第1章 基因工程的基本概念 yu

1、云南大學(xué)云南大學(xué)20152015春季必修課程春季必修課程基 因 工 程云南大學(xué) 余敏Email 生命科學(xué)與生物技術(shù)的理論體系研究對(duì)象研究層次量子分子細(xì)胞組織個(gè)體群體細(xì)菌真菌病毒植物動(dòng)物人類遺傳生理生物生態(tài)仿生分子生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)化學(xué)工程生命科學(xué)生物工程生物技術(shù)研究?jī)?nèi)容生命科學(xué)理論與技術(shù)341細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)分子免疫學(xué)基礎(chǔ)生物技術(shù)與生物工程2分子生物學(xué)基礎(chǔ) 細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)A 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能B 細(xì)胞的分裂與增殖C 細(xì)胞的衰老與凋亡D 細(xì)胞的生長(zhǎng)與分化E 細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸F 細(xì)胞的信號(hào)傳遞分子生物學(xué)基礎(chǔ)分子生物學(xué)的三大基本內(nèi)容：生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能（結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)）基因的表達(dá)和調(diào)控機(jī)制（中心法則）分

2、子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)（實(shí)驗(yàn)分子生物學(xué)）遺傳信息傳遞的中心法則DNA（基因）DNA（基因）mRNA蛋白質(zhì)生物代謝物質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯代謝基因組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)蛋白組學(xué)代謝組學(xué)逆轉(zhuǎn)錄生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能DNA（基因）蛋白質(zhì)多糖指導(dǎo)合成關(guān)系核酸脂類相互作用關(guān)系基因工程基因工程523416789基因工程的基本概念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E E

3、 基因工程的發(fā)展基因工程的發(fā)展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。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)物的分離純化過程。

4、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天然細(xì)胞天然細(xì)胞生物活性物質(zhì)有多個(gè)術(shù)語(yǔ)表述基因工程：有多個(gè)術(shù)語(yǔ)表述基因工程：基因工程（基因工程（gene engineeringgene engineering）; ;遺傳工程（遺傳工程（genetic engineeringgenetic engineering）; ;基因操作（基因操作（gene manipulationgene manipul

5、ation）; ;重組重組DNADNA技術(shù)（技術(shù)（recombinant DNA techniquerecombinant DNA technique）; ;基因克?。ɑ蚩寺。╣ene clonegene clone）; ;分子克?。ǚ肿涌寺。╩olecular clonemolecular clone）等）等等。等?，F(xiàn)在人們的基因工程，主要是強(qiáng)調(diào)通過現(xiàn)在人們的基因工程，主要是強(qiáng)調(diào)通過基因操作基因操作，改變，改變生物的性狀，生物的性狀，獲得人類需要的某些產(chǎn)品或生物性狀獲得人類需要的某些產(chǎn)品或生物性狀。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

6、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1 基因工程的基本概念 基因工程在現(xiàn)代生物工程技術(shù)中的地位基因工程在現(xiàn)代生物工程技術(shù)中的地位蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程的概念 在利用基因工程技術(shù)了解編碼蛋白在利用基因工程技術(shù)了解編碼蛋白質(zhì)的基因的基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)的氨質(zhì)的基因的基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行基酸序列、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析分析; ;進(jìn)進(jìn)而通過對(duì)而通過對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、氨基酸序蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、氨基酸序列的改造和翻譯后的修飾列的改造和翻譯后的修飾等手段，等手段，改變甚至改變甚至

7、創(chuàng)造創(chuàng)造出新的和更有效的蛋出新的和更有效的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程主要內(nèi)容蛋白質(zhì)工程主要內(nèi)容主要目標(biāo)主要目標(biāo) 蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析 蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析 蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)和分析蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)和分析 蛋白質(zhì)組分析蛋白質(zhì)組分析細(xì)胞（組織）工程概念細(xì)胞（組織）工程概念組織工程組織工程：利用移植的細(xì)胞、骨架、：利用移植的細(xì)胞、骨架、DNADNA、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段替代或替代或修復(fù)修復(fù)已受傷或損壞的組織和器官已受傷或損壞的組織和器官生物加工工程生物加工工程： 利用活細(xì)胞生產(chǎn)利用活細(xì)胞生產(chǎn)生物生物醫(yī)藥產(chǎn)品醫(yī)藥產(chǎn)品組織工程組織工程人造器官人造器官王正

8、敏n 干細(xì)胞干細(xì)胞：19991999年年4 4月，月， 美國(guó)的科研美國(guó)的科研人員首次成功地從成年人骨髓的干細(xì)人員首次成功地從成年人骨髓的干細(xì)胞在體外培養(yǎng)分化出軟骨、脂肪和骨胞在體外培養(yǎng)分化出軟骨、脂肪和骨骼細(xì)胞。標(biāo)志著干細(xì)胞的研究取得了骼細(xì)胞。標(biāo)志著干細(xì)胞的研究取得了重大進(jìn)展。重大進(jìn)展。n以這項(xiàng)技術(shù)為代表的組織工程的突破以這項(xiàng)技術(shù)為代表的組織工程的突破具有廣闊的應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來具有廣闊的應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來為實(shí)現(xiàn)人造為實(shí)現(xiàn)人造“器官器官”成為可能。成為可能。酶工程的概念酶工程的概念n是酶學(xué)與工程學(xué)的相互滲透和結(jié)合是酶學(xué)與工程學(xué)的相互滲透和結(jié)合所發(fā)展起來，以酶為研究對(duì)象，改所發(fā)展起來，以

9、酶為研究對(duì)象，改造并應(yīng)用酶的特異催化功能。目標(biāo)造并應(yīng)用酶的特異催化功能。目標(biāo)就是通過工程化技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)和就是通過工程化技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化相應(yīng)原料成為有用物質(zhì)的技術(shù)轉(zhuǎn)化相應(yīng)原料成為有用物質(zhì)的技術(shù) 酶工程的主要內(nèi)容酶工程的主要內(nèi)容n酶的分離純化酶的分離純化n酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)及反應(yīng)器酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)及反應(yīng)器n酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)n酶分子化學(xué)修飾、遺傳突變及結(jié)構(gòu)改造酶分子化學(xué)修飾、遺傳突變及結(jié)構(gòu)改造n酶抑制劑與激活劑開發(fā)與研究酶抑制劑與激活劑開發(fā)與研究n人工設(shè)計(jì)與合成模擬酶及酶分子人工設(shè)計(jì)與合成模擬酶及酶分子發(fā)酵工程發(fā)酵工程 發(fā)酵工程屬于生物技術(shù)的下游技術(shù)發(fā)酵工程屬于生物技術(shù)的

10、下游技術(shù)，是工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞、生產(chǎn)生，是工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞、生產(chǎn)生物制品的一種技術(shù)。物制品的一種技術(shù)。 傳統(tǒng)的發(fā)酵工程主要用于微生物傳統(tǒng)的發(fā)酵工程主要用于微生物?，F(xiàn)代生物技術(shù)還包括動(dòng)物、植物細(xì)?，F(xiàn)代生物技術(shù)還包括動(dòng)物、植物細(xì)胞和工程菌的發(fā)酵培養(yǎng)。胞和工程菌的發(fā)酵培養(yǎng)。 1 1、基因工程理論基礎(chǔ)、基因工程理論基礎(chǔ)三大理論發(fā)現(xiàn)三大理論發(fā)現(xiàn)（1 1）2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代：證明了遺傳物質(zhì)是年代：證明了遺傳物質(zhì)是DNADNA 1865年年 G.J.Mendel的豌豆雜交試驗(yàn)的豌豆雜交試驗(yàn)20世紀(jì)世紀(jì)20-30年代年代 確認(rèn)自然界有確認(rèn)自然界有DNA和和RNA兩類核酸，兩類核酸，并闡明了核苷

11、酸的組成并闡明了核苷酸的組成 1944年年O.T.Avery 肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1952年年A.D.Hershey和和M.Cha-se 用用DNA35S和和32P分分別標(biāo)記別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸，感染大腸桿菌（一）（一） 基因工程的誕生基因工程的誕生E 基因工程的發(fā)展 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)有莢膜（有莢膜（S型）型）無莢膜（無莢膜（R型）非致病型）非致病（2 2） 1953 1953年年WatsonWatson和和Crick Crick ：DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)（3 3） 1958 195819711971年：先后

12、確立年：先后確立中心中心法則法則, ,破譯破譯6464種密碼子種密碼子，揭示了遺，揭示了遺傳信息的流向和表達(dá)確定了遺傳信傳信息的流向和表達(dá)確定了遺傳信息的息的傳遞方式傳遞方式 B 技術(shù)上的技術(shù)上的3大發(fā)明：大發(fā)明： 1“基因剪刀基因剪刀”限制性內(nèi)切酶的發(fā)明限制性內(nèi)切酶的發(fā)明 （1）20世紀(jì)世紀(jì)4060年代，科學(xué)家們就為基因工程設(shè)計(jì)了美好的藍(lán)圖，年代，科學(xué)家們就為基因工程設(shè)計(jì)了美好的藍(lán)圖，但是面對(duì)龐大的但是面對(duì)龐大的dsDNA（104，2.2*1011公里）束手無策，無從下手把它切公里）束手無策，無從下手把它切成單個(gè)基因片斷。成單個(gè)基因片斷。 （2）當(dāng)時(shí)的酶學(xué)知識(shí)已有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，但是沒有一個(gè)已發(fā)

13、現(xiàn)的酶能完成）當(dāng)時(shí)的酶學(xué)知識(shí)已有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，但是沒有一個(gè)已發(fā)現(xiàn)的酶能完成這樣的使命。這樣的使命。 （3）1970年，年，Smith和和Wilcox在流感嗜血桿菌（在流感嗜血桿菌（Haemophilus inffuenzae）分離純化了）分離純化了Hind，取得了突破，打破了基因工程的禁錮，取得了突破，打破了基因工程的禁錮，迎來了改造生物的春天，為基因工程奠定了最為重要的技術(shù)基礎(chǔ)。迎來了改造生物的春天，為基因工程奠定了最為重要的技術(shù)基礎(chǔ)。Restriction enzymenrestriction endonucleasenenzyme that cuts DNA strands at spec

14、ific sitesLigasenenzyme used to join two pieces of DNA 2載體載體(“交通工具車子交通工具車子”)基因工程技術(shù)誕生的第二個(gè)技基因工程技術(shù)誕生的第二個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備術(shù)準(zhǔn)備 （1） 有了切割與縫合（有了切割與縫合（ligase）基因）基因DNA的工具，還得有一個(gè)載體的工具，還得有一個(gè)載體 將重組將重組DNA送到宿主細(xì)胞中去。送到宿主細(xì)胞中去。 （2）1946年起，年起，Lederberg就研究細(xì)菌性因子（就研究細(xì)菌性因子（F因子）因子）.50-60年代年代相繼發(fā)現(xiàn)了相繼發(fā)現(xiàn)了R因子（抗藥因子），因子（抗藥因子），CoE(大腸桿菌因子大腸桿菌因子)等質(zhì)

15、粒。等質(zhì)粒。 （3）19721972年年 Berg Berg 首次實(shí)現(xiàn)基因重組首次實(shí)現(xiàn)基因重組( (將將SV40SV40病毒病毒DNADNA與噬菌體與噬菌體P22DNAP22DNA在體外重組成功在體外重組成功)-)-第一個(gè)重組第一個(gè)重組DNADNA分子，分子，19801980年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 1973年年Cohen才能將質(zhì)粒作為基因工程載體使用（至今一直是基因工程才能將質(zhì)粒作為基因工程載體使用（至今一直是基因工程最重要最廣泛使用的載體）。這是基因工程的第二個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備。最重要最廣泛使用的載體）。這是基因工程的第二個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備。vectornan agent such as a plas

16、mid used to transfer DNA into a host cellImportance of E. colinThe “l(fā)aboratory mouse” of bacterianUsed in genetic engineering 3逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶1970年年Baltimove和和Temin等同時(shí)各自發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)等同時(shí)各自發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，打破了遺傳學(xué)（生物學(xué)）中心法則，使真核基因的制備錄酶，打破了遺傳學(xué)（生物學(xué)）中心法則，使真核基因的制備成為可能。成為可能。（？）（？） (1)真核基因組龐大而復(fù)雜，不易制得基因圖譜。真核基因組龐大而復(fù)雜，不易制得基因圖譜。HGP2005年完

17、成，年完成，2.8萬個(gè)基因，萬個(gè)基因，13kb/基因，基因，104，2.2*1011公里。公里。 （2）即使有了基因圖譜，因?yàn)檎婧嘶蛴袃?nèi)含子，不能在）即使有了基因圖譜，因?yàn)檎婧嘶蛴袃?nèi)含子，不能在原核表達(dá)系統(tǒng)剪接出原核表達(dá)系統(tǒng)剪接出mRNA，沒有成熟的，沒有成熟的mRNA就不能得到相就不能得到相應(yīng)得產(chǎn)物。應(yīng)得產(chǎn)物。 （3）經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄）經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄mRNAcDNA (complementory DNA)文庫(kù)文庫(kù)要比基因組文庫(kù)小得多，所以篩選陽(yáng)性克隆就方便得多。要比基因組文庫(kù)小得多，所以篩選陽(yáng)性克隆就方便得多。 19731973年，年，CohenCohen等獲等獲得了抗四環(huán)素和得了抗四環(huán)素和新霉素

18、的重組菌新霉素的重組菌落落TcTcr rNeNer r - -標(biāo)志著標(biāo)志著基基因工程的誕生因工程的誕生。NeNer rNeNer rNeNer r第一個(gè)轉(zhuǎn)化成功的重組第一個(gè)轉(zhuǎn)化成功的重組DNADNA 基因工程的發(fā)展基因工程的發(fā)展E 基因工程的發(fā)展基因工程的發(fā)展1. 1.19761976年等首先將人工合成的生長(zhǎng)激素釋放抑制因年等首先將人工合成的生長(zhǎng)激素釋放抑制因子子somatostatin 14somatostatin 14肽肽的基因重組入質(zhì)粒，成功地的基因重組入質(zhì)粒，成功地在大腸桿菌中表達(dá)在大腸桿菌中表達(dá)2.2.19771977年年 美國(guó)南舊金山由美國(guó)南舊金山由BoyerBoyer和斯旺森建立

19、世界和斯旺森建立世界上上第一家遺傳工程公司第一家遺傳工程公司，專門應(yīng)用重組，專門應(yīng)用重組DNADNA技術(shù)技術(shù)制造醫(yī)學(xué)上重要的藥物。制造醫(yī)學(xué)上重要的藥物。 3.3.19781978年年ItakuraItakura（板倉(cāng)）等使人（板倉(cāng)）等使人生長(zhǎng)激素生長(zhǎng)激素191191肽肽在在大腸桿菌中表達(dá)成功大腸桿菌中表達(dá)成功4.4.19791979年美國(guó)基因技術(shù)公司用人工合成的人胰島素年美國(guó)基因技術(shù)公司用人工合成的人胰島素基因（基因（HGHHGH）重組轉(zhuǎn)入大腸桿菌中合成）重組轉(zhuǎn)入大腸桿菌中合成人胰島素人胰島素5.5.19801980年，美國(guó)年，美國(guó)/ /瑞士人，瑞士人，a a干擾素基因；干擾素基因；6.6.1

20、9841984年，日本人，白細(xì)胞介素年，日本人，白細(xì)胞介素2 2（IL-2IL-2）；）；（三）（三） 基因工程的騰飛基因工程的騰飛n19801980年：顯微注射培育出第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物年：顯微注射培育出第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因小鼠，轉(zhuǎn)基因小鼠， n19821982年，美國(guó)，大鼠生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)入小鼠年，美國(guó)，大鼠生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)入小鼠-巨鼠巨鼠n19831983年，美國(guó)，年，美國(guó)， 農(nóng)桿菌介導(dǎo)培育出第一例轉(zhuǎn)基因植物農(nóng)桿菌介導(dǎo)培育出第一例轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基轉(zhuǎn)基因煙草因煙草n19901990年，美國(guó)，腺苷脫氨酶（年，美國(guó)，腺苷脫氨酶（ADAADA）基因治療，重度聯(lián)合免）基因治療，重度聯(lián)合免疫缺陷癥（疫缺陷癥

21、（SDIDSDID）n19911991年，美國(guó)倡導(dǎo)，人類基因組計(jì)劃年，美國(guó)倡導(dǎo)，人類基因組計(jì)劃10109 9bpbp，1515年時(shí)間年時(shí)間3030億億USDUSD；n19971997年，美國(guó)人，威爾英特克隆多利綿羊年，美國(guó)人，威爾英特克隆多利綿羊 基因工程藥物的類型：基因工程藥物的類型： 1.1.生長(zhǎng)因子，如胰島素，白細(xì)胞介素等；生長(zhǎng)因子，如胰島素，白細(xì)胞介素等； 2.2.活性蛋白因子，如干擾素等；活性蛋白因子，如干擾素等； 3.3.酶類，如鏈激酶，尿激酶等；酶類，如鏈激酶，尿激酶等； 4.4.疫苗，如乙肝疫苗等；疫苗，如乙肝疫苗等； 5.5.抗體，用作治療的人源化抗體；抗體，用作治療的人源化

22、抗體； 6.6.診斷試劑。診斷試劑。胰島素胰島素人生長(zhǎng)激素人生長(zhǎng)激素干擾素干擾素白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素2 2粒細(xì)胞集落刺激因子粒細(xì)胞集落刺激因子粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子紅細(xì)胞生成素紅細(xì)胞生成素 EPOEPO組織纖溶酶原激活劑組織纖溶酶原激活劑生長(zhǎng)激素生長(zhǎng)激素促生長(zhǎng)素促生長(zhǎng)素抗血友病因子抗血友病因子脫氧核糖核酸酶脫氧核糖核酸酶葡糖腦苷脂酶葡糖腦苷脂酶鼠單克隆抗體鼠單克隆抗體已上市的基因工程藥物已上市的基因工程藥物Benefits of Recombinant Bacteria1. Bacteria can make human insulin or human grow

23、th hormone. 2. Bacteria can be engineered to “eat” oil spills.Transgenic organismsnWhen an organism contains genes from other organisms.nExample: A tobacco plant that containd DNA from a firefly.The DNA of plants and animals can also be altered.PLANTS1.disease-resistant and insect-resistant crops2.

24、Hardier fruit 3. 70-75% of food in supermarket is genetically modified.Transgenic organismsnGene from Arctic char fish inserted into tomato= Frost-resistant tomatoTransgenic plantsnUsually cash crops such as cotton, corn, wheat, soybeans, etc.nOften incorporates bacterial DNA to make the crop resist

25、ant to disease, pests, or chemicals.nEx: Bt corn蘇云金芽蘇云金芽孢桿菌孢桿菌 How to Create a Genetically Modified Plant1.Create recombinant bacteria with desired gene.2. Allow the bacteria to “infect the plant cells.3. Desired gene is inserted into plant chromosomes.Selective BreedingnBreed only those plants or a

26、nimals with desirable traitsnPeople have been using selective breeding for 1000s of years with farm crops and domesticated animals.Genetically modified organisms are called GMOTRANSGENIC ANIMALS1.Mice used to study human immune system2.Chickens more resistant to infections3.Cows increase milk supply

27、 and leaner meat 4. Goats, sheep and pigs produce human proteins in their milkHuman DNA in a Goat CellThis goat contains a human gene that codes for a blood clotting agent. The blood clotting agent can be harvested in the goats milk.Transgenic GoatCloningnClone: a member of a population of genetical

28、ly identical cells produced from a single cell.n1997: first mammal cloned. Dolly, the sheep.n體細(xì)胞體細(xì)胞vs生殖細(xì)胞生殖細(xì)胞n子代子代vs自己自己2003 Canadian claim successful cloning attempt of a human.How to Create Transgenic Animals中國(guó)克隆豬中心中國(guó)克隆豬中心n華大基因華大基因基因編輯技術(shù)新突破基因編輯技術(shù)新突破nAAV 腺相關(guān)病毒腺相關(guān)病毒nZFN 鋅指核酸酶鋅指核酸酶nTALEN 轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶

29、轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶nCRISPR-Cas9 轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶nTALEN -Mediated Gene Mutagenesis in Rhesus and Cynomolgus Monkeys. Cell Stem Cell, 13 February 2014;nGeneration of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/RNA-Mediated Gene Targeting in One-Cell Embryos. Cell, 30 January 2014;n基因診斷與治療基因診斷與治療 主要治療遺傳疾

30、病，即由單基因突變或主要治療遺傳疾病，即由單基因突變或異常導(dǎo)致的疾病。將外源基因?qū)塍w內(nèi)，修異常導(dǎo)致的疾病。將外源基因?qū)塍w內(nèi)，修復(fù)或替換異常基因或彌補(bǔ)缺失的基因，通過復(fù)或替換異?；蚧驈浹a(bǔ)缺失的基因，通過表達(dá)這些外源基因，使病情減緩，以致達(dá)到表達(dá)這些外源基因，使病情減緩，以致達(dá)到治療的作用，甚至有人提出，將基因?qū)胧苤委煹淖饔?，甚至有人提出，將基因?qū)胧芫?xì)胞中，徹底修正錯(cuò)誤的基因。精細(xì)胞中，徹底修正錯(cuò)誤的基因。 基因治療 gene therapy 的方式基因置換基因修正基因修飾 產(chǎn)物補(bǔ)償缺陷細(xì)胞基因失活 反義技術(shù)封閉基因,抑制有害基因?qū)ο?體細(xì)胞 生殖細(xì)胞1990.9.14 首例基因治療

31、4歲 女孩 嚴(yán)重免疫缺陷癥(SCID)缺乏腺苷酸脫氨酶(ADA) 2-脫氧腺苷含量升高，嚴(yán)重破壞免疫功能,ADA基因LN逆轉(zhuǎn)錄病毒載體 靶細(xì)胞為病人淋巴細(xì)胞，回輸Issues Write and Discuss nWhat do you think? Risks from novel cropsDirect RisksnToxicity to humans, livestock and wildlifenGene flow to other crops, wild relativesnGene stackingIndirect RisksnChanges in management pract

32、icesnChanges in patterns of land useMust be viewed in the context of risks from what we do now 其實(shí)基因安全問題不只是基因工程技術(shù)其實(shí)基因安全問題不只是基因工程技術(shù)帶來的，本身在自然界的常規(guī)基因交流方式帶來的，本身在自然界的常規(guī)基因交流方式也存在，只不過基因工程技術(shù)會(huì)使基因的交也存在，只不過基因工程技術(shù)會(huì)使基因的交流頻率增加，交流的范圍更大，速度更快。流頻率增加，交流的范圍更大，速度更快。 正確的態(tài)度是既不能忽視，也不能害怕。正確的態(tài)度是既不能忽視，也不能害怕。Current Policy Lands

33、cape1. 國(guó)際組織國(guó)際組織 2000年卡塔赫納生物安全協(xié)定書年卡塔赫納生物安全協(xié)定書62國(guó)簽國(guó)簽署署 2001年生物安全議定書年生物安全議定書 130多個(gè)國(guó)家簽署多個(gè)國(guó)家簽署 2003年生物技術(shù)食品的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估草案年生物技術(shù)食品的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估草案 226 個(gè)國(guó)家表示歡迎個(gè)國(guó)家表示歡迎 2. 美國(guó)美國(guó) 1992年美國(guó)年美國(guó)FDA公布了轉(zhuǎn)基因作物不需由公布了轉(zhuǎn)基因作物不需由FDA作市場(chǎng)前評(píng)價(jià)作市場(chǎng)前評(píng)價(jià)，除非它引起新的安全性問題。，除非它引起新的安全性問題。2000 年年4月，堅(jiān)持認(rèn)為沒有科月，堅(jiān)持認(rèn)為沒有科學(xué)的證據(jù)之前不能將學(xué)的證據(jù)之前不能將GMF作為一個(gè)新的食品級(jí)別作為一個(gè)新的食品級(jí)別 2000

34、 2000年年1 1月月美國(guó)政府對(duì)轉(zhuǎn)抗蟲基因玉米的種植頒布了限令，以美國(guó)政府對(duì)轉(zhuǎn)抗蟲基因玉米的種植頒布了限令，以防止害蟲形成抗藥性防止害蟲形成抗藥性。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局限令美國(guó)大部分玉米產(chǎn)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局限令美國(guó)大部分玉米產(chǎn)區(qū)的農(nóng)場(chǎng)主應(yīng)至少種植區(qū)的農(nóng)場(chǎng)主應(yīng)至少種植2020的傳統(tǒng)玉米的傳統(tǒng)玉米. . 2001年年7月出臺(tái)了轉(zhuǎn)基因食品管理草案規(guī)定，月出臺(tái)了轉(zhuǎn)基因食品管理草案規(guī)定，GMF在進(jìn)入在進(jìn)入市場(chǎng)之前至少市場(chǎng)之前至少120天，生物工程制造商必須向天，生物工程制造商必須向FDA提出申請(qǐng)，提出申請(qǐng)，提供相關(guān)資料，以確認(rèn)此類食品與相應(yīng)的傳統(tǒng)產(chǎn)品具有等同的提供相關(guān)資料，以確認(rèn)此類食品與相應(yīng)的傳統(tǒng)產(chǎn)品具有等同

35、的安全性安全性3. 歐盟歐盟歐盟對(duì)歐盟對(duì)GMF持反對(duì)態(tài)度，持反對(duì)態(tài)度，1998年提出轉(zhuǎn)基因技術(shù)安全性之后，其反對(duì)態(tài)年提出轉(zhuǎn)基因技術(shù)安全性之后，其反對(duì)態(tài)度更加強(qiáng)硬。他們對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的農(nóng)作物、家畜以及再加工食品加度更加強(qiáng)硬。他們對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的農(nóng)作物、家畜以及再加工食品加以抵制，尤其對(duì)美國(guó)的轉(zhuǎn)基因玉米已終止了進(jìn)口，然而對(duì)于西班牙和德以抵制，尤其對(duì)美國(guó)的轉(zhuǎn)基因玉米已終止了進(jìn)口，然而對(duì)于西班牙和德國(guó)的轉(zhuǎn)基因玉米卻沒有采取措施國(guó)的轉(zhuǎn)基因玉米卻沒有采取措施 歐盟的法律由兩項(xiàng)：歐盟的法律由兩項(xiàng)：歐盟理事會(huì)歐盟理事會(huì)于于1990年年4月頒布法令，規(guī)定了轉(zhuǎn)基因生月頒布法令，規(guī)定了轉(zhuǎn)基因生物的批準(zhǔn)程序；物的

36、批準(zhǔn)程序；1997年年5月月新食品法新食品法規(guī)定對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品必須貼標(biāo)簽規(guī)定對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品必須貼標(biāo)簽 4. 其它國(guó)家其它國(guó)家日本、澳大利亞、俄羅斯、加拿大、韓國(guó)、泰國(guó)、日本、澳大利亞、俄羅斯、加拿大、韓國(guó)、泰國(guó)、 巴西的巴西的政策基本與國(guó)際組織的相同，但是巴西最政策基本與國(guó)際組織的相同，但是巴西最 近宣布在未查清近宣布在未查清轉(zhuǎn)基因作物對(duì)環(huán)境的影響之前，暫時(shí)停止種植轉(zhuǎn)基因大豆。轉(zhuǎn)基因作物對(duì)環(huán)境的影響之前，暫時(shí)停止種植轉(zhuǎn)基因大豆。發(fā)展中國(guó)家迫切需要解決糧食問題，對(duì)于高產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品發(fā)展中國(guó)家迫切需要解決糧食問題，對(duì)于高產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品表示歡迎，這些國(guó)家技術(shù)落后，沒有相關(guān)的轉(zhuǎn)基因成分的檢表示歡迎，這些國(guó)

37、家技術(shù)落后，沒有相關(guān)的轉(zhuǎn)基因成分的檢測(cè)條件，對(duì)于標(biāo)識(shí)問題也只能處于被動(dòng)地位，基本是按國(guó)際測(cè)條件，對(duì)于標(biāo)識(shí)問題也只能處于被動(dòng)地位，基本是按國(guó)際組織的要求和生物安全議定書要求執(zhí)行組織的要求和生物安全議定書要求執(zhí)行五、五、我國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的對(duì)策我國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的對(duì)策 1993年年12月月24日，國(guó)家科委頒布實(shí)施了基因工日，國(guó)家科委頒布實(shí)施了基因工程安全管理辦法程安全管理辦法 1996 1996年年7 7月月1010日，國(guó)家農(nóng)業(yè)部頒布實(shí)施了農(nóng)業(yè)日，國(guó)家農(nóng)業(yè)部頒布實(shí)施了農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實(shí)施辦法生物基因工程安全管理實(shí)施辦法 2001 2001年年6 6月月6 6日國(guó)務(wù)院頒布了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安日國(guó)務(wù)院頒布了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例全管理?xiàng)l例 2002年年4月月8日國(guó)家衛(wèi)生部頒布了轉(zhuǎn)基因食品衛(wèi)日國(guó)家衛(wèi)生部頒布了轉(zhuǎn)基因食品衛(wèi)生管理辦法生管理辦法 2002年全球商業(yè)化轉(zhuǎn)基因作物的概況年全球商業(yè)化轉(zhuǎn)基因作物的概況 種植面積：全球轉(zhuǎn)基因作物的種植總面積為種植面積：全球轉(zhuǎn)基因作物的種植總面積為44204420萬公頃