动物生物技术绪论

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1、动物生物技术 郑嵘 动物科技学院 v超级细菌 一切耐药菌的统称 金黄色葡萄球菌 新德里金属内酰胺酶-1New Delhi metallo-lactamase 1，简称NDM-1 ） v可以跨越不同的细菌种类 ，可以广泛存在于各种细 菌的DNA线粒体中，以 DNA的结构出现，因此被 称为质体 v它可以在细菌中自由复制 和移动，从而使这种病菌 拥有传播和变异的惊人潜 能 NDM-1 艾滋病病毒 天花病毒 流感病毒 禽流感病毒 禽流感病毒图解 美国威斯康星州麦迪逊大学Yoshihiro Kawaoka教授为首 的美日科学家小组，发现禽流感病毒和人类流感病毒锁定 的受体略微不同。研究结果发表在2006

2、年22日的自然 杂志上。 2007年12月，江苏南京父子同感染人高致病性禽 流感，世卫组织不排除人传人 流感病毒基因组含有8个RNA片段，已知可以编码11种病毒蛋白质; PB1是病毒RNA聚合酶的催化亚基，负责病毒RNA的复制以及转录； PB2是负责以一种称为“Snatch”的方式夺取宿主mRNA的CAP帽子结构 用于病毒mRNA转录; PA亚基不但参与病毒复制过程，而且还参与病毒RNA转录、内切核酸酶 活性、具有蛋白酶活性以及参与病毒粒子组装等多种病毒活动过程 我国科学家完成禽流感 病毒病毒关键结构解析 v甲型H1N1流感病毒：人 流感病毒、北美禽流感 病毒、北美、欧、亚猪 流感病毒基因 ?

3、 卫生部长陈竺试种第 二针国产甲流疫苗 蓝耳病又称猪的繁殖与呼吸综合征（PRRS），是由动脉炎病 毒科中的猪繁殖与呼吸综合征病毒引起的，以繁殖障碍、呼吸 困难、耳朵蓝紫、并发其他传染病为主要特征。 口蹄疫 病原体： 口蹄疫病毒 手足口病 病原体： 肠道病毒 1、绪论 2、分子生物学基础 3、动物基因工程基础 4、动物细胞工程 5、动物胚胎工程 6、动物细胞核移植 7、干细胞技术 8、转基因动物技术 9、基因敲除和RNA干涉 10、动物分子标记辅助育种技 术 11、动物分子诊断及免疫技术 12、动物营养生物技术 第一章 绪论 一、动物生物技术概述 二、动物生物技术的发展历程及其应用 三、动物生物

4、技术发展趋势 四、前景 五、生物技术与中国 六、面临问题 一、动物生物技术的概念 1、现代生物技术的产生 v19世纪，人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生 产； 1928年，Flemming发现了青 霉素 抗生素； 澳大利亚病理学家霍华德 .弗罗里因进行青霉素化 学制剂的研究 青霉素发明者、英国科学 家弗莱明在他的实验室内 20世纪40年代，获取细菌的次生代 谢代谢物 抗生素工业； 20世纪50年代，氨基酸发酵工业； 20世纪60年代，酶制剂工业； v1982年，国际合作及发展组织对生物技术 这一名词进行了重新定义： v生物技术是应用自然科学及工程学的原理 ，依靠微生物、动物、植物体作为反应器

5、 将物料进行加工以提供产品来为社会服务 的技术。 动物生物技术： v以动物为主要研究对象，采用基因工程、细胞工 程、酶工程、蛋白质工程、发酵（微生物）工程 等现代生物技术对动物品质和性状进行改造的生 物技术，包括获得新型生物制品或饲料添加剂， 培育高产、优质、抗逆的畜禽品种，是生物技术 的重要组成部分。 基因工程(DNA重组技术) 细胞工程(细胞杂交技术、细胞组织 培 养和体细胞杂交技术) 酶工程 微生物工程 蛋白质工程 生 物 技 术 v基因工程 应用人工方法把不同生物的遗传物质从细胞 中分离出来，在体外进行切割和拼接，并将重组 后的DNA导入某种宿主或个体，从而改变它们的 遗传特征，育成新

6、的品种或使新的遗传信息在新 的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物 （多肽或蛋白质） 1953年， Waston和 Crick发现DNA 双螺旋结构 1973年，Herert Boyer和Stanley Cohen完成第一个 DNA重组实验 Herbert Boyer 1972年, Boyer 获得第一个重组 DNA分子 v细胞工程： 指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培 育、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特征按照 人们的意愿改良和创造新品种，加速繁殖动植物 个体，获得某种有用的物质的技术。 l l 单单细胞细胞藻类培养藻类培养 n 细胞工程 一些单细胞低等植物 如单细胞藻类的大规 模培

7、养成为细胞工程 的重要组成部分 获得蛋白质资源、营 养食品、精细化工产 品等等 l l 高等植物细胞培养高等植物细胞培养 n 细胞工程 高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、 根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离 的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可 进一步诱导生成完整的植株。 v利用动物细胞工程生产 一些药品，如红细胞生 成素、抗血友病因子、 组织纤溶酶原激活物（ tPA）等等 n 细胞工 程 l l 动物动物细胞细胞培养培养 l l 细胞融合、细胞重组、杂交瘤技术细胞融合、细胞重组、杂交瘤技术 n 细胞工程 细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理 后放在一起，在某些促融

8、因子作用下发生融合， 形成杂种细胞。 细胞重组是把不同种类的细 胞的部件重新组合装配，包 括核的移植、叶绿体移植、 核糖体重建及线粒体装配等 。 杂交瘤技术是通过细胞融合 产生特异杂交瘤细胞。 v酶工程： 指利用酶、细胞器或细胞所具有的催化功能， 或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺 过程来生产人类所需产品的一种技术。 v发酵工程： 利用微生物生长速度快、生长条件简单以及 代谢过程中的特殊性等特点，在合适的条件下， 通过现代化工程技术手段，利用微生物特定功能 生产出人类所需产品的一种技术。 v蛋白质工程 指在基因工程的基础上，结合蛋白质晶体学、 计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科知识，通

9、 过基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白 质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要 的新型蛋白质的一种技术。 v1917, Karl Ereky首次使用“生物技术”这一名词 v1943，大规模工业生产青霉素 v1944，Avery,MacLeod 和McCarty通过实验证 明DNA是遗传物质 v1953，Watson和Crick阐明了DNA的双螺旋结 构 v1961， 生物技术和生物工程杂志创刊 二、发展： v19611966，破译遗传密码 v1970，分离出第一个限制性内切酶 v1972，Khorana等人合成了完整的tRNA基因 v1973，Boyer和Cohen建立了DNA重组技

10、术 v1975, Kohler和Milstein建立了单克隆抗体技术 v1976，第一个DNA重组技术规则问世 v1978，Genentech公司在大肠杆菌中表达出胰岛素 v1980，美国最高法院对Diamond和Chakrabarty专利案作 出裁定，认为经基因工程操作的微生物可获得专利 v1981，第一台商业化生产的DNA自动测序仪诞生 第一个单克隆抗体诊断试剂盒在美国被批准使用 v1982，用DNA重组技术生产的第一个动物疫苗在欧洲获得批 准 v1983，基因工程Ti 质粒用于植物转化 v1988，美国授予对肿瘤敏感的基因工程属以专利 PCR方法问世 v1990，美国批准第一个体细胞基因

11、治疗方案 v1997，英国科学家培养出第一只克隆绵羊多莉 v1998，美国批准艾滋病疫苗可以进行人体试验 日本科学家培养出克隆牛，英美等国培养出克隆鼠 v2000，英国科学家培养出转基因克隆猪 v2001，人类基因组框架图公布 v2002，水稻基因组框架图公布 小鼠基因组框架图公布 v2003，中国科学家研制的重组腺病毒p53注射液获得国 家食品药物监督管理局批准的新药证书，成为世界上第 一个获得正式批准的基因治疗药物 v2004，英国当局（Human Fertilisation and Embryology Authority,HFEA）首次批准英国一科研单位 进行人类细胞核移植治疗克隆治疗

12、 v2007，猪基因组测序结果公布 v2007，首次绘出狗的基因组序列草图 v2008，英国成功制造人兽混合胚胎成活3天 v2008，大熊猫“晶晶”基因组框架图绘制完成 v2008，日本科学家成功克隆冷冻16年死亡老鼠 v2009，英国科学家诱导出精子样细胞？ 克隆技术的发展 v1938年：德国科学家首次提出克隆的设想。 v1952年：科学家开始用青蛙克隆试验。 v1970年：克隆青蛙试验取得突破，据称，青蛙卵 发育成为了蝌蚪，但是在开始进食后死亡。 v1981年：科学家进行克隆鼠试验，据称，用鼠胚 胎细胞培育出了发育正常的鼠。 v1984年：第一只胚胎克隆羊诞生。 v1997年2月24日：英

13、国罗斯林研究所宣布克隆 羊培育成功。他们用取自一只6岁成年羊的乳 腺细胞培育成功一只克隆羊。 277次乳腺细胞核移植实验；获得29个发育为8细胞 的“胚”；13头代孕母亲 几点说明 v任何一个高等动物的细胞或个体都有两套独立 的遗传系统： 一套是我们所熟知的由细胞核里的全部基因 所组成的遗传系统，这是主要的遗传系统， 负责生物体结构和细胞绝大部分的生命活动 ； 另一套是由细胞质里的线粒体和叶绿体的 DNA所组成的细胞质遗传系统，植物的细胞 质遗传系统有线粒体和叶绿体两种，动物的 细胞质遗传系统只有线粒体一种。 （1）多利并不是与母体完全一样的克隆 v细胞质遗传系统与细胞核遗传系统有着密切的关

14、系，但线粒体和叶绿体DNA上的基因是细胞核的 染色体上所没有的，因此，细胞质遗传系统的功 能不能由细胞核遗传系统来代行。 v由于动物的精子不为后代提供细胞质，所以高等 动物的线粒体是通过母系的细胞质来遗传的，即 其后代的所有线粒体都来自于母亲，与父亲无关 。 v多利的细胞核来自芬兰母羊，但线粒体DNA分析 确认了多利的线粒体来自苏格兰黑面母羊，由于 线粒体在细胞生命活动中具有极其重要的功能， 与许多生理活动密切相关，因此多利在生理上与 其母体也会有明显的差异。 v多利的诞生显示了用生物技术复制与母体完全一样 的个体的可能性：如果接受体细胞的去核卵与体细 胞是来自于同一个个体，则所得的复制体的细

15、胞质 与细胞核里的基因都与母体是完全一样的，这样的 克隆才是母体真实的复制品。 v女性有可能用自身的体细胞和自身的去核卵细胞克 隆出与自己的遗传组成、生理特征完全一样的个体 ；而克隆技术不可能用男性的体细胞复制出与原来 个体在遗传上完全相同的克隆。 （2）即使是女性，也不可能复制出 与自身心理完全一样的个体 v心理的形成不仅与个人的遗传相关，而且 与个人的社会经历和社会环境密切相关。 （因此，对于人这种以心智和社会性为其 本质特征的生物，用克隆技术复制不会有 任何进步的意义。） （3）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 能力上可能会存在差别 v动物的体细胞的最多

16、分裂次数是有限制 的，而且每一次分裂都会在其染色体上 留下年龄的标记，这种母体的真实复制 品的生理年龄也可能与它的实际出生年 龄会不一致，即克隆动物个体可能会出 现早衰现象,对多利所进行的生理监测似 乎也表明正是如此。 克隆羊的意义 v理论意义：证明已分化的高等动物的体细胞 仍然具有潜在的遗传表达全能性，也证明了 用现代生物技术复制或克隆高等动物甚至人 类的可能性。 v12生肖已经克隆了一半 1998年2月23日：英国PPL医疗公司宣布，该公司克 隆出一头牛犊“杰弗逊”先生。 1998年7月5日： 日本科学家宣布， 他们利用成年动物 细胞克隆的两头牛 犊诞生。 1998年7月22日：科学家采用一种新克隆技术 ，用成年鼠的体细胞成功地培育出了三代共50 多只克隆鼠，这是人类第一次用克隆动物克隆 出克隆动物。 v1999年5月31日：美 国夏威夷大学的科学家 ，利用成年体细胞克隆 出第一只雄性老鼠。 2000年1月：美国科学家 宣布克隆猴成功，这只恒 河猴被命名为“泰特拉”。 2000