《转基因食品安全分析-课程-第三部分-转基因食品生物技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转基因食品安全分析-课程-第三部分-转基因食品生物技术（139页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 转基因食品生物技术,何为生物技术？,人类在1万年前就开始用牲畜耕种、饲养家畜，提供稳定的粮食和肉类。 6千年前利用发酵、酿造技术生产酒类、面包。 均属生物技术！,远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成 了醇香可口的饮料人类最早发明的酒,丰富多彩的远古酒文化,微生物发酵,我国古代的酿酒作坊 （四川新都县出土的汉代画像）,公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面（某金字塔壁画）,丰富多彩的酒文化,( Edward Jenner,17491823 )首创用牛痘预防天花，是免疫学的发展，开创了生物技术的先河。,1676年荷兰人A.Leeuwenhoek用自磨镜片，创造了一架原始显微镜，生物工程进
2、入微观形态学发展阶段。,一、传统生物技术 生物技术的发展与食品发展的历史是密不可分的，对促进人类社会的文明发展有着非常重要的意义，其发展简史如下： BC 6000年，古埃及人和古巴比仑人利用微生物发酵生产酒精； 我国也在石器时代后期，开始利用谷物酿酒； BC 4000年，古埃及人开始用酵母菌发酵生产面包； BC 221年，周代后期我国人民开始制作豆腐、酱油和醋,生物技术的形成和发展,1865年当时属奥地利的布隆（Brunn）基督教修道院的修士格里高孟德尔（Gregor Johann Mendel），根据他8年植物杂交实验的结果，2月8日在当地的科学协会上宣读了一篇题为“植物杂交实验”的论文，1
3、866年正式发表在该协会的会刊上。,但这一伟大的发现被搁置了35年，孟德尔临终前说：“等着瞧吧，我的时代总有一天要来临”,1885年，巴斯德（Louis Pasteur)首先证实发酵是由微生物引起的，并建立了微生物纯种培养技术； 20世纪20年代，工业生产中大规模采用纯种培养技术发酵生产丙酮和丁醇； 同时代，Alexander Fleming爵士发现了青霉菌可以产生青霉素，50年代青霉素大量生产，为人类疾病治疗做出了巨大贡献，同时带动了发酵工业和酶制剂工业的发展； 以上属于传统传统意义上的生物技术， 也是近代生物技术的建立和全盛时期。,细菌的发现,我们已经知道,单个的细菌是十分微小的,它们的奥
4、秘是怎样被发现的? 细菌的发现者是谁? 他为什么能发现细菌?,细菌的发现者是谁?,17世纪的荷兰人列文虎克并非职业科学家，但是他十分热衷自己制造显微镜 经过几年的努力，他制造了能放大300倍的显微镜，是世界先进水平,列文虎克用自制的显微镜观察酵母菌、人的精液、雨水中的微生物等，发现了一个新的世界,他为什么能发现细菌?,他是怎样让世人知道他的发现的?,列文虎克把自己的发现仔细记录下来 他把观察结果寄给了当时的权威科学机构英国皇家学会，从此名扬天下，被誉为细菌学的开创者,他的成功是偶然的吗？,他善于发现和提出问题:微小的世界是怎样的? 制定实施实验计划:自制显微镜,坚持观察各种微小物体60年,做详
5、细记录 善于表达和交流:把观察结果寄给英国皇家学会 他的做法就是一个标准的科学探究过程 他还发现了毛细血管、人类的精子、多种原生动物，成功绝非偶然遗憾：微生物从哪来？,微生物学之父：法国人路易斯巴斯德,巴斯德以严谨的科学精神向世人揭示了细菌的许多秘密。例如，细菌不会在自然界凭空出现,著名的巴斯德鹅颈瓶实验让认为细菌是自然产生的人彻底闭嘴,鹅颈瓶实验的启示： 1细菌可以用高温杀灭； 2经杀菌的食物不接触细菌就不会腐败,鹅颈瓶实验原理的应用,1、外科手术用具的消毒，挽救了许多病人的生命,鹅颈瓶实验原理的应用,2、巴氏消毒法，这种灭菌法由巴斯德发明,因此得名。 牛奶、啤酒和葡萄酒、罐头等，加热到 7
6、080维持5 30分钟，就能消灭绝大部分细菌，但不会影响味道和营养。,二、现代生物技术,R.Franklin & Wilkins在1952年底拍得了DNA的X-射线衍射照片,1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（H.F.C.Crick）提出DNA分子是双螺旋结构（double helix），奠定了现代分子生物学研究的基础。,1962年，Wilkins、 Watson和Crick获的诺贝尔医学和生理学奖,1965年，法国科学家Jacob和Monod提出了著名的乳糖操纵子学说，开创了基因表达调控研究的先河； 1968年，Holly阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列，Khorana首次
7、合成核酸分子，并且人工复制了酵母基因；从而分享了诺贝尔医学和生理学奖。,Figure The lac operon includes three genes,Marshall W. Nirenberg,Robert W. Holley,Har Gobind Khorana,20世纪60年代末，斯坦福大学的生物化学教授Paul Berg开始研究猴病毒SV40，于1972年获得了世界第一例重组DNA，1980获得诺贝尔化学奖；生物技术时代的新纪元,Paul Berg,Walter Gilbert,Frederick Sanger,1972年，美国加州大学的Boyer教授从大肠杆菌中分离出一种新的核
8、酸酶EcoR，它可以特异性地切割DNA，这种新的核酸酶就是一种限制性内切酶生物学家有了强大的生物刀。 随后，陆续发现了近百种内切酶，可以更加自如地对DNA进行操作。Boyer教授成为美国第一家上市生物公司Genentech的副总裁。,Herbert Boyer,1977年，美国科学家Sanger设计出了一种DNA测序的方法，即双脱氧末端链终止法；同年，Maxam和Gilberg也发明了一种化学测序方法两种方法为DNA序列分析提供了有力工具，极大地推动了分子生物学的研究。,Frederick Sanger,Walter Gilbert,1980年获得了诺贝尔医学和生理学奖,1984年，德国人Ko
9、hler、美国人Milstein和丹麦人Jerne 由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而分享了诺贝尔医学和生理学奖。,Niels K. Jerne,Csar Milstein,Georges J.F. Khler,1985年，美国科学家Mullis发明了聚合酶链式反应技术（Polymerase Chain Reaction, PCR），为分子检测、基因突变、基因工程提供了有力的工具，因此，1993年获得诺贝尔化学奖。,for his invention of the polymerase chain reaction (PCR) method,Kary B. Mullis,
10、1/2 of the prize,当然，以上内容只是促进生物技术发展的几个重要研究成果和里程碑！ 其实，还有许多重要的研究成果：如，1928年格里菲斯（Frederick Griffith）的细菌转化实验；Avery的离体转化实验等证明DNA是遗传物质,Meselson 和Stahl关于DNA的半保留复制等为现代基因工程技术奠定了坚实的基础。与此同时，细胞培养技术、细胞融合技术、现代发酵工程、现代酶工程、生物工程下游技术和现代分子检测技术等也取得了长足的发展。,基因工程技术 转基因植物 转基因动物,主要内容,GM Food 生物技术,怎样制造出转基因食品？ 怎样获得转基因生产原料？ 转基因食品
11、,GM Food 生物技术,生物技术,基因工程的原理是什么？,什么是基因工程？,豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮,资料一： 目前，全球的氮肥生产耗费世界总电力的3%-4%，但农作物只能吸收氮肥的1/10，造成了大面积土壤和水质的污染。,资料分析引入,GM Food 生物技术,蜘蛛能够吐出蛛丝,资料二： 蛛丝是自然界最奇特的物质之一，其韧度是同样直径钢材的好几倍。但蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。30多年来，科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法。,GM Food 生物技术,资料三： 以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从100千克猪、牛
12、等动物的胰腺只能提取34克胰岛素，治疗一个患者需宰杀4050头牛，这种药物的造价昂贵。,微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快,GM Food 生物技术,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让易繁殖易生长的微生物“吐出”蛛丝？,设想二,能否让微生物产生出胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。,GM Food 生物技术,基因工程：按照预定设计，在体外对不同来源DNA分子进行人工切割、连接，插入载体DNA分子，使遗传物质重新组合、改造，经转移、导入到受体细胞，使之持续稳定繁殖、目的基因扩增、表达，获
13、得所需产品的工程。,GM Food 生物技术,第一节 基因工程技术,一、基因工程的定义,通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状（从而获得新生物、新产品）。,外源DNA（需经剪接、重组才能获得目的基因）,GM Food 生物技术,载体DNA分子,重组基因（目的基因+载体基因）,受体细胞,在受体内扩增、表达,表达产物的分离,获得新性状生物,基因工程基本流程图,获得表达产物,基本原理：,操作水平：,目 的：,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的新物种或产品。,GM Food 生物技
14、术,基本元件：,供体、载体和受体,上游技术：,基因重组、克隆和表达的设计与构建（即DNA重组技术）。,下游技术：,基因工程菌（细胞）的大规模培养、外源基因表达产物的分离纯化过程。,DNA重组技术 基因拼接技术,对基因工程原理的学习，其实质就是要求了解/理解/掌握基因工程操作过程中所涉及的步骤及运用的技术。,GM Food 生物技术,二、基因工程的原理,GM Food 生物技术,基因工程的主要操作步骤,获得目的基因与选择载体,1,将目的基因与载体结合,2,将目的基因导入受体细胞,3,目的基因的表达和检测,4,有了目的基因，才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。,使目的基因在受体细胞中稳定存在，
15、并可进行遗传、表达和发挥作用。,表达载体进入受体细胞稳定表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。,才能确定目的基因是否真正在受体细胞中稳定遗传和正确表达。,SS基因,基因载体,重组体,分,切,接,转,筛,表,SS,GM Food 生物技术,分子水平操作阶段 获得含目的基因的重组体分子 第一环节 分离：提取、分离含目的基因的DNA分子和载体DNA分子，在分离提取过程中，注意质、量，减少损伤。 第二环节 切割：选择合适的RE工具酶，分别对外源目的DNA分子和载体DNA分子进行酶解切割。 第三环节 连接：用DNA连接酶，将目的基因与载体在体外连接为一个重组DNA分子，并进行鉴定。,GM F
16、ood 生物技术,细胞水平操作阶段 把含目的基因的重组体导入受体细菌或受体细胞，赋予其“生命”让其表达，获得产品。 第一环节 转移：利用DNA转移技术，把构建的重组 体导入到受体菌或受体细胞中，获得工程菌或工程细胞。 第二环节 筛选：利用核酸杂交，酶切分析、PCR和表型特征等技术，筛选出已克隆化的工程菌/细胞。 第三环节 表达：大量培养含重组体的工程菌/细胞，诱导其表达，并对表达产物进行鉴定，提取和纯化。,GM Food 生物技术,目的基因的分离获取是基因工程研究中最主要的要素，目的基因的成功分离是基因工程操作的关键。 由于每种基因，特别是单拷贝基因占整个生物基因组很小部分，且DNA的化学结构相似，都是由A、T、G、C四种碱基组成，具有极相似的理化性质，这给分离特定的目的基因带来很大困难。,1 目的基因的获取,GM Food 生物技术,基因分离的物理化学方
