基因工程的基本概念.pptVIP

,通過(guò)研究“基因敲除”的耗子將幫助研究人類(lèi)的癌癥、糖尿病和高血壓等慢性疾病與遺傳的關(guān)系。,轉(zhuǎn)基因羊 具有生長(zhǎng)快、毛質(zhì)、肉質(zhì)好、疾病少及耐粗飼料等優(yōu)點(diǎn)。,在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活潑的小猴“安迪”。 通過(guò)對(duì)“安迪”的研究我們可以簡(jiǎn)單地引進(jìn)如老年性癡呆病的基因、帕金森病基因等，加快針對(duì)這類(lèi)疾病疫苗的開(kāi)發(fā)研究。,甲生物,乙生物,新類(lèi)型,基因敲除技術(shù),轉(zhuǎn)基因技術(shù),生物,新類(lèi)型,definition,The formation of new combinations of heritable material by the insertion of nucleic acid molecules，produced by whatever means outside the cell， into any virus, bacterial plasmid or other vector system so as to allow their incorporation into a host organism in which they do not naturally occur but in which they are capable of continued propagation.,基因工程,5,2,3,4,1,6,7,8,9,基因工程的基本概念,基因工程的基本原理,基因工程所需的基本條件,基因工程的操作過(guò)程,目的基因的克隆與基因文庫(kù)的構(gòu)建,大腸桿菌基因工程,酵母基因工程,哺乳動(dòng)物基因工程,高等植物基因工程,D 基因工程的基本形式,1 基因工程的基本概念,C 重組DNA技術(shù)與基因工程的基本用途,B 基因工程的基本定義,A 重組DNA技術(shù)的基本定義,A 重組DNA技術(shù)的基本定義,1 基因工程的基本概念,重組DNA技術(shù)是指將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進(jìn)行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體（受體）內(nèi)，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳并表達(dá)出新產(chǎn)物或新性狀的DNA體外操作程序，也稱為分子克隆技術(shù)。 因此，供體、受體、載體是重組DNA技術(shù)的三大基本元件。,基因重組：不同的DNA分子間發(fā)生共價(jià)連接形成重組DNA 分子。,制造帶有抗生素抗性基因或有產(chǎn)生病毒能力的基因的新型微生物有可能在人類(lèi)或其它生物體內(nèi)傳播。,1. 對(duì)環(huán)境的影響,2. 新型病毒的出現(xiàn),重新組合一種在自然見(jiàn)尚未發(fā)現(xiàn)的的生物性狀有可能給現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不良影響。,一、基因工程的安全隱患,基因工程的安全性,將腫瘤病毒或其它動(dòng)物病毒的DNA引入細(xì)菌有可能擴(kuò)大癌癥的發(fā)生范圍。,4. 人造生物擴(kuò)散,新組成的重組DNA生物體的意外擴(kuò)散可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的潛在危險(xiǎn)。,3. 癌癥擴(kuò)散,1. 公眾的擔(dān)憂,二、重組DNA研究的安全準(zhǔn)則,1973年美國(guó)的公眾第一次公開(kāi)表示擔(dān)心應(yīng)用重組DNA技術(shù)可能會(huì)培養(yǎng)出具有潛在危險(xiǎn)性的新型微生物，從而給人類(lèi)帶來(lái)難以預(yù)料的后果。,1974年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）考慮到重組DNA的潛在危險(xiǎn)，提請(qǐng)Paul Berg博士組成一個(gè)重組DNA咨詢委員會(huì)。,這個(gè)由11名分子生物學(xué)和重組DNA權(quán)威學(xué)者組成的委員會(huì)在同年7月發(fā)表公開(kāi)信（science,158,303)，要求在沒(méi)有弄清楚重組DNA所涉及的危險(xiǎn)性范圍和程度，以及在采取必要的防護(hù)措施之前，暫停兩類(lèi)試驗(yàn)（帶抗生素抗性和腫瘤病毒及動(dòng)物病毒）。,2. 專(zhuān)家的態(tài)度,3.制定安全規(guī)則,1976年6月23日，NIH正式公布了“重組DNA研究的安全準(zhǔn)則”。,規(guī)定了安全防護(hù)（物理防護(hù)和生物防護(hù)）標(biāo)準(zhǔn)以及禁止若干類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)。 1979年、1981年、1989年NIH又做了多次修改，放寬了許多限制。,分4級(jí)：P1P4級(jí)。,（1）實(shí)驗(yàn)室的物理安全,4. 基因工程的安全措施,一般裝備良好的普通微生物實(shí)驗(yàn)室。, P1級(jí)實(shí)驗(yàn)室, P2 級(jí)實(shí)驗(yàn)室,在P1級(jí)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上還裝備有負(fù)壓的安全操作柜。,全負(fù)壓的實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)裝備安全操作柜。, P4級(jí)實(shí)驗(yàn)室,專(zhuān)用的實(shí)驗(yàn)大樓，周?chē)c其它建筑物應(yīng)有隔離帶。 具有最高安全防護(hù)措施。, P3 級(jí)實(shí)驗(yàn)室,在自然環(huán)境中無(wú)法存活。,（2）實(shí)驗(yàn)室的生物安全,分3 級(jí)（大腸桿菌）：EK1EK3級(jí)。, EK1級(jí)的大腸桿菌,在自然環(huán)境中一般都要死亡。, EK2-EK3級(jí)大腸桿菌,第一個(gè)“安全”菌株是K12（1976年），很不實(shí)用，已淘汰。,（3） 載體的安全,應(yīng)該是失去了自我遷移的能力。,不會(huì)自動(dòng)從“安全”的菌株轉(zhuǎn)移到“不安全”的菌株中。 （容易構(gòu)建）。如pMB9，pBR322等。,B 基因工程的基本定義,1 基因工程的基本概念,基因工程是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用，包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達(dá)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建（即重組DNA技術(shù)）；而下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過(guò)程。,gene manipulation, gene cloning, recombinant DNA technology, genetic modification, new genetics, molecular agriculture,重組DNA技術(shù)相關(guān)概念,克隆(clone) 來(lái)自同一始祖的相同副本或拷貝的集合。,獲取同一拷貝的過(guò)程稱為克隆化(cloning)，即無(wú)性繁殖。,（一） DNA克隆,技術(shù)水平：分子克隆(molecular clone) 即DNA 克隆 細(xì)胞克隆 個(gè)體克?。▌?dòng)物或植物）,DNA克隆 應(yīng)用酶學(xué)的方法，在體外將各種來(lái)源的遺傳物質(zhì)（同源的或異源的、原核的或真核的、天然的或人工的DNA）與載體DNA接合成一具有自我復(fù)制能力的DNA分子復(fù)制子(replicon)，繼而通過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染宿主細(xì)胞，篩選出含有目的基因的轉(zhuǎn)化子細(xì)胞，再進(jìn)行擴(kuò)增提取獲得大量同一DNA分子，也稱基因克隆或重組DNA (recombinant DNA) 。,(二)目的基因,需要克隆的DNA片段。,編碼某種蛋白質(zhì),研究某基因結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系,研究某基因與疾病的關(guān)系,按照人的愿望設(shè)計(jì)和建造非天然的基因表達(dá)體系。,基因工程產(chǎn)品,cDNA： 經(jīng)反轉(zhuǎn)錄合成的、與mRNA互補(bǔ)的DNA鏈。 基因組DNA： 代表一個(gè)細(xì)胞或生物體整套遺傳信息的所有DNA序列。,基因工程 細(xì)胞工程 發(fā)酵工程 酶工程,生物工程,1、概念：也叫生物技術(shù)，是生物科學(xué)與工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合而興起的一門(mén)綜合性科學(xué)技術(shù)。,2、特點(diǎn)：以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)原理和工程技術(shù)手段來(lái)加工或改造生物材料，如DNA、蛋白質(zhì)、染色體、細(xì)胞等，從而生產(chǎn)出人類(lèi)所需要的生物或生物制品。,3、內(nèi)容：,地位：,現(xiàn)代科技革命,高新技術(shù),生物技術(shù),基因工程,基因克隆,概念：一般指利用分子生物學(xué)的手段 ，在體外操縱、改造、重建細(xì)胞的基因組，從而使生物體的遺傳性狀發(fā)生定向變異，獲得人們所需的性狀。 特點(diǎn)：基因工程能夠打破種屬的界限，在基因水平上改變生物遺傳性，并通過(guò)工程化手段為人類(lèi)提供有用的產(chǎn)品及服務(wù)。,基因工程,由于基因工程是在分子水平上進(jìn)行操作，最終是為了創(chuàng)造出人們所需要的新品種，因而它可以突破物種間的遺傳障礙，大跨度的超越物種間的不親和性。 比如在基因工程中最常使用的大腸桿菌，它是一種原核生物，但它卻能大量表達(dá)來(lái)自于人類(lèi)的某些基因。例如各種人的多肽生長(zhǎng)因子基因就可用大腸桿菌來(lái)生產(chǎn)。 如果用常規(guī)的育種技術(shù)來(lái)做同一項(xiàng)工作，那么成功的機(jī)會(huì)應(yīng)為零。因此，科學(xué)家們可以利用基因工程實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種物種改良的愿望。,因?yàn)楝F(xiàn)在生活在地球上的各種生物都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生物進(jìn)化演變而來(lái)，雖然不能說(shuō)它們都很能適應(yīng)現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境，但至少可以說(shuō)它們基本上都能適應(yīng)當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境。 這也就是說(shuō)，每種生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)都處于精巧的調(diào)節(jié)控制和平衡之中。當(dāng)用基因工程方法引入一段外源基因片段后，原有的平衡可能被打破，有可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的生物學(xué)功能發(fā)生紊亂，最后有可能導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢乃至細(xì)胞死亡。 很顯然，開(kāi)展基因工程研究的目的既要使細(xì)胞象往常一樣正常生長(zhǎng)，又要使細(xì)胞產(chǎn)生甚至大量產(chǎn)生人類(lèi)所需要的外源基因表達(dá)產(chǎn)物。,？,2.基因、DNA、染色體 之間是怎樣的關(guān)系？,核糖體,基因的結(jié)構(gòu),（原核細(xì)胞）,RNA聚合酶能夠識(shí)別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)合。轉(zhuǎn)錄開(kāi)始后，RNA聚合酶沿DNA分子移動(dòng)，并與DNA分子的一條鏈為模板合成RNA。轉(zhuǎn)錄完畢后，RNA鏈釋放出來(lái)，緊接著RNA聚合酶也從DNA模板鏈上脫落下來(lái)。,能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使RNA，進(jìn)而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，也就是說(shuō)能夠編碼蛋白質(zhì),不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不能編碼蛋白質(zhì),非編碼區(qū)：,編碼區(qū),真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu),能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子,不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子，內(nèi)含子能轉(zhuǎn)錄為信使RNA,內(nèi)含子:,外顯子:,人的血紅蛋白中，有一種蛋白質(zhì)叫做珠蛋白，它的基因有1700個(gè)堿基對(duì)，其中有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，能夠編碼146個(gè)氨基酸，其外顯子的堿基對(duì)在整個(gè)基因堿基對(duì)中所占的比例是多少,人的一種凝血因子的基因，在它的186000個(gè)堿基對(duì)中，有26個(gè)外顯子和25個(gè)內(nèi)含子，能夠編碼2552個(gè)氨基酸，其外顯子的堿基對(duì)在整個(gè)基因堿基對(duì)中所占的比例是多少=26%,25523186000100%=4%,原核生物基因表達(dá)的調(diào)控,乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(沒(méi)有乳糖時(shí)),lacZ,lacY,lacA,調(diào)節(jié)基因,啟動(dòng)子,操縱基因,結(jié)構(gòu)基因,RNA聚合酶,信使RNA,轉(zhuǎn)錄,翻譯,阻抑物與 操縱基因 結(jié)合，結(jié) 構(gòu)基因轉(zhuǎn) 錄受阻,阻抑物,原核生物基因表達(dá)的調(diào)控,乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(有乳糖時(shí)),lacZ,lacY,lacA,調(diào)節(jié)基因,啟動(dòng)子,操縱基因,結(jié)構(gòu)基因,RNA聚合酶,信使RNA,轉(zhuǎn)錄,翻譯,阻抑物與乳糖結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生了改變，因而不能與操縱基因結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。,阻抑物,乳糖,轉(zhuǎn)錄,半乳糖苷酶,酶,酶,C 重組DNA技術(shù)與基因工程的基本用途,1 基因工程的基本概念,分離、擴(kuò)增、鑒定、研究、整理生物信息資源,大規(guī)模生產(chǎn)生物活性物質(zhì),設(shè)計(jì)、構(gòu)建生物的新性狀甚至新物種,大規(guī)模生產(chǎn)生物活性物質(zhì),工程細(xì)胞,基因工程 蛋白質(zhì)工程 途徑工程,發(fā)酵工程 細(xì)胞工程,分離工程,酶,酶工程,分 離 工 程,野生細(xì)胞,野生細(xì)胞,生物活性物質(zhì),、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生,我國(guó)生產(chǎn)的部分基因 工程疫苗和藥物, 基因工程藥品的生產(chǎn),許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來(lái)源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。,微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問(wèn)題，還能大大降低生產(chǎn)成本。,1976年，27歲的風(fēng)險(xiǎn)投資人Robert Swanson與University of California的教授Herb Boyer共飲了幾杯啤酒，討論了基因工程技術(shù)的商業(yè)前景。討論結(jié)束時(shí)，他們決定建立一個(gè)公司，并取名為Genentech（Genetic Engineering Technology）。,第一個(gè)基因工程公司在學(xué)術(shù)界和商業(yè)界的滿腹懷疑中誕生了！,Genentech的驕人業(yè)績(jī),胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來(lái)只能依靠從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。,將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問(wèn)題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!,干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是“萬(wàn)能靈藥”！過(guò)去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說(shuō)。,重組DNA醫(yī)藥產(chǎn)品,美國(guó)已批準(zhǔn)上市的基因工程藥物（1997.7）,中國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)上市的基因工程藥物（1998.5）, 基因診斷與基因治療,運(yùn)用基因工程設(shè)計(jì)制造的“DNA探針”檢測(cè)肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準(zhǔn)確而且迅速。,基因診斷(genetic diagnosis)是利用分子生物學(xué)及分子遺傳的技術(shù)和原理，在DNA水平分析、鑒定遺傳疾病所涉及基因的置換、缺失或插入等突變。,基因診斷,基本過(guò)程,區(qū)分或鑒定DNA的異常,分離、擴(kuò)增待測(cè)的DNA片斷,標(biāo)準(zhǔn) . 能正確擴(kuò)增靶基因； . 能準(zhǔn)確區(qū)分單個(gè)堿基的差別； . 本底或噪聲低，不干擾DNA的鑒定; . 便于完全自動(dòng)化操作，適合大面積、大人群普查。,基因診斷的技術(shù)和方法 1.核酸分子雜交 實(shí)質(zhì)上是用已知序列的DNA或RNA片段作為探針與待測(cè)樣品的DNA或RNA序列進(jìn)行核酸分子雜交。是基因診斷最基本的技術(shù)之一。 2.PCR法 3.分子探針：分子探針是指特定的已知核酸片段，能與互補(bǔ)核酸序列退火雜交，用于對(duì)待測(cè)核酸樣品中特定基因順序的探測(cè)。 滿足：（1）必須是單鏈核酸，（2）帶有容易被檢測(cè)出來(lái)的標(biāo)記物。,生物芯片,從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。 通過(guò)比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。 基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。,基因治療,定義 基因治療(gene therapy)是向有功能缺陷的細(xì)胞補(bǔ)充相應(yīng)功能的基因，以糾正或補(bǔ)償其基因的缺陷，從而達(dá)到治療的目的。,方式 體細(xì)胞基因治療 (somatic cell gene therapy) 性細(xì)胞基因治療 (germ line gene therapy),1. 產(chǎn)前診斷 2. 攜帶者測(cè)試 3. 癥候前診斷 4. 遺傳病易感性,遺傳疾病的預(yù)防,醫(yī)藥,藥物基因組學(xué),人工設(shè)計(jì),克隆P450s,疾病的動(dòng)物模型,治療性小分子,植物,微生物,診斷用蛋白,治療性蛋白,微生物,動(dòng)物,疫苗,植物,微生物,治療性核酸,基因治療,基因修復(fù),反義藥物,DNA疫苗,診斷性核酸,遺傳病,傳染病,1. 提高植物的光合作用效率,改變與光合作用有關(guān)的酶的結(jié)構(gòu)和組成（如二磷酸核酮糖羧化酶）。,（1）提高CO2的固定率,改變光能交換系統(tǒng)的分子的基因結(jié)構(gòu)。,（2）提高光能吸收率和轉(zhuǎn)化率,、基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè),使非固氮植物轉(zhuǎn)變?yōu)楣痰参锘蚰芘c根瘤菌共生固氮。,2. 提高豆科植物的固氮效率,是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的主要內(nèi)容。 是將克隆到的特殊基因?qū)胧荏w植物，使之增加一些優(yōu)質(zhì)性狀（高產(chǎn)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、抗蟲(chóng)、抗病等）。,3. 轉(zhuǎn)基因植物,世界各國(guó)轉(zhuǎn)基因作物大田釋放情況（1987.1-1998.4）,中國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)入大田的轉(zhuǎn)基因植物（1998.3）,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯,不會(huì)引起過(guò)敏的轉(zhuǎn)基因大豆,將外源基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞，并在基因組內(nèi)穩(wěn)定整合，遺傳給后代。 使動(dòng)物成為生物反應(yīng)器生產(chǎn)有用的活性蛋白等。,4. 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,在乳汁中分泌人組織纖溶酶源激活物（TPA）和尿激酶的轉(zhuǎn)基因小鼠； 分泌a1抗胰蛋白酶的轉(zhuǎn)基因山羊等。,生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(yú)(中國(guó)),乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷),導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級(jí)羊和超級(jí)小鼠,導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠,超級(jí)動(dòng)物,特殊動(dòng)物,3、基因工程與環(huán)境保護(hù), 環(huán)境監(jiān)測(cè)： 基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。,1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測(cè)出來(lái),利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。, 環(huán)境污染治理： 基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。,通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類(lèi)，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類(lèi)化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。,4、基因工程在工業(yè)中的應(yīng)用,克隆各種參與纖維素降解的酶的基因，導(dǎo)入釀酒酵母，就可能利用廉價(jià)的纖維素來(lái)生產(chǎn)葡萄糖，發(fā)酵成酒。,用外源基因改造釀酒酵母，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的啤酒?；蛴冕劸平湍干a(chǎn)蛋白質(zhì)等。,1. 纖維素的開(kāi)發(fā)利用,2. 釀酒工業(yè),D 基因工程的基本形式,1 基因工程的基本概念,第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表達(dá) 經(jīng)典基因工程,第二代基因工程 蛋白編碼基因的定向誘變 蛋白質(zhì)工程,第三代基因工程 代謝信息途徑的修飾重構(gòu) 途徑工程,第四代基因工程 基因組或染色體的轉(zhuǎn)移 基因組工程,蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別,蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人類(lèi)自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程自誕生之日起，就與基因工程密不可分。 基因工程是通過(guò)基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步。它可以根據(jù)對(duì)分子預(yù)先設(shè)計(jì)的方案，通過(guò)對(duì)天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它所編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。因此，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過(guò)改造的、具有了人類(lèi)所需要的優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)都是通過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程而形成的，而蛋白質(zhì)工程對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，好比是在實(shí)驗(yàn)室里加快了進(jìn)化的過(guò)程。,對(duì)天然蛋白質(zhì)改造的幾個(gè)層次,對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，可以籠統(tǒng)地分為3個(gè)層次：小改、中改和大改。 小改 是對(duì)天然蛋白質(zhì)的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行修改。它往往利用點(diǎn)突變的技術(shù)，在維持蛋白質(zhì)原有功能的基礎(chǔ)上，改進(jìn)某一些性質(zhì)特點(diǎn)。例如，在核糖核酸酶內(nèi)部引入二硫鍵以增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性。又如，修改與胰島素分子間聚合作用有關(guān)的表面殘基，使其更容易解離成有活性的單體分子，從而使這種胰島素成為速效型藥物。,對(duì)天然蛋白質(zhì)改造的幾個(gè)層次,中改 則是對(duì)蛋白質(zhì)分子中某些結(jié)構(gòu)單元或肽段進(jìn)行分子裁剪，在不同的蛋白質(zhì)分子之間替換結(jié)構(gòu)單元，以期得到新的功能組合。一個(gè)成功的例子是將小鼠的抗體蛋白分子上識(shí)別抗原的部分，與人抗體分子上引起免疫反應(yīng)的功能部分，通過(guò)基因拼接的辦法結(jié)合在一起，得到的嵌合分子既具有鼠的抗體抗原專(zhuān)一性，能引起人的免疫反應(yīng)、同時(shí)又不會(huì)引起人體排異反應(yīng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有重要的醫(yī)學(xué)價(jià)值，可能提供一條途徑，即利用鼠的抗體，通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)生產(chǎn)能為人體所用的抗體。,對(duì)天然蛋白質(zhì)改造的幾個(gè)層次,大改 更確切地說(shuō)是重新設(shè)計(jì)與合成自然界本不存在的蛋白質(zhì)分子。即從蛋白質(zhì)的氨基酸組成和順序出發(fā)，設(shè)計(jì)并制造出一個(gè)全新的蛋白質(zhì)，并使之具有特定的空間結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的功能。,“基因?qū)＜摇闭?qǐng)不要制造基因的神話,不久的幾年內(nèi)，可以得到一個(gè)完整的人類(lèi)基因組序列。這是沒(méi)有疑問(wèn)的。但是，得到完整的序列雖相當(dāng)容易，而要讀懂它卻是極其困難的。人類(lèi)基因組中究竟有多少個(gè)基因？這些基因是如何調(diào)控的？這些基因都編碼什么樣的蛋白質(zhì)？這些蛋白質(zhì)又有什么樣的結(jié)構(gòu)和功能？彼此之間如何相互反應(yīng)？只有完整地回答了這些問(wèn)題，才可以說(shuō)有了“一本完整地講述人體構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)情況的指南”，而這些工作的難度，比用儀器自動(dòng)測(cè)定基因序列不知要難上多少倍，許多技術(shù)問(wèn)題都還有待解決（比如我們就還無(wú)法根據(jù)DNA序列百分之百地確定基因，而這是人類(lèi)基因組計(jì)劃不能不做的），絕對(duì)不是“不久的幾年內(nèi)”就能完成的，甚至在我們的有生之年也未必能見(jiàn)到其完成。而要完整地了解蛋白質(zhì)、基因的多態(tài)性，了解遺傳的個(gè)體多樣性，更是遙遙無(wú)期的事。,天生的不都是基因決定的,從事分子遺傳學(xué)研究的人，往往有基因決定一切的印象，在小試管加入己知的基因，就可以預(yù)料會(huì)得到其結(jié)果，屢試不爽。但是，任何合格的研究者也都清楚，體外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能簡(jiǎn)單地推廣到體內(nèi)，在試管中由基因決定的結(jié)果，在細(xì)胞中未必就如此。原因之一，是因?yàn)樵嚬苤械幕瘜W(xué)分子數(shù)目都是大大過(guò)量。均勻分布的，而細(xì)胞中的化學(xué)分子數(shù)目則是有限的（比如體外一次實(shí)驗(yàn)所用的DNA數(shù)目多得難以數(shù)計(jì)，而每個(gè)細(xì)胞卻只有兩份DNA），局部的分子濃度不同，從而導(dǎo)致了細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)帶有很大程度的隨機(jī)性。,天生的不都是基因決定的,同一個(gè)細(xì)胞的后代屬性各不相同（比如分裂期不同），主要是由于分子過(guò)程的隨機(jī)性，而不是罕見(jiàn)的基因突變（同樣是隨機(jī)的）引起的。這種隨機(jī)性，使得不論是基因決定論，還是環(huán)境決定論，甚至是基因加環(huán)境決定論，統(tǒng)而言之，一切的決定論，都無(wú)法成立?；蛲耆嗤募?xì)胞克隆，在完全相同的環(huán)境下發(fā)育，也會(huì)得到不盡相同的結(jié)果，這種現(xiàn)象在遺傳學(xué)上，被稱為“發(fā)育噪音”（developmental noisy）。,天生的不都是基因決定的,目前關(guān)于大腦發(fā)育的前沿理論，是“選擇理論”，其要點(diǎn)是，在大腦發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)元隨機(jī)地生長(zhǎng)形成，隨機(jī)地連接，在外界刺激下，有的連接被加強(qiáng)，有的則消失。這種以隨機(jī)性為基礎(chǔ)的選擇性發(fā)育的結(jié)果，導(dǎo)致了一個(gè)人天生的性格和天賦，但是它既非決定于基因，也非決定于環(huán)境，發(fā)育過(guò)程的隨機(jī)因素在其中占了相當(dāng)大的比重。操縱基因是可能的，控制環(huán)境也是可能的，但是要控制細(xì)胞內(nèi)分子反應(yīng)的隨機(jī)因素，卻是不可能的。因此，要隨心所欲地控制發(fā)育結(jié)果，也就是不可能的。,人類(lèi)的生物學(xué)特征是既同一又多樣的,遺傳學(xué)家早就意識(shí)到人類(lèi)的生物學(xué)特征是既同一又多樣的。同一，是因?yàn)樗械默F(xiàn)代人都是大約20萬(wàn)年前從同一個(gè)人群繁衍下來(lái)的，分布各地的各個(gè)所謂種族也彼此雜居、通婚，因此人類(lèi)身體特征的變異，并不具有明顯的界限，而是一條連續(xù)的譜帶。因此將人類(lèi)劃分為幾個(gè)種族，只有社會(huì)、文化意義，沒(méi)有生物學(xué)意義。我們沒(méi)能發(fā)現(xiàn)任何決定種族的基因。有些等位基因（比如ABO血型基因）在不同的種族中的分布有所不同，但是那也只是頻率的不同，并非質(zhì)的不同。有時(shí)，我們也的確能夠發(fā)現(xiàn)某種等位基因只存在于某個(gè)種族，比如線粒體DNA上有一個(gè)所謂“亞洲等位基因”，但是具有這種基因的人在那個(gè)種族中也只占了少數(shù)，比如在亞洲大陸只有