基因工程的主要成果及發(fā)展前景演示文稿

基因工程的主要成果及發(fā)展前景演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期三主要內(nèi)容基因工程概述基因工程的發(fā)展簡史基因工程的主要成果基因工程的發(fā)展前景2現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程的定義

基因工程（geneticengineering）技術是指按照預先設計好的藍圖，利用現(xiàn)代分子生物學技術，特別是酶學技術，對遺傳物質(zhì)DNA直接競相體外重組操作與改造，將一種生物（供體）的基因轉移到另外一種生物（受體）中去，從而實現(xiàn)受體生物的定向改造與改良。3現(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期三①從細胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因基因工程的基本程序4現(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程的發(fā)展簡史1972年，以H.Boyer，P.Berg等人為代表的一批美國科學家發(fā)展了關于重組DNA技術。并于1972年得到了第一個重組的DNA分子，1973年完成頭一個細菌基因的克隆。1973年，美國斯坦福大學和舊金山大學Coken和Boyer兩位科學家成功地進行了DNA分子重組試驗，揭開了基因工程發(fā)展的序幕。1975年，F(xiàn).Sanger以及A.Maxam和W.Gilbert發(fā)明了快速的DNA序列測定技術。1977年，第一個全長5387bp的噬菌體φX174基因組測定完成。1978年，首次實現(xiàn)了通過大腸桿菌生產(chǎn)由人工合成基因表達的人腦激素和人胰島素。1981年，和成功獲得第一個轉基因小鼠；和培育出轉基因果蠅。1982年，第一個由基因工程菌生產(chǎn)的藥物——胰島素，在美國和英國獲準使用。5現(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程的發(fā)展簡史1984年，Bevan報告了從糞鏈球菌中提取的基因植入煙草（Nicotinaplumbaginifolia）的基因組，開創(chuàng)了轉基因生物時代。1988年，出任“人類基因組計劃”首席科學家，協(xié)調(diào)舉世矚目的人類基因組測序工作的進行。1989年，我國首個基因工程藥物IFN-aI1989年經(jīng)衛(wèi)生部批準獲新藥證書。1994年，美國農(nóng)業(yè)部（USDA）和美國食品與藥品管理局（FDA）批準第一個轉基因作物產(chǎn)品——延熟保鮮轉基因番茄進入市場之后，大量的轉基因生物作為食品進入人們的生活。1995年，自然雜志匯集發(fā)表了人基因組全物理圖，以及3號、16號和22號人染色體的保密度物理圖。1997年，中國科學院國家基因研究中心以洪國藩教授為首的科學家小組，在世界上首次成功構建了高分辨率的水稻基因組物理圖；英國愛丁堡羅斯林研究院首次克隆成功多莉羊，引起世界轟動。2009年，我國率先利用基因工程生產(chǎn)出了流感疫苗。6現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程的主要成果

基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生基因工程與食品工業(yè)基因工程與農(nóng)牧業(yè)基因工程與環(huán)境保護基因工程與生物能源的開發(fā)7現(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生1、基因工程制藥我國基因工程制藥實施產(chǎn)業(yè)化始于上世紀80年代末期，目前基因工程制藥主要瞄準一些重大的常見疾病，如艾滋病、癌癥、糖尿病、抑郁癥、心臟病、老年性癡呆癥、中風、骨質(zhì)疏松癥等嚴重危害人類健康并流行范圍較廣的病癥。8現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程制藥的技術路線基因工程細菌發(fā)酵制藥

基因工程動物細胞培養(yǎng)制藥

轉基因動物生物反應器制藥轉基因植物生物反應器制藥

9現(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生基因工程制藥的主要流程：獲得目的基因（DNA特定片段）→選擇基因的合適運載體（另一種DNA分子）組建重組質(zhì)?！▽⒅亟MDNA引入細菌或動植物細胞并使其增殖）構建工程菌（或細胞）→培養(yǎng)工程菌→（蛋白質(zhì)、多肽、酶、激素、疫苗、細胞生長因子及單克隆抗體等）產(chǎn)物分離純化→除菌過濾→半成品檢定→成品檢定→包裝。10現(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程藥物（1）重組蛋白質(zhì)或多肽類藥物分類品種代表細胞因子1、集落刺激因子（CSF）：GM-CSF、G-CSF2、干細胞因子（SCF）3、腫瘤壞死因子（TNF）4、白細胞介素（IL）5、干擾素（IFN）6、促紅細胞生成素（EPO）等蛋白質(zhì)激素人胰島素、胰高血糖素、人生長激素降鈣素、生長激素溶血栓藥物重組葡激酶、抗血栓多肽、重組水蛭素組織血栓溶酶活化蛋白（T-PA）、凝血因子Ⅷ；其他轉化生長因子（TGF）、白血病抑制因子（LIF）等、毒素、單抗、受體及粘附分子11現(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程藥物（2）核酸類藥物包括DNA藥物、反義RNA、RNAi藥物、核酶等。通過基因工程方法制備的藥物通常是與天然蛋白質(zhì)具有相同結構和活性的重組蛋白或多肽。這類產(chǎn)品多為人工設計，在生理活性、血液中穩(wěn)定性、耐熱性及耐蛋白酶影響等方面性能優(yōu)于天然型蛋白質(zhì)。

12現(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生

在轉基因動物制藥方面，普遍認為乳腺是最佳“廠址”，因為乳汁不會進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉基因動物本身的新陳代謝，而且從轉基因動物乳汁中提取蛋白，產(chǎn)量高、生物活性穩(wěn)定。英國羅斯林研究所研制成功的轉基因羊的乳汁中含有可治療肺氣腫病的抗胰蛋白酶；荷蘭的PHP公司用轉基因牛生產(chǎn)具有抗菌作用的乳鐵蛋白。我國目前已有乳鐵蛋白、白蛋白、凝血因子等進入臨床試驗階段。在上海奉賢的奉新動物試驗場，轉基因羊的乳汁中已有了治療B型血友病的凝血因子Ⅸ，研究工作正在順利展開。13現(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生2、基因工程在醫(yī)學臨床上的應用主要包括基因診斷和基因治療。它們?yōu)槿祟惣皶r、有效治療惡性腫瘤和心血管等重大疾病和防治肝炎、艾滋病等大規(guī)模流行病帶來希望。14現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期三基因診斷

應用基因工程診斷疾病即基因診斷，又稱DNA診斷，是利用DNA重組技術，直接從DNA水平來檢測人類疾病的新的診斷手段。

15現(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期三基因診斷

（1）基因診斷遺傳疾病，人體基因組的類型早在受精卵開始時就已形成，因此在人體發(fā)育的任何時期，只要獲得受檢者的基因DNA，應用恰當?shù)腄NA分析技術，便能鑒定出缺陷的基因。例如α-地中海貧血的Bart’s綜合征是由于編碼α-珠蛋白的α1和α2基因缺失引起的，應用聚合酶鏈式反應-等位基因寡核苷酸（PCR-ASO）技術，可以判斷是否患有該病；鐮刀型細胞貧血癥患者珠蛋白Bs基因第6個密碼子突變，可以應用限制酶MstⅡ識別法予以診斷；通過限制性片段長度多態(tài)（RFLP）的連鎖分析，可推測一個家庭成員和胎兒是否攜帶有遺傳病，這一技術已成功應用于地中海貧血病、苯丙酮尿癥等多種遺傳病的基因診斷。

16現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期三基因診斷

（2）基因診斷也被擴大用于傳染性疾病的檢測和診斷，只要找出傳染病原的特異性DNA，制成試劑與患者體液反應，如呈陽性便表明患者已感染有該病菌。目前已有結核桿菌、淋球菌、丙型肝炎、人類免疫缺陷病毒、腸道病毒、肺炎支原體等幾十種疾病科采用此技術進行診斷，并正在推出可檢測幾百種疾病的基因（DNA）芯片，將使檢測診斷的規(guī)模得到飛躍擴展，這將是人類基因組草圖完成后最直接最大的用途。17現(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期三基因診斷

（3）應用基因診斷還可以診斷出潛在的病原感染者，為病人的早期對癥治療提供了可靠依據(jù)。例如家養(yǎng)寵物感染弓形蟲病可導致孕婦習慣性流產(chǎn)、早產(chǎn)、死產(chǎn)、或畸胎，基因診斷可以很快查出病原感染者?；蛟\斷在某種程度上，還能夠防止一些遺傳病出現(xiàn)，減輕癥狀或得到及時醫(yī)治。例如基因診斷用于早期胎兒的遺傳病診斷，如果發(fā)現(xiàn)“癥狀”便可及早中止妊娠，從而達到優(yōu)生的目的。此外，基因診斷技術在腫瘤診斷中的應用也取得了重要成果。例如，用白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針，可以用來檢測白血病。18現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期三基因治療

基因治療是把健康的外源基因?qū)氲接谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的?；蛘哒f用正常的基因取代或修補病人細胞中有缺陷的基因，從而達到治療疾病的目的?；蚬こ痰呐d起，使得基因治療成為可能。一些目前尚無有效治療手段的疾病，如遺傳病、腫瘤、心腦血管疾病、老年癡呆及艾滋病等，可望通過基因治療來達到防治的目的。19現(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期三基因治療的方式

(1)基因矯正或置換，即對有缺陷基因的異常序列進行矯正，對缺陷基因精確地原位修復，或以正常基因原位置換異?；颍虼瞬簧婕盎蚪M的任何改變。

(2)基因增補，不去除異?；颍峭ㄟ^外源基因的導入，使其表達正常產(chǎn)物，從而補償缺陷基因的功能。

(3)基因封閉，有些基因異常過度表達，如癌基因或病毒基因可導致疾病，可用反義核酸技術、核酶或誘餌轉錄因子來封閉或消除這些有害基因的表達。除上述3大類外，還有如導入病毒或細菌來源的所謂“自殺基因”或經(jīng)過改造的條件性復制病毒，只能在p53缺陷的腫瘤細胞中繁殖以達到溶解腫瘤細胞的目的。20現(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期三基因治療2011年8月10日，發(fā)表于《科學轉化醫(yī)學》和《新英格蘭醫(yī)學雜志》上的一篇論文報道，科學家用基因工程改造的自體免疫細胞治療白血病獲得成功。這種新方法的成功使骨髓移植不再是治療白血病的唯一方法，給白血病的治療帶來了重大突破。21現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與食品衛(wèi)生基因工程在食品領域中的作用目前涉及到對食品資源的改造、對食品品質(zhì)的改造、新產(chǎn)品的開發(fā)、食品添加劑的生產(chǎn)以及食品衛(wèi)生檢測等方面。利用基因工程技術不但可以提高食品的營養(yǎng)價值，去除食物原料中的有害成分，同時還可以通過對農(nóng)作物品種改良，減少種植過程中農(nóng)藥、化肥等化學品的使用量。22現(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與食品工業(yè)（1）改善食品原料品質(zhì)

23現(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與食品工業(yè)（2）生產(chǎn)酶制劑酶的傳統(tǒng)來源是動物肝臟和植物種子，后來因發(fā)酵工程技術的發(fā)展，使得利用微生物生產(chǎn)各類酶成為可能，20世紀50年代初開始，分子生物學和生物化學的發(fā)展使基因工程技術在酶制劑方面的應用越來越廣泛。凝乳酶是第一次應用基因工程技術把小牛胃中的凝乳酶基因轉移到細菌或真核微生物生產(chǎn)的酶，利用基因工程菌生產(chǎn)凝乳酶是解決凝乳酶供不應求的理想途徑。Geoffrog等將編碼牛凝乳酶的基因克隆島乳酸克魯維酵母中發(fā)現(xiàn)，乳酸克魯維酵母能有效地把凝乳酶原分泌到培養(yǎng)基質(zhì)，并成功地進行了大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。24現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與食品工業(yè)（3）改良食品加工性能啤酒制造中對大麥醇溶蛋白含量有一定要求，如果大麥中醇溶蛋白含量過高就會影響發(fā)酵，容易使啤酒產(chǎn)生混濁，也會使其過濾困難。采用基因工程技術，使另一蛋白基因克隆到大麥中，便可相應地使大麥中醇溶蛋白含量降低，以適應生產(chǎn)的要求。在牛乳加工中如何提高其熱穩(wěn)定性是關鍵問題，牛乳中的酪蛋白分子含有絲氨酸磷酸，它能結合鈣離子而使酪蛋白沉淀?，F(xiàn)在采用基因操作，增加k-酪蛋白編碼基因的拷貝數(shù)和置換，k-酪蛋白分子中Ala-53被絲氨酸所置換，便可提高其磷酸化，使k-酪蛋白分子間斥力增加，以提高牛乳的穩(wěn)定性，這對防止消毒奶沉淀和煉乳凝結起重要作用。25現(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與食品工業(yè)（3）改善食品加工性能中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術所的研究人員主持的“利用基因工程技術高效表達高甜度蛋白”項目已取得可喜進展，目前通過專家鑒定。該項成果首次在國際上采用細菌優(yōu)化密碼子，人工合成了蛋白甜度為相同重量蔗糖甜度1100倍的單鏈monellin甜蛋白基因；通過定點突變，有首次獲得了蛋白產(chǎn)物甜度為相同重量蔗糖甜度4500倍的menellin甜蛋白基因，并通過優(yōu)化發(fā)酵條件使其在大腸桿菌中得到表達。其表達效率在40%左右，發(fā)酵時間僅為24~36h（國外發(fā)酵時間120~180h）。26現(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與食品工業(yè)（4）食品檢測近年來DNA探針雜交技術在食品微生物檢測中的應用研究十分活躍，DNA探針雜交技術具有特異性強、靈敏度高及操作簡便快速等特點，將是今后食品微生物檢測技術的一個重要發(fā)展方向。目前該技術已用于多種食品中致病菌的檢測。蠟質(zhì)芽孢桿菌（Bacilluscereus）是一種很重要的經(jīng)食物攜帶，能引起人體疾病的微生物，其產(chǎn)生的腸毒素可能會引起腹瀉、嘔吐等癥狀。傳統(tǒng)的檢測方法如平板接種、生化特征描述等方法費時費力，近年來人們通過利用PCR和DNA探針技術來檢測此類病原菌。例如，Subramanian等通過用限制性內(nèi)切酶BglⅡ從蠟質(zhì)芽孢桿菌質(zhì)粒中獲得了一段大小為3kb的DNA片段為探針，研究發(fā)現(xiàn)，此DNA探針對鑒定蠟質(zhì)芽孢桿菌有高度專一性。27現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)（1）種植業(yè)基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用主要表現(xiàn)在兩個方面:

第一，通過基因工程技術獲得高產(chǎn)、穩(wěn)定和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物；第二，用基因工程的方法培育出具有各種抗逆性的作物新品種。28現(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)

取自自然植物體內(nèi)分子較小且富集含硫氨基酸的蛋白質(zhì)基因轉入適當受體，可以改良作物蛋白質(zhì)的品質(zhì)。例如巴西豆種子內(nèi)含有12kDa的小蛋白，占種子總蛋白的30%，還含17.9%的蛋氨酸和8.7%胱氨酸。該蛋白的CDNA（已合成）與扁豆蛋白基因的啟動子、終止子等構成嵌合基因，以雙元Ti質(zhì)粒載體轉入煙草，結果在轉基因煙草種子中獲得了表達，表達量約為種子總蛋白的5%。以色列的科學工作者已將分離到的富脯氨酸基因?qū)敕?，在番茄的幼果中得到高度表達。他們還建立了轉基因水稻細胞系并從中再生出了小植株，從該植株的葉、根以及維管束中發(fā)現(xiàn)了β-葡萄糖苷酸酶（GUS）活性。日本的生命科學工作者從水稻、松樹和梨樹中分離得到光合作用基因并將其導入光合作用弱的作物，從而加大了作物的光合作用強度，達到了提高作物產(chǎn)量的目的。29現(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)30現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期三

加利福尼亞的戴維斯基因工程公司從矮牽牛中分離出一種新藍色編碼基因，將其導入到玫瑰中，獲得了開藍色花的玫瑰。31現(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)

美國研發(fā)了一種可食用的轉基因棉籽。他們所采用的方法是通過改變棉樹的基因，減少了棉籽中的有毒化學物質(zhì)棉子酚的含量，從而使之可以供人類食用。該攻關課題組負責人德克薩斯大學的植物生物工程學家基爾蒂·拉索爾說，研究小組是利用應用于癌癥和艾滋病研究中的RNAi技術降低棉籽中棉子酚的含量。32現(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)

日本研究人員首次將來自人類肝臟的基因?qū)氲久谆蛑?，使稻米能夠消化殺蟲劑和工業(yè)產(chǎn)生的化學物質(zhì)，這種新型基因能夠產(chǎn)生代號為“CPY2B6”的酶，這種酶尤其擅長分解有害化學物質(zhì)，尤其對13種除草劑具有免疫性。在此之后，美國的文特利亞生物技術公司研制的轉基因水稻可以產(chǎn)生兩種能在母乳、唾液和眼淚中找到的蛋白質(zhì)，這兩種蛋白有助于人類的水合反應，從而可緩解腹瀉病情。33現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)英國達勒姆大學和英國農(nóng)業(yè)基因技術公司組成的科技攻關小組，應用基因工程技術，把胰蛋白酶抑制劑基因轉移到作物中成功地獲得表達，使之變成了耐蟲害的新型作物品種。美國培育出既抗蟲又抗兩種除草劑（即抗草甘膦和草銨膦）的玉米我國運用基因工程培育成雙抗優(yōu)質(zhì)煙，并在世界上首獲抗蟲轉基因黑楊用“自殺”基因防止作物病蟲害用基因工程培育出抗蟲性強的水稻新品系34現(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期三35現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)（2）養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展需要大量的動物優(yōu)良品種，常規(guī)育種技術往往需大量的種群和漫長的時間，而轉基因技術的應用具有獨特的優(yōu)勢，轉基因家畜的實驗首先是從兔、豬、綿羊開始，目前轉基因牛、豬、兔和羊均已問世。含有人生長激素基因的轉基因豬生長周期明顯縮短，飼料利用率及瘦肉比大幅度提高。36現(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)

曾經(jīng)培育出克隆羊多莉的羅斯林研究所的研究人員已培育出首批轉基因小雞，由于經(jīng)過基因改造，這些雞產(chǎn)下的蛋能夠制造可以防治癌癥和其他威脅生命的疾病的藥物。37現(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)2011年下半年，南京醫(yī)科大學培育出一批基因工程豬，這些豬能夠為人體器官移植提供可用器官，以彌補供體短缺。38現(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與農(nóng)牧業(yè)

轉基因動物技術的實施路線：先將藥物蛋白基因顯微注射入供體動物受精卵，再通過移植進入受體動物的輸卵管。我國科學工作者在提高轉基因動物成功率方面另辟蹊徑，取得了重大進展。上海醫(yī)學遺傳研究所的科研人員將分子生物“選秀”提取至胚胎囊胚階段，使轉基因羊的成功率明顯提高。39現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與環(huán)境保護

隨著化學工業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了為數(shù)眾多的化合物。其中不少都是能持久存在的有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在對人們所處的環(huán)境造成了極大的威脅?；蚬こ碳夹g則有望解決這一難題?？茖W家通過DNA重組技術得到分解性能較高的工程菌種和具有特殊降解功能的菌株，從而大大提高有機物的降解效率，同時也擴大了可降解的污染物種類。40現(xiàn)在是40頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與環(huán)境保護（1）利用植物基因工程技術治理重金屬污染植物修復去除Hg的方式：從能夠脫汞的細菌中得到基因，編碼到植物中，從而不僅能夠增加Hg的抗性，而且還可以增加其揮發(fā)能力。Heaton等研究者將細菌有機汞裂解酶（merB）和汞還原酶（merA）基因修飾到Arabidopsis和煙草植物中，從土壤中吸收Hg（Ⅱ）和甲基汞（MeHg），最終以氣態(tài)Hg形式從葉表進入到大氣中。釀酒酵母液泡轉運蛋白YCF1催化Cd2+（Cd-GS2）轉運到液泡中，同時也可催化As-GS3和Hg-GS2的轉運。在擬南芥中成功表達有功能活性的YCF1的研究表明，YCF1的過量表達明顯提高了植物對高濃度鉛、鎘的耐受性，且轉基因植物有很高的抗性。41現(xiàn)在是41頁\一共有47頁\編輯于星期三基因工程與環(huán)境保護（2）利用植物基因工程技術治理持久性有機污染（POPS）通過在植物根系施入有利于生物降解系生長的根系分泌物可以加速四氯乙烯（TEC）的降解。試驗證實，在無菌條件下生長的雜交楊樹能夠有效提取TEC并將其降解為三氯乙烯、氯化醋酸鹽以及最終產(chǎn)物二氧化碳。三硝基甲苯（TNT）是一種高毒