基因工程部分PowerPoint演示文稿課件

1、第三章-基因工程部分-PowerPoint演示文稿2022/7/31第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 基因工程是20世紀70年代發(fā)展起來的遺傳學的一個分支學科2第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿基因克隆操作3第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿基因工程的應(yīng)用4第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿5第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿基因工程的對象是基因，所以如果是獲得商品的話，就是基因的產(chǎn)品，或是改變了遺傳性的細胞和個體。如果要獲得效益的話，除了經(jīng)濟效益之外，還有巨大的社會效益?；蚬こ痰膶ο笫腔颍蛞簿硬拍軜窐I(yè)，也就是說基因需要

2、在宿主細胞中工作，這樣，基因工程同一般的土建工程的根本差別在于，它需要在體外操作，然后送到細胞中去進行表現(xiàn)。3.1 基因工程的特點6第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 3.1.1 基因工程與遺傳工程遺傳工程(genetic engineering)一詞產(chǎn)生于19世紀20年代，是遺傳學和工程學相結(jié)合的一門技術(shù)科學。借用工程技術(shù)上的設(shè)計思想, 在離體條件下,對生物細胞、細胞器、染色體或DNA分子進行按圖施工的遺傳操作,以求定向地改造生物的遺傳性。遺傳工程的概念有廣義和狹義之分。廣義的遺傳工程包括傳統(tǒng)遺傳操作中的雜交技術(shù)和現(xiàn)代遺傳操作中的基因工程和細胞工程, 狹義的遺傳工程僅指基因工程。

3、7第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 3.1.2 生物技術(shù)生物技術(shù)(biotechnology) 又稱生物工藝學, 生物工程學。是根據(jù)生物學、化學和工程學的原理進行工業(yè)規(guī)模的經(jīng)營和開發(fā)微生物、動植物細胞及其亞細胞組分, 進而利用生物體所具有的功能元件(如基因、蛋白質(zhì))等來提供商品或社會服務(wù)的一門綜合性科學技術(shù)?；蚬こ獭⒓毎こ?、酶工程和發(fā)酵工程等是生物技術(shù)的主要內(nèi)容。8第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 基因工程(gene engineering) 又稱基因操作(gene manipulation),重組DNA(recombinant DNA)。基因工程是以分子遺傳學

4、為理論基礎(chǔ),以分子生物學和微生物學的現(xiàn)代方法為手段,將不同來源的基因(DNA分子), 按預(yù)先設(shè)計的藍圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子,然后導入活細胞, 以改變生物原有的遺傳特性,獲得新品種, 生產(chǎn)新產(chǎn)品, 或是研究基因的結(jié)構(gòu)和功能。9第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿體外操作與細胞內(nèi)表達10第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿細胞工程(cell engineering)應(yīng)用細胞生物學的原理和方法,結(jié)合工程學的技術(shù)手段,按照人們預(yù)先的設(shè)計,有計劃地改變或創(chuàng)造細胞遺傳性的技術(shù),以及在體外大量培養(yǎng)和繁殖細胞,或獲得細胞產(chǎn)品,或利用細胞體本身的技術(shù)領(lǐng)域。主要內(nèi)容包括細胞融合、細胞拆合

5、、染色體轉(zhuǎn)移、基因轉(zhuǎn)移、細胞或組織培養(yǎng)等。由于所用細胞的來源不同，細胞工程又分為微生物細胞工程、植物細胞工程、動物細胞工程等。11第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿植物細胞工程12第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 細胞分泌工程 根據(jù)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和運輸理論而發(fā)展起來的一項新的細胞工程技術(shù)，主要是通過對基因改造，如基因缺失、多效分泌突變、周質(zhì)泄漏突變或加接信號肽等措施，促進基因產(chǎn)物分泌的技術(shù)。13第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿酶工程(enzyme engineering)又稱酶技術(shù)。它是圍繞著酶所特有的生化催化特性,結(jié)合現(xiàn)代的技術(shù)手段,在體外模擬或在常

6、溫常壓下生成酶反應(yīng)的產(chǎn)品以及利用重組DNA技術(shù)定向改變酶,進行酶的修飾,或酶的全人工合成。其主要內(nèi)容包括酶的化學修飾、酶的固定化、酶反應(yīng)器等。14第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿蛋白質(zhì)工程(protein engineering)是更廣義上的包括酶工程在內(nèi)的蛋白質(zhì)修飾操作,通過對蛋白質(zhì)及酶的化學修飾及基因改造獲得具有特殊功能的非天然蛋白質(zhì)的技術(shù)。主要是根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能間的相互關(guān)系,利用基因工程技術(shù),或用化學方法,合成基因,改造基因,以便合成新的蛋白質(zhì),或改變蛋白質(zhì)的活性、功能以及溶解性等。15第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿發(fā)酵工程(fermentation

7、engineering) 又稱微生物工程,微生物發(fā)酵工程。利用生物,主要是微生物的某種特定功能,通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段,生產(chǎn)有用物質(zhì), 或把微生物直接用于某種工業(yè)化生產(chǎn)的一種技術(shù)體系。主要內(nèi)容包括菌種選育, 發(fā)酵生產(chǎn)微生物,或植物細胞的代謝產(chǎn)物, 生產(chǎn)微生物菌體,最佳培養(yǎng)條件的優(yōu)化組合等。 16第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿3.2 基因工程技術(shù)的誕生 3.2.1 基因工程的技術(shù)準備 基因工程技術(shù)的誕生不僅依賴于基因分子生物學理論的發(fā)展，同時也有賴于一些重要的分子生物學研究方法的建立。最重要的技術(shù)準備是限制性酶的分離純化、DNA連接酶的分離、大腸桿菌轉(zhuǎn)化技術(shù)的突破。到1970年，

8、這三大技術(shù)都已經(jīng)建立，“萬事齊備，只欠東風”了。到了19721973年，兩位科學助產(chǎn)士Berg和Cohen將基因工程接到了人間。17第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿3.2.2 基因工程技術(shù)的誕生18第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 第一個重組體的構(gòu)建 1972年，美國斯坦福大學P.Berg等在PNAS上發(fā)表了題為“Biochemical methode for inserting new genetic information into DNA of Simian Virus 40:circular SV40 DNA molecules cotaining lamd

9、a phage genes and the galactose operon of Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69:2904-2909, 1972”，標志著基因工程技術(shù)的誕生。19第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿第一個重組體構(gòu)建20第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 SV40病毒是猿猴病毒，是一種直徑為450的球形病毒，分子量為28106道爾頓。SV40的DNA是環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)，全長5243個堿基對。SV40DNA上有一個限制性內(nèi)切酶EcoR的切點。21第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿SV40

10、病毒22第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿當獲得二聚體SV40DNA后，Berg等就證明了環(huán)狀DNA被內(nèi)切酶切成線性DNA后能夠重新環(huán)化，并且能夠同另外的分子重組。 于是他們進行第二步的實驗就是從dvgal DNA中制備含有E.coli的半乳糖操縱子DNA，用上述同樣的方法進行重組連接，并獲得成功。23第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 第一個有功能重組體的構(gòu)建雖然Berg的工作具有劃時代的意義，但是他們并沒有證明體外重組的DNA分子具有生物學功能。1973年，S.N.Cohen等在美國PNAS上發(fā)表了題為“Construction of Biologically Fu

11、nctional Bacterial Plasmid In Vitro” （S. N. Cohen, A. C. Y. Chang, H. W. Borer, and R. B. Helling, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70:3240-3244, 1973） 的論文，宣布體外構(gòu)建的細菌質(zhì)粒能夠在細胞中進行表達,從而完善了Berg開創(chuàng)的基因重組技術(shù)。24第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿Boyer and Cohen25第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿質(zhì)粒 pSC101的獲得In 1972, Cohen constructed a new

12、 plasmid beginning with DNA isolated from E. coli. Cohen named the plasmid pSC101 (“SC for Stanley Cohen).The new plasmid had three important features: it had only a single recognition site where EcoRI would cut the molecule, thus identifying the spot where the plasmid would open; (2) it had a seque

13、nce of nucleotides called an origin of replication, which is needed to initiate DNA replication; such a sequence stimulates plasmids to multiply in a host organism; (3) it contained a gene for resistance to the antibiotic tetracycline; thus, bacteria having the plasmid could resist the effects of te

14、tracycline, whereas bacteria lacking the plasmid would be killed by the tetracycline. Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻26第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿pSC101質(zhì)粒DNA27第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿質(zhì)粒 pSC101對大腸桿菌的轉(zhuǎn)化技術(shù)突破 Another key characteristic of Cohens plasmid was the ease of inserting it to a host cell. Cohen found that he cou

15、ld insert plasmids to fresh bacteria by suspending the latter in cold calcium chloride, then rapidly heating the bacteria to 42oC. So treated, the bacterial wall and plasma membrane open to permit the plasmids to pass through and into the cytoplasm.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻28第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿Cohen與Bo

16、yer合作創(chuàng)建重組DNA分子 To some historians, the discipline of DNA technology came into being over pastrami sandwiches at a local delicatessen in Waikiki Beach. The year was 1972. It happened that Herbert Boyer was at a scientific conference in Hawaii speaking about the EcoRl restriction enzyme. Stanley Cohen

17、 was in the audience. After the presentation, Cohen invited Boyer to lunch to explore their possible collaboration on a series of experiments. The two researchers sat and considered the experiments that would send DNA technology into a new era.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻29第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿Cohen與Boyer合作

18、創(chuàng)建重組DNA分子Cohen had been conducting fruitful experiments with plasmids, but he was experiencing difficulty cutting open the plasmids. Boyers EcoRI enzyme seemed to be the ideal solution, so Cohen suggested they join forces. They would use his plasmids and Boyers enzyme to recombine the plasmid DNA. F

19、irst they would try to recombine two plasmids to form a single plasmid. If successful, they would attempt to bring DNA from a foreign species into the plasmid to produce a recombinant DNA molecule. Boyer agreed, and the bargain was struck.Cohen在重組DNA技術(shù)中杰出貢獻30第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿Boyer and Cohen 的策

20、略31第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿pSC102,體內(nèi)構(gòu)建的重組體他們首先檢查了EcoR對質(zhì)粒pSC101和R6-5的切割情況，發(fā)現(xiàn)EcoR在質(zhì)粒pSC101上只有一個切點，在質(zhì)粒R6-5上有12個切點,這樣就可以用pSC101作為重組DNA的載體分子。32第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 他們用EcoR處理過的和沒有處理過的 質(zhì)粒pSC101和R6-5DNA分別轉(zhuǎn)化E.coli C600,得到下表的實驗結(jié)果 表：環(huán)狀和線狀質(zhì)粒DNA的轉(zhuǎn)化質(zhì)粒DNA每g DNA轉(zhuǎn)化子四環(huán)素卡那霉素氯霉素pSC101(未切割)3105-(EcoR切割)2.8104-R6-5(未切割

21、)-1.31041.3104R6-5 (EcoR切割) 51102410133第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 他們從用EcoR處理的R6-5的卡那霉素抗性平板上選擇了一個克隆，并檢查了它的抗性，發(fā)現(xiàn)該克隆同時具有磺胺的抗性，但沒有氯霉素、四環(huán)素的抗性。然后從該克隆中分離了一個環(huán)狀質(zhì)粒DNA，命名為pSC102，分子量大約為17106。34第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿接著用EcoR分別切割pSC102 和R6-5質(zhì)粒DNA，進行電泳檢查，發(fā)現(xiàn)pSC102被切成三個片段，相對于質(zhì)粒R6-5的EcoR酶切片段、和。這些結(jié)果說明不同的酶切片段轉(zhuǎn)化大腸桿菌后能夠在細胞內(nèi)進行重組連接形成有功能的重組質(zhì)粒。這一結(jié)果也提示，如果能夠在體外重組成功，并能將重組體引入細胞內(nèi)，同樣具有生物學功能。35第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 pSC105，體外構(gòu)建的重組體作者為了獲得體外構(gòu)建的重組體，分別用EcoR切割質(zhì)粒pSC101 和pSC102,然后加入DNA連接酶進行連接后轉(zhuǎn)化大腸桿菌，在四環(huán)素和卡那霉素雙抗性的平板上檢查重組情況，同時設(shè)計一些合理的對照實驗。36第三章基因工程部分PowerPoint演示文稿 質(zhì)粒DNA抗生素抗性的轉(zhuǎn)化頻率四環(huán)素卡那霉素四環(huán)素卡那霉素未用酶處理2