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1、基因工程,苏州农业职业技术学院 食品系生物技术教研室,Gene Engineering,基因工程发展史 Gene engineering,1968年 沃纳.阿尔伯,丹尼尔.内森和汉密尔.史密斯第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶.为此,三人共享了1978年诺贝尔生理和医学奖. 1974年 科学界肯定了在1967年由5个实验室同时发现的连接DNA片段的酶,并命名为DNA连接酶. 1973年 美国斯坦福大学科恩从大肠杆菌中取出两种带有不同基因的质粒,将两种基因经过“裁剪”,“拼接”后放入同一个质粒的大肠杆菌内,能表现出双重性.这标志着基因工程的首次胜利. 1974年 科恩将金色葡萄球菌的质粒与大
2、肠杆菌质粒进行拼接放入大肠杆菌内,使大肠杆菌获得了对青霉素的抗药性,从而实现了外来基因性状在大肠杆菌体内的表达. 20世纪70年代,第一家遗传技术公司成立利用基因重组技术制造蛋白质用于治疗人类的疾病.,基因工程发展史 Gene engineering,1983年 世界上第一例转基因植物在美国成功培植. 1996年 转基因作物首次进行了商业种植.迄今,全世界已有50个国家开展了转基因植物种植,品种有60多种植物.在美国转基因食品达到4000多种,已成为日常的生活用品. 2003年 为期13年的人类基因组计划(1990年10月1日启动)的人类基因组序列图绘制成功.人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划(
3、1942)和阿波罗登月计划(1969)一起被称为20世纪三大科学工程.,基因工程的基本内容 Gene engineering,基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。,重组DNA技术流程,剪切?,剪切?,拼接?,导入?,表达?,基因操作的工具 Gene engineering,基因的剪刀限制性内切酶（一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子）,基因的针线DNA连接酶,基因的
4、运输工具运载体（如质粒、噬菌体和动植物病毒等）,DNA连接酶 Gene engineering,连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。,基因的运载体 Gene engineering,运载体必须具备的条件： 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接； 3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ）,外源基因导入受体细胞需要运输工具运载体。,运载体的作用： 1、作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。,质 粒 Gene enginee
5、ring,质粒是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有普通细菌拟核DNA的百分之一。,质粒能够“友好”地“借居”在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。但是，质粒的复制则只能在宿主细胞内完成。,基因操作的基本步骤 Gene engineering,提取目的基因,目的基因是人们所需要转移或改造的基因。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。,目的基因与运载体结合,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和表达,检测：通过检测
6、标记基因的有无来判断目的基因是否导入。 表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。,常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,基因操作的基本步骤 Gene engineering,目的基因导入受体细胞的方法 1、将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。 2、使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 3、目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。,基因操作的基本步骤 Gene engineering,基因操作的基本步骤 Gene engineering,基因工程的成果与发展前景 Gene
7、engineering,基因工程与医药卫生,生产基因工程药品,用于基因诊断与基因治疗,基因工程与农牧业、食品工业,培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种,培育具有各种抗逆性的动植物新品种,为人类开辟新的食物来源,基因工程与环境保护,用于环境监测,用于被污染环境的净化,基因工程与医药卫生 Gene engineering,我国生产的部分基因 工程疫苗和药物,1、基因工程药品的生产,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。如利用大肠杆菌生产胰岛素、干扰素、白细胞介素2等。既增加产量，又降低成本。,基因工程与医药卫生 Gene engineering,2、基因诊断,基因诊断是用放射性同位
8、素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。,生物芯片 从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,基因工程与医药卫生 Gene engineering,3、基因治疗,基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。,基因工程与农牧业、食品工业 Gene en
9、gineering,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转鱼抗寒基因的番茄,基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering,基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering,基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering,基因工程与环境保护 Gene engineering,1、环境监测 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环
10、境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,2、环境污染治理 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,1、有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。 2、大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。 3、如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。,基因工程的弊端 Gene engineering,Gene engineering,将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。 该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。,用限制酶切成许多片断,鸟枪法直接分离基因Gene engineering,逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。,mRNA 单链DNA 双链DNA,人工基因合成法 Gene engineering,蛋白质 mRNA 单链DNA 双链DNA 肽链: 甲硫氨酸 脯氨酸苏氨酸甘氨酸,mRNA： AUG CCA ACU GGU,DNA： TAC GGT TGA CCA ATG CCA ACT GGT,2.化学合成法：,Gene engineering,
