基因工程概述课件

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1、生物技术 ( Biotechnology ),基因工程（ Gene Engineering ） 细胞工程 ( Cell Engineering ) 发酵工程 ( Fermentation Engineering ) 酶 工 程 ( Enzyme Engineering) 蛋白质工程 ( Protein Engineering ),应用生命科学研究成果，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术,基因工程,授课教师： 赵 磊,参考书： 1、基因工程原理 吴乃虎 主编 2、植物基因工程原理与技术 王关林 主编 3、现代生物技术导论 瞿礼嘉等编著,第一章 绪论 第一节 基因工程的概念,定

2、义: 在体外对DNA进行切割、拼接, 使遗传物质重新组合, 经载体转移到细胞中扩增表达, 获得人类所需产品, 或组建新生物类型的技术。,基因工程（Gene Engineering）是现代生物技术的核心内容。,基因工程最突出的优点: 打破了常规育种难以突破的物种之间界限，可使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间、甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。,基因工程的应用,微生物基因工程,胰岛素,（1）生产基因工程药品 优点：高质量、低成本 比如：胰岛素干扰素、乙肝疫苗等60多种,1965年9月我国中科院生化研究所、北大化学系及中科院有机所 用人工方法合成的方法获得了有生物活性的结晶牛胰岛素

3、。 邹承鲁：我们成本太贵，在当时根本不具实用性，当初国际上给予的评价是“中国人的成就没有经济上的意义”,1979年美国基因技术公司用人工合成的人胰 岛素基因重组转入大肠杆菌中，并通过发酵 生产人胰岛素。,从动物脑中提取5mg-50万只羊脑,9升工程大肠杆菌 培养液,1978年，美国Genetech公司开发出利用重组大肠杆菌合成人胰岛素的生产工艺。,1980年11月15日，美国纽约证券交易所开盘的二十分钟内，Genetech公司的新上市股票价格从3.5美元飙升到89美元，这是该证券交易所有史以来增值最快的一种股票。,胰 岛 素,糖尿病,从动物胰脏中提取: 10g-450kg猪胰脏,基因工程,20

4、0升大肠杆菌培养液,乳铁蛋白:它能够结合铁元素，从而能够减少了细菌对铁这种必需元素的吸收，影响细菌的生长。 人乳中乳铁蛋白浓度约为是牛乳中的10倍,荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白， 预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。,动物基因工程,1-抗胰蛋白酶，可治疗肺气肿病。这种病在北美比较常见，病人以前只能依赖于注射人的1-抗胰蛋白酶做替代疗法， 价格昂贵，而现在用转基因羊来生产，每升这种羊奶可售6000美元。,中国工程院院士曾溢涛教授研究小组获得5只转基因山羊。其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋白有活性的人凝血因子。,生物技术应用-植物,转基因植物

5、,转基因农作物,转基因蔬菜,转基因林木,转基因草类,转基因花卉,转基因果树,抗虫转基因植物,转鱼抗寒蛋白基因的番茄,改进农产品的品质,维生素：在水稻中合成胡萝卜素,转基因荷花,提高观赏价值,这种蓝玫瑰是转基因玫瑰，被植入三色紫罗兰所含一种能刺激蓝色素产生的基因，花瓣因而自然呈现蓝色。,英国研究人员最近称，新开发的紫色转基因番茄中含有在深色浆果中常见的营养成分，并证明可以防止老鼠体内的癌细胞蔓延。 此项研究的重点是花青素，这种抗氧化剂存在于黑莓和黑醋栗等浆果中，被认为具有降低癌症、心脏病和某些神经系统疾病风险的作用。,将细菌基因dhlA和dhlB插入转基因烟草的基因组中，清除受污染土壤和地下水的

6、卤化有机污染物。,转基因植物可作为一种生物反应器 生产药用蛋白和植物次生代谢产物，或生产某些有机化合物。 转基因植物为人们研究某一基因功能及其再生长发育中的作用提供了强有力的工具。,第二节 基因工程的诞生与发展 基因工程诞生于1973年。 一、基因工程诞生的理论和技术基础 1、理论基础 DNA是遗传物质； DNA分子的双螺旋结构和半保留复制； 遗传密码的通用性和遗传信息传递的方式。 2、技术基础 限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割； DNA连接酶的发现与DNA片段的连接； 基因工程载体的构建与应用。,二、基因工程的诞生 1972年，美国斯坦福大学P. Berg研究小组的DNA体外重组实验。

7、1973年，斯坦福大学的S.Cohen研究小组的DNA体外重组和大肠杆菌转化实验。 同年，加利福尼亚大学的H.Boyer也进行了类似的实验。,这一实验的成功标志着基因工程的诞生，因此，1973年被定为基因工程诞生的元年。,1973年美国斯坦福大学医学院遗传学家Cohen和加州大学的Herbert Boyer ，世界上第一个基因工程实验.,1973年为基因工程元年,科恩随后以DNA重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。这标志着自然界不同物种间在亿万年中形成的天然屏障被打破了，人类可以根据自己的意愿定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型。,三、基因工程的发展

8、 分为艰难阶段、逐渐成熟阶段、迅速发展阶段、鼎盛发展阶段。 1、基因工程的艰难阶段(19731976，载体和受体系统的安全性改造) 基因工程的安全性问题，导致许多国家限制基因重组的实验。 2、基因工程的逐渐成熟阶段(19761982，基因工程药物的研制) 1976年, Genentech (Genetic Engineering Technology)公司成立 1977年Boyer等首先将人工合成的生长激素释放抑制因子14肽的基因重组入质粒，成功地在大肠杆菌中合成得到这14肽； 1978年Itakura（板仓）等使人生长激素191肽在大肠杆菌中表达成功； 1979年美国基因技术公司用人工合成的

9、人胰岛素基因重组转入大肠杆菌中，并通过发酵生产人胰岛素。从而揭开了基因工程产业化的序幕。,3、基因工程的迅速发展阶段(19822000，动植物基因工程育种与基因治疗) 发展了一系列新的基因工程操作技术，构建了多种转化原核生物和动物、植物细胞的载体。 1982年首次通过显微注射培育出世界上第一个转基因动物转基因小鼠。 1983年采用农杆菌介导法培育出世界上第一例转基因植物转基因烟草。 1990年美国政府首次批准一项人体基因治疗临床研究计划，对一名因腺苷脱氨酶基因缺陷而患有重度联合免疫缺陷症的儿童进行基因治疗获得成功。 1991年，美国提出人类基因组计划并实施。,4、鼎盛发展阶段(21世纪) 20

10、05年完成人类基因组计划。 至今，基因工程药物上市的有几十种，上百种正在进行临床试验。 转基因植物迅速发展，目前至少有150种转基因植物问世。 自从1986年抗除草剂转基因烟草被首次批准进入田间试验以来, 至今国际上已有30个国家批准上千例转基因植物进入田间试验, 涉及的植物种类达50多种。 自从1994年转基因延熟西红柿获准上市以来，目前至少有51种转基因植物上市。,基因工程问世后的短短30年间，不仅催生了一个又一个基因工程的新成果，也催生了一个源于DNA研究的新兴产业，导致众多的生命科学高技术企业应运而生。 基因工程对生物、医药和农业等领域都产生了革命性的影响，它对人们生活影响的深度和广度

11、早已超出了人们的想象。,第三节 基因工程研究的主要内容 一、基因工程研究的主要内容 主要包括：基础研究（载体的研究、受体系统的研究、目的基因研究、工具酶的研究、转化方法的研究、生物基因组学研究）和应用研究等。 1、载体的研究 构建各种用途载体及提高外源基因表达的效率。 2、受体系统的研究 包括细菌、真菌、植物、动物。 受体系统的安全性及转化效率。 3、目的基因研究 目的基因的分离、克隆及改造。,4、工具酶的研究 开发新的工具酶。 5、转化方法的研究 开发各种受体细胞的高效转化方法。 6、生物基因组学研究 具有重要经济价值的各种生物的基因组测序、挖掘新的基因等。 7、应用研究 包括基因工程药物研究、基因疫苗研究、转基因植物研究、转基因动物研究以及在酶制剂工业、食品工业、化学与能源工业及环境保护等方面的应用。,