1 基因工程的基本概念 2 基因工程的誕生 3 基因工程的研究內(nèi)容 4 基因ppt課件

1、基 因 工 程生物工程專業(yè)中心課程授課教師:李京京.Genetic Engineering1.基因工程概述2.基因工程的根底知識與根本技術(shù)3.基因工程所需根本條件4.基因工程的操作過程5.目的基因的獲取6.克隆基因的表達(dá)7.轉(zhuǎn)基因生物技術(shù).一、基因工程概述1 基因工程的根本概念2 基因工程的誕生3 基因工程的研討內(nèi)容4 基因工程的運(yùn)用5 基因工程的平安性 .A 重組DNA技術(shù)的根本定義 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)展拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體受體內(nèi)，使之按照人們的志愿穩(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

2、重組DNA技術(shù)的三大根本元件。1 基因工程的根本概念.B 基因工程的根本定義 基因工程是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與運(yùn)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)計與構(gòu)建即重組DNA技術(shù)；而下游技術(shù)那么涉及到基因工程菌或細(xì)胞的大規(guī)模培育以及基因產(chǎn)物的分別純化過程。.2 基因工程的誕生A 基因工程誕生的實(shí)際根底1 ) DNA是遺傳物質(zhì)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn), 1944年 Avery，確定了基因的分子載體是DNA，而不是蛋白質(zhì)。噬菌體轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn), 1952年Alfred Hershy和Marsha Chase進(jìn)一步證明遺傳物質(zhì)是DNA。.2) DNA雙螺旋構(gòu)造1953

3、年James D. Watson和Francis H. C. Crick提示了DNA分子的雙螺旋構(gòu)造和半保管復(fù)制機(jī)制。.3 ) 中心法那么和遺傳密碼1957年Crick又提出了遺傳信息傳送的“中心法那么 DNA RNA protein1964年Marshall Nirenberg和Gobind Khorana等終于破譯了64個遺傳密碼.B 基因工程誕生的技術(shù)突破1 ) 限制性內(nèi)切酶restriction enzymes1970年H.O. Smith等分別出第一種限制性核酸內(nèi)切酶。Werner Arber 實(shí)際預(yù)見限制酶Hamilton O. Smith 得到第一個限制酶Daniel Natha

4、ns 用限制酶切得SV40 DNA片斷.2 ) DNA銜接酶ligase1967年5個實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)了DNA銜接酶。3 ) 載體vector1972年前后運(yùn)用小分子量的細(xì)菌質(zhì)粒和噬菌體作載體。在細(xì)菌細(xì)胞里的大量擴(kuò)增。4 ) 感受態(tài)體系1970年M. Mandel和A. Higa發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氯化鈣處置的大腸桿菌容易吸收噬菌體DNA。1972年S. Cohen發(fā)現(xiàn)這種處置過的細(xì)菌同樣能吸收質(zhì)粒DNA。.5 逆轉(zhuǎn)錄酶1970年Baltimore等人和Temin等人同時各自發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶。6 瓊脂糖凝膠電泳1960s發(fā)明了瓊脂糖凝膠電泳，可將不同長度的DNA別分開。7 DNA測序技術(shù)1975年F. S

5、anger、A. Maxam和W. Gilbert發(fā)明了DNA快速測序技術(shù)。.C 基因工程的誕生1 Berg的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)1972年斯坦福大學(xué)的Paul Berg小組完成了初次體外重組實(shí)驗(yàn)：將SV40的DNA片斷與噬菌體的DNA片斷銜接起來。.2 Boyer-Cohen實(shí)驗(yàn)1973年斯坦福大學(xué)的S. Cohen小組將含有卡那霉素抗性基因的大腸桿菌R6-5質(zhì)粒與含有四環(huán)素抗性基因的另一種大腸桿菌質(zhì)粒pSC101銜接成重組質(zhì)粒，具有雙重抗藥性。后來又把非洲爪蟾核糖體基因片斷同pSC101質(zhì)粒重組，轉(zhuǎn)化大腸桿菌，并在菌體內(nèi)勝利轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA。這是第一次勝利的基因克隆實(shí)驗(yàn)。.Boyer-Cohen

6、實(shí)驗(yàn).3 基因工程的研討內(nèi)容1 目的基因的獲取從復(fù)雜的生物基因組中，經(jīng)過酶切消化或PCR擴(kuò)增等步驟，分別出帶有目的基因的DNA片斷。2 重組體的制備將目的基因的DNA片斷插入到能自我復(fù)制并帶有選擇性標(biāo)志抗生素抗性的載體分子上。.3 重組體的轉(zhuǎn)化將重組體載體轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞中。4 克隆鑒定挑選轉(zhuǎn)化勝利的細(xì)胞克隆含有目的基因。5 目的基因表達(dá)使導(dǎo)入寄主細(xì)胞的目的基因表達(dá)出我們所需求的基因產(chǎn)物。.基因工程根本過程.大鼠生長激素基因轉(zhuǎn)入小鼠.4 基因工程的運(yùn)用A 基因工程在醫(yī)藥上的運(yùn)用1 基因制藥 經(jīng)過DNA重組技術(shù)將天然存在于人體內(nèi)起著各種生理功能且含量甚少以致微量的活性多肽、蛋白質(zhì)、糖肽所編碼的

7、基因片斷導(dǎo)入微生物或哺乳動物細(xì)胞中進(jìn)展擴(kuò)增和表達(dá),經(jīng)過純化、提取制備出高純度、高活性的生物有效物質(zhì).1976年，27歲的風(fēng)險投資人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。討論終了時，他們決議建立一個公司，并取名為GenentechGenetic Engineering Technology。Genentech1982年,初次同意重組動物疫苗-抗球蟲病疫苗.1982年,第一個基因工程藥物-人胰島素消費(fèi)上市.三大類基因藥物產(chǎn)品:生物活性多肽單克隆抗體疫苗.2 ) 基因治療 將正常的外源基

8、因?qū)氚屑?xì)胞中以彌補(bǔ)靶細(xì)胞所缺失或突變的基因、或抑制異常表達(dá)的基因。仍在探求階段.B 基因工程在農(nóng)業(yè)消費(fèi)中的運(yùn)用1 ) 提高植物的光協(xié)作用效率1提高CO2的固定率改動與光協(xié)作用有關(guān)的酶的構(gòu)造和組成如二磷酸核酮糖羧化酶。2提高光能吸收率和轉(zhuǎn)化率改動光能交換系統(tǒng)的分子的基因構(gòu)造。.2 ) 提高豆科植物的固氮效率使非固氮植物轉(zhuǎn)變?yōu)楣痰参锘蚰芘c根瘤菌共生固氮。3 ) 轉(zhuǎn)基因植物是農(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，使之添加一些優(yōu)質(zhì)性狀高產(chǎn)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、抗蟲、抗病等。.轉(zhuǎn)基因植物特性申請單位馬鈴薯抗病毒中科院抗病中國農(nóng)科院抗逆北京大學(xué)高營養(yǎng)品質(zhì)北京大學(xué)水稻抗蟲中科院抗病毒北京大

9、學(xué)抗病農(nóng)科院抗除草劑水稻所.棉花抗蟲中科院 農(nóng)科院 美國孟山都公司玉米抗蟲美國孟山都公司等大豆抗除草劑農(nóng)科院小麥抗除草劑北京農(nóng)林科學(xué)院高營養(yǎng)品質(zhì)北京農(nóng)林科學(xué)院番茄抗病北京大學(xué)耐儲存中科院 華中農(nóng)大甜椒抗病北京大學(xué).辣椒抗病毒中科院煙草抗病毒北京大學(xué)抗蟲中科院 北京大學(xué)番木瓜抗病毒中國熱帶作物廣藿香抗病農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院矮牽牛改變花色北京大學(xué)楊樹抗蟲中科院微生物提高固氮效率中科院 農(nóng)科院 華中農(nóng)大 廣東微生物所.4 ) 轉(zhuǎn)基因動物將外源基因?qū)雱游锛?xì)胞，并在基因組內(nèi)穩(wěn)定整合，遺傳給后代。改善子代特性;研討遺傳性疾病的動物模型; 使動物成為生物反響器消費(fèi)有用的活性蛋白等。.C 基因工程在工業(yè)中的運(yùn)用1

10、) 纖維素的開發(fā)利用克隆各種參與纖維素降解的酶的基因，導(dǎo)入釀酒酵母，就能夠利用廉價的纖維素來消費(fèi)葡萄糖，發(fā)酵成酒。2 ) 釀酒工業(yè)用外源基因改造釀酒酵母，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的啤酒。或用釀酒酵母消費(fèi)蛋白質(zhì)等。.D 基因工程在環(huán)境維護(hù)中的運(yùn)用1 ) 檢測水污染用重組細(xì)菌或轉(zhuǎn)基因魚等檢測水污染2 ) 生物降解用帶有重組質(zhì)粒的“超級菌分解油烷烴類、有機(jī)農(nóng)藥污染。.5 基因工程的平安性 A 基因工程的平安隱患1 ) 對環(huán)境的影響重新組合一種在自然見尚未發(fā)現(xiàn)的的生物性狀有能夠給現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境帶來不良影響。2 ) 新型病毒的出現(xiàn)制造帶有抗生素抗性基因或有產(chǎn)生病毒才干的基因的新型微生物有能夠在人類或其它生物體內(nèi)傳播。.

11、3 ) 癌癥分散將腫瘤病毒或其它動物病毒的DNA引入細(xì)菌有能夠擴(kuò)展癌癥的發(fā)生范圍。4 ) 人造生物分散新組成的重組DNA生物體的不測分散能夠會出現(xiàn)不同程度的潛在危險。.B 重組DNA研討的平安準(zhǔn)那么1 ) 公眾的擔(dān)憂1973年美國的公眾第一次公開表示擔(dān)憂運(yùn)用重組DNA技術(shù)能夠會培育出具有潛在危險性的新型微生物，從而給人類帶來難以預(yù)料的后果。.2 ) 專家的態(tài)度1974年美國國立衛(wèi)生研討院NIH思索到重組DNA的潛在危險，提請Paul Berg博士組成一個重組DNA咨詢委員會。這個由11名分子生物學(xué)和重組DNA權(quán)威學(xué)者組成的委員會在同年7月發(fā)表公開信science,158,303)，要求在沒有弄清楚重組DNA所涉及的危險性范圍和程度，以及在采取必要的防護(hù)措施之前，暫停兩類實(shí)驗(yàn)帶抗生素抗性和腫瘤病毒及動物病毒。.3) 制定平安規(guī)那么1976年6月23日，NIH正式公布了“重組DNA研討的平安準(zhǔn)那么。規(guī)定了平安防護(hù)物理防護(hù)和生物防護(hù)規(guī)范以及制止假設(shè)干類型的實(shí)驗(yàn)。 1979年、1981年、1989年NIH又做了多次修正，放寬了許多限制。.1實(shí)驗(yàn)室的物理平安分4級：P1P4級。2實(shí)驗(yàn)室的生物平安分3 級大腸桿菌：EK1EK3級。3 載體的平安應(yīng)該是失去了自我遷移的才干。.Genentech的驕人業(yè)績1976Genentech創(chuàng)立1977首次在微生物中