲演 学生将综述内容作成幻灯片形式在课堂上讲演及交流。学生将综述内容作成幻灯片形式在课堂上讲演及交流。三、课外教学三、课外教学 多种渠道的师生交流；多种渠道的师生交流；（个别交谈、课代表、学习委员、电话、网络）（个别交谈、课代表、学习委员、电话、
4、网络）生命科学生命科学考核办法考核办法一、期末考试一、期末考试 （60607 70%0%）1.1.形式：闭卷考试形式：闭卷考试 2.2.内容：以课堂讲授内容为主。内容：以课堂讲授内容为主。3.3.出题形式出题形式 多样化：名词、选择、判断、简答、综合题等多样化：名词、选择、判断、简答、综合题等 二、平时和实验成绩二、平时和实验成绩（3 30 04040%）1.1.出勤情况及课堂回答问题、讨论出勤情况及课堂回答问题、讨论 2.2.平时作业和实验报告平时作业和实验报告 3.3.小综述（视情况而定）小综述（视情况而定）4.4.登台演讲登台演讲(酌情加分酌情加分)生命科学生命科学课堂纪律课堂纪律1.不
5、旷课；不旷课；2.上课不迟到、不早退；上课不迟到、不早退；3.上课不讲话；不玩手机；上课不讲话；不玩手机；4.考试不作弊。考试不作弊。生命科学生命科学教材及参考书目教材及参考书目教材教材 1.吴乃虎吴乃虎.基因工程原理基因工程原理(上下册上下册).科学出版社科学出版社(第二版第二版)，2002.参考书目参考书目 1.李立家，肖庚富李立家，肖庚富.基因工程基因工程.科学出版社科学出版社.2004.2.何水林何水林.基因工程基因工程.科学出版社，科学出版社，2008.3.S primrose等著、瞿礼嘉等译等著、瞿礼嘉等译.基因操作原理基因操作原理(第第6版版).高等教育出版高等教育出版社，社，2
6、004.4.王金发王金发.分子生物学与基因工程习题集分子生物学与基因工程习题集.科学出版社科学出版社.2000.5.J.萨姆布鲁克和萨姆布鲁克和 D.W.拉塞尔著、黄培堂等译分子克隆实验指拉塞尔著、黄培堂等译分子克隆实验指南南1999年年.6.F Ausubel等著、颜子颖等译等著、颜子颖等译.精编分子生物学实验指南精编分子生物学实验指南1998.生命科学生命科学本课程的性质和任务本课程的性质和任务 基因工程是在我们生命科学学院各专业中的一门非基因工程是在我们生命科学学院各专业中的一门非常重要的专业课。它是在常重要的专业课。它是在微生物、遗传学微生物、遗传学和和分子生物学分子生物学等等课程的基
7、础上而开设的。通过这门课程的学习，希望学生课程的基础上而开设的。通过这门课程的学习，希望学生掌握基因工程的基本原理和应用设计策略，为今后进一步掌握基因工程的基本原理和应用设计策略，为今后进一步的研究生学习、科研和工作打下重要的理论基础。的研究生学习、科研和工作打下重要的理论基础。生命科学生命科学教学目的教学目的u深入理解分子生物学知识；深入理解分子生物学知识；u启发科学思维方法；启发科学思维方法；u掌握基因工程技术的基本原理和技术掌握基因工程技术的基本原理和技术；u课堂理解消化吸收课堂理解消化吸收60%60%以上以上；u掌握一定的专业英语词汇。掌握一定的专业英语词汇。生命科学生命科学课程要求课
8、程要求u本课程要求认真做好每次课前的预习，写出每章的课程预本课程要求认真做好每次课前的预习，写出每章的课程预习总结并为回答课堂提问及讨论作好充分准备。习总结并为回答课堂提问及讨论作好充分准备。u认真做好每次课的笔记。认真做好每次课的笔记。u认真完成每次布置的作业和思考题。认真完成每次布置的作业和思考题。u充分利用网络资源，拓展自己的知识面。充分利用网络资源，拓展自己的知识面。u充分利用各种沟通渠道，充分利用各种沟通渠道，师生共同学习师生共同学习。生命科学生命科学学习要求学习要求掌握基因克隆的基本工具；特别是不同的载体、工具酶。掌握基因克隆的基本工具；特别是不同的载体、工具酶。克隆基因的基本方法
9、。克隆基因的基本方法。利用基因工程生产重组蛋白，基因工程在医药和农业上利用基因工程生产重组蛋白，基因工程在医药和农业上的应用。的应用。能够设计一个基因克隆、表达的程序。能够设计一个基因克隆、表达的程序。生命科学生命科学授课计划授课计划第一章第一章 基因与基因工程（基因与基因工程（3学时）学时）第二章第二章 基因操作的主要技术原理（基因操作的主要技术原理（9学时）学时）第三章第三章 基因工程的酶学基础（基因工程的酶学基础（6学时）学时）第四章第四章 质粒载体（质粒载体（9学时）学时）第五章第五章 噬菌体载体和科斯质粒（噬菌体载体和科斯质粒（6学时）学时）第六章第六章 基因的分离和鉴定（基因的分离
10、和鉴定（12学时）学时）第七章第七章 基因工程的研究进展（基因工程的研究进展（3学时）学时）生命科学生命科学第一章第一章 绪论绪论 生物技术包括四大工程技术生物技术包括四大工程技术 基因工程技术、细胞工程技术、蛋白质及酶工程技术、基因工程技术、细胞工程技术、蛋白质及酶工程技术、发酵工程技术发酵工程技术 基因工程技术基因工程技术是生物技术的核心和关键，是主导技术是生物技术的核心和关键，是主导技术 细胞工程技术细胞工程技术是生物技术的基础是生物技术的基础 蛋白质及酶工程技术蛋白质及酶工程技术是生物技术的条件是生物技术的条件 发酵工程技术发酵工程技术是生物技术获得最终产品的手段是生物技术获得最终产品
11、的手段 生物技术是一个综合技术体系，其中生物技术是一个综合技术体系，其中基因工程基因工程和和细胞细胞工程工程技术最为突出。技术最为突出。生命科学生命科学一、基因（一、基因（gene）1.基因基因生命的载体生命的载体 基因是生物遗传信息的载体，它是由核苷酸序列基因是生物遗传信息的载体，它是由核苷酸序列(通通常为常为DNA)组成的生物大分子，组成的生物大分子，决定决定着生物的所有性状着生物的所有性状、行为和疾病的发生。、行为和疾病的发生。生命科学生命科学 基因工程理论依据基因工程理论依据 u不同基因具有相同的物质基础不同基因具有相同的物质基础 u基因是可以切割的基因是可以切割的 u基因是可以转移的
12、基因是可以转移的 u多肽与基因之间存在对应关系多肽与基因之间存在对应关系 u遗传密码是通用的遗传密码是通用的 u基因通过复制把遗传信息传给下代基因通过复制把遗传信息传给下代 生命科学生命科学2.2.基因基因是福音是福音 发现了某疾病基因，就可以对患者进行基因水平上的发现了某疾病基因，就可以对患者进行基因水平上的治疗，从根本上根除疾病的危害。治疗，从根本上根除疾病的危害。3.3.基因是企业家的聚宝盆基因是企业家的聚宝盆 巨大的市场：基因工程药物巨大的市场：基因工程药物潜在的市场：肥胖基因（潜在的市场：肥胖基因（20002000万美元）万美元）生命科学生命科学4.基因是铁的证据基因是铁的证据 基因
13、分析在重大犯罪案件、历史案件的侦破中是最终确基因分析在重大犯罪案件、历史案件的侦破中是最终确定罪犯的有力工具，当事人的头发、血、皮屑的基因分析定罪犯的有力工具，当事人的头发、血、皮屑的基因分析都将作为确凿证据。都将作为确凿证据。生命科学生命科学基因工程的内容与应用基因工程的内容与应用 基因工程概念基因工程概念 基因工程基因工程(gene engineering):(gene engineering):就是对不同生物的遗就是对不同生物的遗传物质，在体外进行剪切、组合和拼接，使遗传物质重新传物质，在体外进行剪切、组合和拼接，使遗传物质重新组合，然后通过载体转入微生物、植物和动物细胞内，进组合，然后
14、通过载体转入微生物、植物和动物细胞内，进行无性繁殖，并使所需要的基因在细胞中表达，产生出人行无性繁殖，并使所需要的基因在细胞中表达，产生出人类所需要的产物或组建成新的生物类型。类所需要的产物或组建成新的生物类型。又名遗传工程（又名遗传工程（Genetic Engineering)DNA重组技术重组技术(Recombinant DNA Techniques)分子克隆（分子克隆（Molecular Cloning)生命科学生命科学基因工程的内容与应用基因工程的内容与应用基因工程最突出的优点基因工程最突出的优点 就是打破了常规育种难以突破的物种之间界限，可使就是打破了常规育种难以突破的物种之间界限，
15、可使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。他生物之间的遗传信息进行重组和转移。缩短了新物种出现的时间。缩短了新物种出现的时间。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序供 体 细 胞目 的 基 因载 体重 组 D N A 分 子转 化 细 胞受 体 细 胞多 肽 药 物疫 苗、抗 体基 因 治 疗基 因 诊 断 转 基 因 动 物(畜 牧 业、渔 业 生 物 反 应 器)转 基 因 植 物(农 业、林 业 生 物 反 应 器)冶 金、环
16、 保轻 工、食 品生命科学生命科学 生生 物物 材材 料料人工合成人工合成cDNA文库文库mRNA目的基因目的基因基因组文库基因组文库DNA克隆载体克隆载体酶切酶切+重组重组DNA受体细胞受体细胞导入导入克隆子克隆子筛选筛选转基因生物转基因生物生命科学生命科学基因工程一般操作步骤基因工程一般操作步骤1.从生物有机体基因组从生物有机体基因组中，分离带有目的基因中，分离带有目的基因DNA片段。片段。2.将带有目的基因的外将带有目的基因的外源源DNA片段连接到能片段连接到能够自我复制的并具有选够自我复制的并具有选择标记的载体分子上，择标记的载体分子上，形成重组形成重组DNA分子。分子。3.将重组将重
17、组DNA分子转分子转移到适当的受体细胞移到适当的受体细胞并与之一起增殖。并与之一起增殖。生命科学生命科学基因工程一般操作步骤基因工程一般操作步骤4.4.从大量的细胞繁殖群体从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组中，筛选出获得了重组DNADNA分子的受体细胞分子的受体细胞,并筛选出并筛选出已经得到扩增的目的基因已经得到扩增的目的基因。5.5.将目的基因克隆到表将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下，使之在新的遗传背景下实现功能表达，研究核酸实现功能表达，研究核酸序列与蛋白质功能之间的序列与蛋白质功能之间的关系。关系。基因操作的基本步骤基因操作的基本
18、步骤提取目的基因目的基因与运载体结合目的基因导入受体细胞目的基因表达分离出质粒并用限制酶进行切割基因工程四大要素：基因工程四大要素：供体基因供体基因 载体载体 工具酶工具酶 受体细胞受体细胞 （细菌、植物和动物）（细菌、植物和动物）生命科学生命科学生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础一、基因工程诞生的理论基础一、基因工程诞生的理论基础（一）理论上的三大发现（一）理论上的三大发现 1.DNA是生物的遗传物质是生物的遗传物质 （基因工程的先导）（基因工程的先导）1944年，美国微生物年，美国微生物学家学家O.T.Avery首次证实首次证实遗传物质的基础是遗传物质
19、的基础是DNA，基因位于基因位于DNA上。上。肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础35S标记蛋白质标记蛋白质 32P标记标记 DNA 1952年年Alfred Hershy和和Marsha Chase分别用放射性分别用放射性同位素标记噬菌体同位素标记噬菌体噬菌体转染实验噬菌体转染实验进一步证明遗传物质是进一步证明遗传物质是DNA生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础35S 标记外壳蛋白质标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞 32P 标记标记 DN
20、A,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞感染后放射标记进入大肠杆菌细胞 生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础2.揭示了揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制分子的双螺旋结构和半保留复制机制 1953年年James D.Watson和和Francis H.C.Crick揭示揭示了了DNA分子的分子的双螺旋结构双螺旋结构和和半保留复制机制。半保留复制机制。生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础Francis Crick&James Watson 生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础1966年年
21、Nireberg等破译了全部等破译了全部64个遗传密码个遗传密码3.遗传密码的破译和遗传信息传递方式的确定遗传密码的破译和遗传信息传递方式的确定生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础DNAmRNAProteintranscriptiontranslation1957年年Crick又提出了遗传信息传递的又提出了遗传信息传递的“中心法则中心法则”(central dogma)，揭示了遗传信息的流向和表达问题。，揭示了遗传信息的流向和表达问题。生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础一、基因工程诞生的理论基础一、基因工程诞生的理论基础
22、（二）技术上的三大发明（二）技术上的三大发明 1.限制性核酸内切酶的发现与限制性核酸内切酶的发现与DNA切割切割 1970年年H.O.Smith等分离出第一种限制性核酸内切酶。等分离出第一种限制性核酸内切酶。Werner Arber 理论预见限制酶理论预见限制酶Daniel Nathans 用限制用限制酶切得酶切得SV40 DNA片断片断Hamilton O.Smith 得到第一个限制酶得到第一个限制酶1978年年Nobel生理或医学奖生理或医学奖 生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础2.DNA连接酶的发现与连接酶的发现与DNA片段的连接片段的连接 1967
23、年世界上年世界上5个实验室几乎同时发现个实验室几乎同时发现DNA连接酶；连接酶；1970年年Khorana实验室发现实验室发现T4 DNA连接酶。连接酶。3.基因工程载体的研究与应用基因工程载体的研究与应用 1972年前后使用小分子量的细菌质粒和年前后使用小分子量的细菌质粒和 噬菌体作载体。噬菌体作载体。在细菌细胞里的大量扩增。在细菌细胞里的大量扩增。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DNA（基因工程的先导）（基因工程的先导）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机理遗传信息的传递方式（中心法则）遗传信息的传递方式（中心法则）技
24、术上的三大发现：技术上的三大发现：限制性内切酶的发现限制性内切酶的发现（标志着（标志着DNA重组时代的开始）重组时代的开始）DNA连接酶的发现连接酶的发现载体的使用载体的使用生命科学学院生命科学学院生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础二、基因工程的诞生二、基因工程的诞生(一）一）Berg的开创性实验的开创性实验 1972年美国斯坦福大学年美国斯坦福大学Berg博士领导的研究组用博士领导的研究组用EcoRI在体外对猿猴病毒在体外对猿猴病毒SV40的的DNA和和噬菌体噬菌体DNA分别分别酶切，然后用酶切，然后用T4 DNA连接酶将两种酶切片段连接，结果连接酶将两
25、种酶切片段连接，结果获得了获得了SV40和和噬菌体噬菌体DNA的重组的重组DNA分子，成功完成分子，成功完成了世界上了世界上第一次第一次DNA体外重组实验体外重组实验，并因此与，并因此与Gilbert、Sanger分享分享1980年度诺贝尔化学奖。年度诺贝尔化学奖。生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础EcoRI recognition sites phage DNAEcoRI cuts DNA into fragments Sticky endSV40 DNAThe two fragments stick together by base pairing D
26、NA ligaseRecombinant DNA1972年第一个年第一个DNA重组分子产生重组分子产生生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础(二）二）Boyer-Cohen实验实验 1973年，年，Cohen等人将编码等人将编码Kan抗性基因质粒抗性基因质粒R6-5和和编码编码Tet抗性基因质粒抗性基因质粒pSC101混合后，加入混合后，加入EcoRI进行酶切，进行酶切，用用T4 DNA连接酶连接成重组连接酶连接成重组DNA分子，最后转化大肠杆分子，最后转化大肠杆菌，结果某些转化菌落表现出既抗菌，结果某些转化菌落表现出既抗Kan又抗又抗Tet的双重抗性的双重抗
27、性特性。从这种双抗性转化菌落的大肠杆菌中分离出的重组特性。从这种双抗性转化菌落的大肠杆菌中分离出的重组质粒质粒DNA带有完整带有完整pSC101分子和一个来自分子和一个来自R6-5质粒编码质粒编码Kan抗性基因抗性基因DNA片段。片段。后来又把非洲爪蟾核糖体基因片断同后来又把非洲爪蟾核糖体基因片断同pSC101质粒重组，质粒重组，转化大肠杆菌，并在菌体内成功转录出相应的转化大肠杆菌，并在菌体内成功转录出相应的mRNA。这。这是是第一次成功的基因克隆实验第一次成功的基因克隆实验。生命科学生命科学基因工程的发展历程和理论基础基因工程的发展历程和理论基础Boyer-Cohen实验实验 Stanley
28、 Cohen 1986 Nobel生生理或医学奖理或医学奖Herb BoyerR6-5R6-5TetTetKanKan生命科学生命科学基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展三、基因工程的发展三、基因工程的发展(一）艰难阶段一）艰难阶段 主要关注安全性问题主要关注安全性问题(二）逐渐成熟阶段二）逐渐成熟阶段 1977年第一次实现基因在原核生物中的表达年第一次实现基因在原核生物中的表达(三）迅速发展阶段三）迅速发展阶段 20世纪世纪80年代以后，高等动植物的遗传转化。年代以后，高等动植物的遗传转化。生命科学生命科学基因工程的诞生与发展基因工程的诞生与发展发展过程中的重大事件：发展过程中的重大事件
29、：1977年，年，E.coli中合成了人生长激素基因。中合成了人生长激素基因。1978-1979年，胰岛素基因在大肠杆菌中表达。年，胰岛素基因在大肠杆菌中表达。1982年，培育出了超级鼠。年，培育出了超级鼠。1985年，年，Horsch发明了植物基因工程的基本方法：发明了植物基因工程的基本方法：叶圆盘法，并获得转基因植株。叶圆盘法，并获得转基因植株。1990年，患有遗传免疫疾病的年，患有遗传免疫疾病的4岁女孩接受了基因疗法。岁女孩接受了基因疗法。1990年，年，Perlak 将将B.T.基因导入棉花获得抗虫棉基因导入棉花获得抗虫棉。1991年，美国开始人类基因组计划。年，美国开始人类基因组计划
30、。1997年，年，“多利多利”绵羊诞生。绵羊诞生。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容一、基因工程研究的主要内容一、基因工程研究的主要内容（一）基础研究（一）基础研究 构建克隆载体及相应的表达系统、基因不同物种的基构建克隆载体及相应的表达系统、基因不同物种的基因组文库和因组文库和cDNA文库、开发新的工具酶、基因工程新技文库、开发新的工具酶、基因工程新技术、新的操作方法。术、新的操作方法。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（二）克隆载体研究（二）克隆载体研究 基因工程的发展是与克隆载体构建密切相关的；基因工程的发展是与克隆载体构建密切相关的；T
31、i质粒的发现使植物基因工程研究迅速发展起来；质粒的发现使植物基因工程研究迅速发展起来；动物病毒克隆载体的构建，使动物基因工程研究也有动物病毒克隆载体的构建，使动物基因工程研究也有一定的进展。可以认为一定的进展。可以认为构建克隆载体是基因工程技术路线构建克隆载体是基因工程技术路线中的核心环节中的核心环节。构建适合于高等动植物转基因的表达载体和定位整合构建适合于高等动植物转基因的表达载体和定位整合载体是今后研究的重要内容。载体是今后研究的重要内容。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（三）受体系统的研究（三）受体系统的研究 基因工程的受体细胞与载体是一个系统的两个方面。受体
32、是克隆载体基因工程的受体细胞与载体是一个系统的两个方面。受体是克隆载体的宿主，是外源目的基因复制和表达的场所。的宿主，是外源目的基因复制和表达的场所。受体：单细胞、组织、器官和个体均可以作为受体。受体：单细胞、组织、器官和个体均可以作为受体。原核生物受体：原核生物受体：E.coli 真核生物受体真核生物受体:酵母是单细胞真核生物受体酵母是单细胞真核生物受体 植物受体：愈伤组织、细胞和原生质，部分组织和器官；植物受体：愈伤组织、细胞和原生质，部分组织和器官；动物受体：生殖细胞和早期胚胎细胞作为基因工程受体；动物受体：生殖细胞和早期胚胎细胞作为基因工程受体；人的体细胞也可以作为基因工程受体。人的体
33、细胞也可以作为基因工程受体。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（四）目的基因研究（四）目的基因研究 基因工程研究的基本任务基因工程研究的基本任务：开发人民需要的基因产物，这样的基：开发人民需要的基因产物，这样的基因叫做目的基因。因叫做目的基因。获得目的基因的方法获得目的基因的方法：主要通过构建基因组文库或：主要通过构建基因组文库或cDNA文文 库，从库，从中筛选出特殊需要的基因。中筛选出特殊需要的基因。基因：医药相关的基因；基因：医药相关的基因；抗病、虫害和恶劣环境的基因；抗病、虫害和恶劣环境的基因；特殊营养价值的蛋白或多肽的基因。特殊营养价值的蛋白或多肽的基因。生命
34、科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（五）生物基因组学研究（五）生物基因组学研究 嗜血流感杆菌：嗜血流感杆菌：183 0137bp，1743个基因个基因 产甲烷球菌：产甲烷球菌：16 64976bp，1682个基因个基因 大肠杆菌大肠杆菌K-12：463 9221bp，4288个基因个基因 枯草杆菌：枯草杆菌：4.21106bp,4100个基因个基因 1980年提出年提出Human Genome Project(HGP)；1990年开始，美国、英国、日本、德国、法国等国实施年开始，美国、英国、日本、德国、法国等国实施“人类基因组计划人类基因组计划”；我国我国1999年年9月
35、获准参加这一计划，承担月获准参加这一计划，承担1%的测序任务。的测序任务。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（六）应用研究（六）应用研究供体细胞供体细胞 目的基因目的基因 载体载体 重组重组DNADNA分子分子 转化细胞转化细胞 受体细胞受体细胞 多肽药物多肽药物 疫苗、抗体疫苗、抗体 基因治疗基因治疗 基因诊断基因诊断 转基因动物转基因动物 (畜牧业、渔业畜牧业、渔业 生物反应器生物反应器)转基因植物转基因植物 (农业、林业农业、林业 生物反应器生物反应器)冶金、环保冶金、环保 轻工、食品轻工、食品 生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容光合作
36、用光合作用 固氮作用固氮作用 转基因植物转基因植物 转基因动物转基因动物 产生次生代谢产物产生次生代谢产物 （六）应用研究（六）应用研究 1.基因工程与农业基因工程与农业抗病虫抗病虫 提高品质提高品质 提高花卉的观赏价值提高花卉的观赏价值 抗逆性抗逆性生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容生命科学生命科学无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容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黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青
37、枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容生长快、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)生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容乳汁中含有人生长激素的乳汁中含有人生长激素的 转基因牛转基因牛(阿根廷阿根廷)生命科学生命科学动物器官反应器动物器官反应器：血液反应器和乳腺反应器：血液反应器和乳腺反应器基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容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
38、和超级小鼠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生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容 就基因药物而言，最理想的表达场所是就基因药物而言，最理想的表达场所是 转基因动物的乳腺。转基因动物的乳腺。1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。会影响转基因动物本身的生理代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性
39、。3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。基因动物又可无限繁殖。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容纤维素的开发利用纤维素的开发利用 酿酒工业酿酒工业 食品工业食品工业 制药工业制药工业 新型蛋白质的生产新型蛋白质的生产（六）应用研究（六）应用研究 2.基因工程与工业基因工程与工业生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容胰岛素胰岛素100kg胰腺胰腺4-5g胰岛素胰岛素2000L培养液培养液 100g胰岛素！胰岛素！生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容
40、 基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素 治疗侏儒症治疗侏儒症的唯一方法，是向人体的唯一方法，是向人体注射生长激素注射生长激素。而。而生长激素的获得很困难。以前要获得生长激素，需解剖尸生长激素的获得很困难。以前要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取体，从大脑的底部摘取垂体垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大生长激素基因导入大肠杆菌中肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。
41、万具尸体的全部产量。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容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”！过去从人血中提取，！过去从人血中提取，300L血才提取血才提取1mg！其！其“珍贵珍贵”程程度自不用多说。度自不用多说。人造血液、白细胞介素、人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的的健康水平发挥了重大的作用作用。人造血液及其生产人造血液及其生产基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素主要基因工程产品的研制、开发、
42、上市时间主要基因工程产品的研制、开发、上市时间产品产品时间时间国家国家用途用途上市时间上市时间国家国家人生长激素释放抑制素人生长激素释放抑制素(SRM)1977日本日本巨人症巨人症人胰岛素人胰岛素1978美国美国糖尿病糖尿病1982欧洲欧洲人生长激素（人生长激素（HGH）1979美国美国侏儒症侏儒症1985美国美国人人-干扰素（干扰素（IFN）1980美国美国病毒病毒1985欧洲欧洲乙肝疫苗（乙肝疫苗（HBsAgV）1983美国美国乙肝乙肝1986欧洲欧洲人白细胞介素人白细胞介素1984美国美国肿瘤肿瘤1989欧洲欧洲人促红细胞生成素（人促红细胞生成素（EPO）日本日本贫血贫血1988欧洲欧洲
43、人粒细胞集落刺激因子人粒细胞集落刺激因子(G-CSF)白血病白血病1991美国美国人组织纤溶酶原激活剂（人组织纤溶酶原激活剂（t-PA）血栓症血栓症1987 美国美国生命科学生命科学生命科学生命科学生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（六）应用研究（六）应用研究 3.基因工程与环境保护基因工程与环境保护 环境监测环境监测 环境污染净化环境污染净化 4.基因工程与医学基因工程与医学 基因工程疫苗的研制与生产基因工程疫苗的研制与生产 基因诊断基因诊断 基因治疗基因治疗 生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容 基因工程做成的基因工程做成的DNA探针能够十
44、分灵敏地检测环境中探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。的病毒、细菌等污染。1t水中只有水中只有10个病毒也能被个病毒也能被DNA探针检测出来探针检测出来生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容 利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵敏地反映环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，甚至还可以境污染的情况，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。吸收和转化污染物。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容 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
45、解多种污染环境的物质。境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程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培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。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，分解有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。等毒害物质。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容基因诊断基因诊断 基因诊断：利用重组基因诊断：利用重组DNA技术作为工具，直接从技术作为工具，直接从DNA水水平监测人类遗传性疾病的基因缺陷，因而
46、比传统的诊断手段平监测人类遗传性疾病的基因缺陷，因而比传统的诊断手段更加可靠。更加可靠。基因探针技术：利用基因探针技术：利用DNA碱基互补的原理，用已知的带碱基互补的原理，用已知的带有标记的有标记的DNA通过核酸杂交的方法检测未知的基因。通过核酸杂交的方法检测未知的基因。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容基因治疗（基因治疗（gene therapy）基因治疗：将外源正常基因导入靶细胞，取代突变基因，补基因治疗：将外源正常基因导入靶细胞，取代突变基因，补充缺失基因或关闭异常基因，达到从根本上治疗疾病的目的。充缺失基因或关闭异常基因，达到从根本上治疗疾病的目的。基因治疗是
47、基因治疗是21世纪的一大热点领域；被认为是征服肿瘤、心世纪的一大热点领域；被认为是征服肿瘤、心血管疾病、糖尿病尤其是遗传性疾病最有希望的手段。血管疾病、糖尿病尤其是遗传性疾病最有希望的手段。通过研究通过研究“基因敲除基因敲除”的耗子的耗子将帮助研究人类的癌症、糖尿将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。的关系。在猴子的未受精卵中加入附加基因在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小，并利用它成功培育出健康活泼的小猴猴“安迪安迪”。通过对通过对“安迪安迪”的研究我们可以简的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕单地引进如老
48、年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。苗的开发研究。生命科学生命科学基因工程研究的主要内容基因工程研究的主要内容（七）基因工程在其他方面的应用（七）基因工程在其他方面的应用 目前，基因工程在其他方面的应用也取得了令人振奋的成果。如目前，基因工程在其他方面的应用也取得了令人振奋的成果。如日本科学家利用基因工程使家蚕丝心蛋白基因与绿色荧光蛋白基因相日本科学家利用基因工程使家蚕丝心蛋白基因与绿色荧光蛋白基因相互融合，得到的家蚕蚕丝可发出绿色的光泽。互融合，得到的家蚕蚕丝可发出绿色的光泽。人们利用花卉的花色基因改变花的颜色、利用花形基因改变花
49、人们利用花卉的花色基因改变花的颜色、利用花形基因改变花的形状、利用香味基因改变花的香味等等，以使我们的生活环境更加的形状、利用香味基因改变花的香味等等，以使我们的生活环境更加色彩斑斓。色彩斑斓。生命科学生命科学基因工程的意义与发展前景基因工程的意义与发展前景一、基因工程的意义一、基因工程的意义 基因工程跨越生物种属间不可逾越鸿沟基因工程跨越生物种属间不可逾越鸿沟 基因工程技术缩短了进化时间基因工程技术缩短了进化时间 基因工程技术使人能对生物进行定向改造基因工程技术使人能对生物进行定向改造 基因工程技术可以在体外大量扩增、纯化人们感兴趣基因工程技术可以在体外大量扩增、纯化人们感兴趣的基因，研究其
50、结构、功能及调控机制，从而拓宽了分子的基因，研究其结构、功能及调控机制，从而拓宽了分子生物学的研究领域。生物学的研究领域。生命科学生命科学基因工程的意义与发展前景基因工程的意义与发展前景二、基因工程发展前景二、基因工程发展前景(一一)基因本身也是一个产业基因本身也是一个产业 1.Rockfeller 大学将人肥胖基因出售大学将人肥胖基因出售0.2亿美元亿美元（1995年年3月）月）2.Amgen公司将公司将FKBP神经免疫因子配体转让达神经免疫因子配体转让达3.29亿美元亿美元（1997年）年）3.Millennium公司以公司以4.65亿美元亿美元向向Bayer公司转让公司转让225种基因的
