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1、第一节 基因工程主要内容：（1）基因工程的概念（2）基因操作的工具（3）基因操作的基本步 骤. 基因工程的概基因工程的概念念这种技术是在生物体外，通过对这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行改，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞造和重新组合，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，产生出人类所需要体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。的基因产物。1.2 基因工程的一般过程与技术基因工程的一般过程与技术3 3剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达（一）获得目的基因（一）
2、获得目的基因（二）构建基因表达载体（二）构建基因表达载体（三）转化受体细胞（三）转化受体细胞（四）目的基因的检测和表达（四）目的基因的检测和表达1 1、筛选含有目的基因的受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞2 2、目的基因的表达、目的基因的表达基因工程的基本操作步骤基因工程的基本操作步骤主要是指主要是指_编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因目前被广泛提取使用的目的基因有：目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌（抗病毒、抗细菌) )、人胰岛素基因等。人胰岛素基因等。也可以是一些就有调控作用的因子。也可以是一些就有调控作用的因子
3、。5 5目的基因目的基因目的基因的获取方法目的基因的获取方法基因文库中获取（基因文库中获取（从已有的物种中从已有的物种中直接分离直接分离）人工合成人工合成用用PCR技术扩增技术扩增鸟枪法、散弹射击法鸟枪法、散弹射击法供体供体细胞细胞DNADNA限限制制酶酶许多许多DNADNA片段片段载入载入运运载载体体导入导入受体受体细胞细胞扩增扩增产生产生特定特定性状性状分分离离目目的的基基因因从基因文库获得从基因文库获得该法最大的该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低成功率低。基因文库基因文库 基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库如如:cDNA文库文
4、库含有一种生物所有的基因含有一种生物所有的基因含有一种生物部分的基因含有一种生物部分的基因目的基因的mRNA逆转录逆转录单链DNA合成合成双链DNA（目的基因）蛋白质氨基酸序列推测推测mRNA的核苷酸序列推测推测结构基因的核苷酸序列化学化学合成合成目的基因人工合成法人工合成法逆转录法化学合成（根据已知氨基酸序列直接合成DNA）利用PCR技术扩增目的基因原理原理: :DNADNA双链复制双链复制前提前提: :要有一段已要有一段已知目的基因知目的基因的脱氧核苷的脱氧核苷酸序列，以酸序列，以便合成便合成引物引物。9 9 核心核心( (二二) )基因表达载体的构建基因表达载体的构建目的：使目的基因在受
5、体细胞中目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在稳定存在，并且，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和表达和发挥作用发挥作用。组成：组成：a a、目的基因、目的基因b b、启动子、启动子c c、终止子、终止子d d、标记基因、标记基因目的基因目的基因+ +启动子启动子+ +终止子终止子+ +标记基因标记基因检测目的基因是否导入受体细胞检测目的基因是否导入受体细胞，从而将含目的基因的细胞筛选出来从而将含目的基因的细胞筛选出来位于基因的末端位于基因的末端, ,终止转录终止转录位于基因的首端位于基因的首端, ,是是RNARNA聚合酶聚合酶识别和结识别和结合位点
6、，驱动转录合位点，驱动转录质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）同一种同一种过程：过程：: :( (三三) )转化受体细胞转化受体细胞1 1、转化、转化 2 2、方法、方法将目的基因导入将目的基因导入植物植物细胞细胞将目的基因导入将目的基因导入动物动物细胞细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物微生物细胞细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞法感受态细胞法目的基因进入目的基
7、因进入_内，并且在内，并且在 受体细胞内维持受体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达( (四四) )目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达检查是否成功检查是否成功1 1、筛选含有目的基因的受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞A A、检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入、检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入B B、从核酸、蛋白质水平筛选（分子水平）、从核酸、蛋白质水平筛选（分子水平）检测检测检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出检测目的基因是否转录出mRNAmRNA检测目的基因是否
8、翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质方法方法方法方法方法方法DNADNA分子杂交分子杂交DNADNA与与RNARNA分子杂交分子杂交抗原抗体杂交抗原抗体杂交( (四四) )目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达检查是否成功检查是否成功1 1、筛选含有目的基因的受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞A A检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入B B从核酸、蛋白质水平筛选从核酸、蛋白质水平筛选通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。2、实现功能表达鉴定鉴定抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴
9、定、活性鉴定等1 1. .3 3基基因因工工程程的的应应用用动物基因工程 的应用提高生长速度提高生长速度提高生长速度提高生长速度( ( ( (生长激素基因生长激素基因生长激素基因生长激素基因) ) ) )改善畜产品的品质改善畜产品的品质改善畜产品的品质改善畜产品的品质1 1 1 1、改良品种：、改良品种：、改良品种：、改良品种：2 2、乳腺生物发生器、乳腺生物发生器3、转基因动物作器官移植器官移植的供体抑制或去除抑制或去除抗原决定基因抗原决定基因消除异种器官供体的消除异种器官供体的免疫排斥反应免疫排斥反应二、植物基因工程二、植物基因工程的应用的应用抗虫抗虫抗虫抗虫( ( ( (BtBtBtBt
10、毒蛋白毒蛋白毒蛋白毒蛋白JYJYJYJY、蛋白酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白酶抑制剂JYJYJYJY、淀粉酶抑制剂淀粉酶抑制剂淀粉酶抑制剂淀粉酶抑制剂JYJYJYJY、植物凝集素、植物凝集素、植物凝集素、植物凝集素JYJYJYJY) ) ) )抗病毒抗病毒抗病毒抗病毒( ( ( (外壳蛋白外壳蛋白外壳蛋白外壳蛋白JYJYJYJY、病毒复制酶、病毒复制酶、病毒复制酶、病毒复制酶JYJYJYJY) ) ) )抗真菌抗真菌抗真菌抗真菌( ( ( (几丁质酶几丁质酶几丁质酶几丁质酶JYJYJYJY、抗毒素合成、抗毒素合成、抗毒素合成、抗毒素合成JYJYJYJY) ) ) )抗干旱、抗盐碱抗
11、干旱、抗盐碱抗干旱、抗盐碱抗干旱、抗盐碱( ( ( (调节细胞渗透压的调节细胞渗透压的调节细胞渗透压的调节细胞渗透压的JYJYJYJY) ) ) )抗寒抗寒抗寒抗寒( ( ( (抗冻蛋白抗冻蛋白抗冻蛋白抗冻蛋白JYJYJYJY) ) ) ) 抗除草剂抗除草剂抗除草剂抗除草剂( ( ( (抗除草剂抗除草剂抗除草剂抗除草剂JYJYJYJY) ) ) ) 提高营养价值；提高营养价值；提高营养价值；提高营养价值；延熟使耐储存；延熟使耐储存；延熟使耐储存；延熟使耐储存；提高观赏价值；提高观赏价值；提高观赏价值；提高观赏价值；1、提高抗性抗性抗性抗性：2、改良品种：基基 因因诊诊 断断工具工具：原理原理：
12、对象对象：DNADNA探针探针DNADNA分子杂交分子杂交1 1、病毒感染、病毒感染( (如：肝炎如：肝炎) )2 2、基因性遗传病、基因性遗传病( (如：镰刀型细胞贫血症如：镰刀型细胞贫血症) ) 遗传病的治疗：基因工程药物、基因治疗。遗传病的治疗：基因工程药物、基因治疗。 基因治疗基因治疗：指利用遗传学的原理治疗人类：指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。利用正常的基因置换或弥补缺陷的疾病。利用正常的基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。基因的治疗方法。目前人类基因治疗主要集中在遗传性疾病、肿瘤及某目前人类基因治疗主要集中在遗传性疾病、肿瘤及某些传染性疾病。至些传染性疾病。至1997年初，全世界共
13、记录了年初，全世界共记录了2103例例基因治疗病例（美国基因治疗病例（美国1700例）。其中例）。其中68%是治疗肿瘤是治疗肿瘤的，的，19%是治疗遗传病的，是治疗遗传病的，12%治疗传染性疾病等。治疗传染性疾病等。 五、基因芯片五、基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADN
14、A信息。信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、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平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。技术。基因工程与食品业基因工程与食品业基因工程为人类开辟新的食物来源。基因工程为人类开辟新的食物来源。 1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法从微生物中获得）用基因工程的方法从微生
15、物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程用于环境监测：基因工程用于环境监测：用用DNADNA探针探针可检测饮用水中病毒的含量；可检测饮用水中病毒的含量；基因工程用于被污染环境的净化：基因工程用于被污染环境的净化：“超级假单孢杆菌超级假单孢杆菌”（能够同时分解四种烃类）环 境 保 护转基因生物转基因生物 安全吗？安全吗？二、对转基因生物安全性的争论二、对转基因生物安全性的争论a.a.对基因的结构对基因的结构, ,基因间的相互作用及基因间的相互作用及基因的调空机制都了解的相当有
16、限基因的调空机制都了解的相当有限; ;b.b.转移的基因虽然是功能已知的基因转移的基因虽然是功能已知的基因, ,但不少是异种生物的基因但不少是异种生物的基因; ;c.c.外源基因插入宿主基因组的部分往外源基因插入宿主基因组的部分往往是随机的往是随机的. . 1.1.在转基因生物中在转基因生物中, ,有时候会出现一些有时候会出现一些人们意想不到的后果，人们意想不到的后果，原因是：原因是：焦点：食物安全、生物安全、环境安全焦点：食物安全、生物安全、环境安全源头：科学水平的限制源头：科学水平的限制2 2、转基因生物与食物安全、转基因生物与食物安全a.a.a.a.转基因食物引起食物安转基因食物引起食物
17、安转基因食物引起食物安转基因食物引起食物安全性问题的理由全性问题的理由全性问题的理由全性问题的理由 b.b.b.b.不必担心转基因食物不必担心转基因食物不必担心转基因食物不必担心转基因食物安全性的理由安全性的理由安全性的理由安全性的理由反对反对反对反对“ “实质性等同实质性等同实质性等同实质性等同” ”（安全性检测不全面）（安全性检测不全面）（安全性检测不全面）（安全性检测不全面）滞后效应滞后效应滞后效应滞后效应担心出现新的过敏原担心出现新的过敏原担心出现新的过敏原担心出现新的过敏原担心营养成分的改变担心营养成分的改变担心营养成分的改变担心营养成分的改变多环节、严谨的安全性多环节、严谨的安全性
18、多环节、严谨的安全性多环节、严谨的安全性评价评价评价评价, , , ,可以保证转基因可以保证转基因可以保证转基因可以保证转基因食物的安全食物的安全食物的安全食物的安全科学家的负责态度可以科学家的负责态度可以科学家的负责态度可以科学家的负责态度可以防止新过敏原的产生防止新过敏原的产生防止新过敏原的产生防止新过敏原的产生至今未发现转基因食品至今未发现转基因食品至今未发现转基因食品至今未发现转基因食品影响人体健康的实例影响人体健康的实例影响人体健康的实例影响人体健康的实例 3 3、转基因生物与生物安全、转基因生物与生物安全a.a.a.a.引起生物安全的理由引起生物安全的理由引起生物安全的理由引起生物
19、安全的理由b.b.b.b.不引起生物安全的理由不引起生物安全的理由不引起生物安全的理由不引起生物安全的理由转基因植物可能会扩散到转基因植物可能会扩散到种植区以外，成为野生种种植区以外，成为野生种类或杂草类或杂草可能成为可能成为“入侵的外来入侵的外来物种物种”威胁生态其他生威胁生态其他生威胁生态其他生威胁生态其他生物的生存物的生存物的生存物的生存可能重组出对人类或其他可能重组出对人类或其他生物有害的病原体。生物有害的病原体。有可能使杂草成为除不掉有可能使杂草成为除不掉的的“超级杂草超级杂草”扩散到种植区以外的转扩散到种植区以外的转基因农作物生命力很差基因农作物生命力很差 新性状的表现，必须有一新
20、性状的表现，必须有一定的水、肥等条件，以及定的水、肥等条件，以及配套的种植技术。配套的种植技术。由于存在生殖隔离，转基由于存在生殖隔离，转基因农作物很难与其他植物因农作物很难与其他植物杂交。杂交。花粉传播的距离有限，时花粉传播的距离有限，时间有限。间有限。H1N1H1N1亚型猪流感病毒毒株，亚型猪流感病毒毒株，该毒株包含有猪流感、禽该毒株包含有猪流感、禽流感和人流感三种流感病流感和人流感三种流感病毒的基因片断毒的基因片断. . 4 4、转基因生物与环境安全、转基因生物与环境安全a.a.a.a.引起环境安全的理由引起环境安全的理由引起环境安全的理由引起环境安全的理由: : : :b.b.b.b.
21、不引起环境安全的理由不引起环境安全的理由不引起环境安全的理由不引起环境安全的理由: : : :打破自然物种的原有界限打破自然物种的原有界限打破自然物种的原有界限打破自然物种的原有界限, , , ,改变了生态系统中能量流改变了生态系统中能量流改变了生态系统中能量流改变了生态系统中能量流动和物质循环。动和物质循环。动和物质循环。动和物质循环。转基因植物花粉中的有毒转基因植物花粉中的有毒转基因植物花粉中的有毒转基因植物花粉中的有毒物质可通过蜜蜂进入蜂蜜物质可通过蜜蜂进入蜂蜜物质可通过蜜蜂进入蜂蜜物质可通过蜜蜂进入蜂蜜, , , ,再经过食物链传递，有可再经过食物链传递，有可再经过食物链传递，有可再经
22、过食物链传递，有可能进入其他动物和人体内。能进入其他动物和人体内。能进入其他动物和人体内。能进入其他动物和人体内。转基因不会改变生物原转基因不会改变生物原有的分类地位有的分类地位, ,不会破坏不会破坏生态系统的稳定性。生态系统的稳定性。转基因抗虫作物的种植转基因抗虫作物的种植, ,减少了农药的使用量。减少了农药的使用量。抗除草剂农作物的种植抗除草剂农作物的种植, ,减轻了农田管理的负担减轻了农田管理的负担, ,保护了农田的土壤环境。保护了农田的土壤环境。新闻报道不实，增加了新闻报道不实，增加了公众对转基因农作物的公众对转基因农作物的恐惧感。恐惧感。（可能会影响生态系统（可能会影响生态系统中原有
23、的动态平衡）中原有的动态平衡）加剧环境污染加剧环境污染（危害其他动植生存或（危害其他动植生存或人体健康）人体健康）三三. .理性看待转基因技术理性看待转基因技术1.1.趋利避害，而不能因噎废食趋利避害，而不能因噎废食。2.2.完善相应的法令法规，利用法制手段确完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。保转基因生物的安全性。 如我国如我国19931993年制年制定的定的基因工程安全管理办法基因工程安全管理办法和和20022002年年颁布的颁布的农业转基因生物标识管理办法农业转基因生物标识管理办法。3.3.增强科学家的法制意识，提高科学家的增强科学家的法制意识，提高科学家的研究道德水
24、平。研究道德水平。一、生物武器一、生物武器1、什么是生物武器、什么是生物武器?战争中用来伤害人、畜，毁坏农作物的致病微生物战争中用来伤害人、畜，毁坏农作物的致病微生物及其毒素（也称为生物战剂），装有生物战剂的各及其毒素（也称为生物战剂），装有生物战剂的各种器材（如炸弹、炮弹、导弹弹头和气溶胶发生器、种器材（如炸弹、炮弹、导弹弹头和气溶胶发生器、布洒器等等）总称为生物武器布洒器等等）总称为生物武器致病菌致病菌 炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌病毒病毒 天花病毒、鼠痘病毒天花病毒、鼠痘病毒生化毒剂生化毒剂 肉毒杆菌毒素肉毒杆菌毒素基因重组的致病菌基因重组的致病菌 重组蜡状杆菌重
25、组蜡状杆菌,重组流感病毒重组流感病毒,新型鼠新型鼠痘病毒痘病毒2.生物武器的种类生物武器的种类生物武器往往是那些传染力强、致死迅速的微生物生物武器往往是那些传染力强、致死迅速的微生物3、病原体散布的途径、病原体散布的途径（直接）或者通过（食物、生活必需品）（直接）或者通过（食物、生活必需品）等散布到敌方等散布到敌方生物武器可能是一种烟雾或一包粉末，也可能是一群老生物武器可能是一种烟雾或一包粉末，也可能是一群老鼠或苍蝇，病原体通过空气、食物甚至皮肤等渠道侵入鼠或苍蝇，病原体通过空气、食物甚至皮肤等渠道侵入人、畜体内，迅速或缓慢致死，也可大规模毁伤农作物。人、畜体内，迅速或缓慢致死，也可大规模毁伤
26、农作物。生物武器与其他武器的区别是拥有生命力，能够在宿主生物武器与其他武器的区别是拥有生命力，能够在宿主体内繁殖，并随宿主移动散布到不同的地方。体内繁殖，并随宿主移动散布到不同的地方。生物武器离我们并不遥远，不论是历史上的生物武器离我们并不遥远，不论是历史上的事件，还是现实中的事件；也不论是中国，事件，还是现实中的事件；也不论是中国，还是外国。还是外国。4、生物武器的特点、生物武器的特点第一，致病力强，传染性大；第一，致病力强，传染性大；第二，有潜伏期，一般潜伏期的症状不明显，难以及时第二，有潜伏期，一般潜伏期的症状不明显，难以及时发现；发现；第三，污染面积大，危害时间长，杀伤范围达数百至第三
27、，污染面积大，危害时间长，杀伤范围达数百至数千平方公里；数千平方公里；第四，传染途径多；第四，传染途径多；第五，生物武器造价低，技术难度不大，隐秘性强，第五，生物武器造价低，技术难度不大，隐秘性强，可以在任何地方研制和生产。可以在任何地方研制和生产。二、禁止生物武器公约二、禁止生物武器公约 1972 1972年年4 4月月1010日日, ,苏联苏联, ,美国美国, ,英国分别签英国分别签署了署了 ; 19981998年年1111月月2525日中国也加入了这一公约日中国也加入了这一公约. .一、蛋白质工程的概念一、蛋白质工程的概念通过物理化学与生物化学等技术了解通过物理化学与生物化学等技术了解蛋
28、白质的结构与功能，并借助计算机蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组技术辅助设计、基因定点诱变和重组技术DNA技术改造基因，以定向改造天然技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。白质的技术。蛋白质工程的概念的理解蛋白质工程的概念的理解a a、蛋白质工程是、蛋白质工程是 改造天然改造天然 ，甚至创造自然界甚至创造自然界 的蛋白质的技术。的蛋白质的技术。b b、实施前提、实施前提: :c c、直接操作对象是：、直接操作对象是： （基因（基因/ /蛋白质）蛋白质）定向定向蛋白质蛋白质不存在不存在了解蛋白质的结构与功能了解蛋白质的结构与功能基因基因四、蛋白质工程的应用四、蛋白质工程的应用工业生产中提高酶的热稳定性工业生产中提高酶的热稳定性生物工程制药领域的应用生物工程制药领域的应用疾病诊断疾病诊断
