生物工程前沿與熱點(diǎn)課件

前沿與熱點(diǎn)上海技術(shù)物理所2004.10.24生物工程的歷史

——學(xué)科雛形遠(yuǎn)古人類發(fā)現(xiàn)，吃剩的米粥數(shù)日后變成了醇香可口的飲料—人類最早發(fā)明的酒豐富多彩的酒文化微生物發(fā)酵↑公元前2300年左右，埃及人釀制啤酒的場面（某金字塔壁畫）豐富多彩的酒文化(EdwardJenner,1749~1823)首創(chuàng)用牛痘預(yù)防天花，是免疫學(xué)的發(fā)展，開創(chuàng)了預(yù)防醫(yī)學(xué)的先河。1676年荷蘭人A.Leeuwenhoek用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始顯微鏡，生物工程進(jìn)入微觀形態(tài)學(xué)發(fā)展階段?，F(xiàn)代生物工程

Modern

Bioengineering基因工程1、基因工程的概念

基因工程是分子遺傳學(xué)和工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，它能按人類需要，把遺傳物質(zhì)DNA分子從生物體中分離出來，進(jìn)行剪切、組合、拼裝，合成新的DNA分子。再將新的DNA分子植入某種生物細(xì)胞中，使遺傳信息在新的宿主細(xì)胞或個(gè)體中得到表達(dá)。以達(dá)到定向改造或重建新物種的目的?；蚬こ滩僮魉剑篋NA分子水平目的：定向改變遺傳物質(zhì)或獲得基因產(chǎn)物。2、基因工程的理論基礎(chǔ)1）物質(zhì)基礎(chǔ)——脫氧核苷酸2）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)3）中心法則，共用一套遺傳密碼細(xì)胞工程操作水平：細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平目的：定向改變遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。2、細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)——細(xì)胞全能性依據(jù)——生物體的每一個(gè)干細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。3、主要技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞融合單克隆抗體技術(shù)胚胎移植核移植植物細(xì)胞工程技術(shù)動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)異種植物細(xì)胞雜種細(xì)胞轉(zhuǎn)基因植物異種動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞群重組細(xì)胞體細(xì)胞細(xì)胞核早期胚胎受精卵去核卵細(xì)胞克隆動(dòng)物試管嬰兒動(dòng)物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精發(fā)酵工程2、發(fā)酵工程的技術(shù)要點(diǎn)目的——定向地改造菌種,大量生產(chǎn)微生物菌體或代謝產(chǎn)物菌種的選育——誘變育種、基因工程、細(xì)胞工程環(huán)境條件控制——營養(yǎng)、PH、溫度、溶氧等3、流程發(fā)酵工程（酶工程）商品生產(chǎn)改造物種常規(guī)菌(或常規(guī)細(xì)胞株)①遺傳工程②細(xì)胞工程“工程菌”（或“工程細(xì)胞株”）

③微生物工程④酶工程⑤生物反應(yīng)器工程經(jīng)濟(jì)效益大量產(chǎn)品社會(huì)效益生態(tài)效益現(xiàn)代生物工程熱點(diǎn)人類基因組計(jì)劃（HGP）干細(xì)胞研究與發(fā)展前景克隆技術(shù)的發(fā)展人類基因組計(jì)劃HumanGenomeProject染色體（Chromosome）由于細(xì)胞中的DNA大部分在染色體上，所以說遺傳物質(zhì)的主要載體是染色體。染色體的化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)和DNA，其中DNA含量穩(wěn)定，是主要的遺傳物質(zhì)。各種生物的染色體有一定的數(shù)目、形狀和大小，人染色體有46條。Chromosome染色體Karyotype染色體組型人類基因組包括分布于人46條染色體的30,000-35,000個(gè)基因。人類基因組計(jì)劃最終目的是測定基因組的全部序列，弄清整個(gè)基因組的的結(jié)構(gòu)、功能及其表達(dá)產(chǎn)物，徹底了解人類生命活動(dòng)本質(zhì)。這一計(jì)劃的科學(xué)意義重大，可與產(chǎn)生原子彈的曼哈頓工程和人類登月阿波羅飛行任務(wù)相媲美，是當(dāng)前國際生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)引人注目的工程，是人類自然科學(xué)史上最重大的研究項(xiàng)目之一，將推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展。人類基因組計(jì)劃的意義人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)1985年，美國能源部提出，要將共包含約3×109堿基對(duì)的人類基因組全部堿基序列分析清楚；1986年，美國宣布啟動(dòng)“人類基因組計(jì)劃（HumanGenomeProject,HGP）”。人類基因組計(jì)劃的發(fā)展1999年12月1日，首條人類染色體完成測序，人類第22號(hào)染色體DNA全序列測定宣布完成。2000年4月6日，美國Celera遺傳信息公司宣布，該公司已破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼。2000年5月，科學(xué)家聚集美國冷泉港，宣布人類基因組草圖的完成。6國科學(xué)家組成的國家人類基因組中心主要研究比例美國：WASH＆MIT等7家研究中心，貢獻(xiàn)率為54％。英國：SANGER一家研究中心，貢獻(xiàn)率為33％。日本：RIKEN等兩家研究中心，貢獻(xiàn)率為7％。法國：GENOSCOPE研究中心，貢獻(xiàn)率為2.8％。德國：IMB等3家研究中心，貢獻(xiàn)率為2.2％。中國：北京華大研究中心、國家南北方基因研究中心等三家，貢獻(xiàn)率為1％。二000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成人類基因組研究結(jié)論基因數(shù)量少得驚人人類基因組中存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”三分之一為“垃圾”DNA種族歧視毫無根據(jù)男性基因突變比例更高人類基因組計(jì)劃1%測序中國實(shí)驗(yàn)室后基因組時(shí)代序幕拉開

哈佛大學(xué)科學(xué)家麥克貝斯說，人類基因組圖譜并沒有告訴我們所有基因的“身份”以及它們所編碼的蛋白質(zhì)。人體內(nèi)真正發(fā)揮作用的是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)扮演著構(gòu)筑生命大廈的“磚塊”角色，其中可能藏著開發(fā)疾病診斷方法和新藥的“鑰匙”。

干細(xì)胞研究與發(fā)展前景

長期以來，人類一直在研究和尋找能治愈各種疾病、抗衰老甚至長生不老的方法。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是干細(xì)胞的研究，人類的這些幻想正在逐步變成現(xiàn)實(shí)。1998年，美國《科學(xué)》雜志將干細(xì)胞的研究成果列在十大科學(xué)進(jìn)展的首位。細(xì)胞細(xì)胞群組織機(jī)體細(xì)胞是機(jī)體組成的基本單位干細(xì)胞的定義

干細(xì)胞（Stemcell）即起源細(xì)胞。在細(xì)胞的分化過程中，細(xì)胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機(jī)體在發(fā)展適應(yīng)過程中為了彌補(bǔ)這一不足，保留了一部分未分化的原始細(xì)胞。因此，干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。干細(xì)胞的分類全能干細(xì)胞多能干細(xì)胞單能干細(xì)胞按分化潛能按發(fā)育狀態(tài)胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞干細(xì)胞的用途治療遺傳性疾病和惡性腫瘤。以干細(xì)胞為種子培育成某些組織和器官，用于移植醫(yī)學(xué)?？顾ダ希幽暌鎵?。干細(xì)胞工程

核移植去核胚胎干細(xì)胞組裝胚胎干細(xì)胞組織干細(xì)胞各種組織器官體外誘導(dǎo)培養(yǎng)干細(xì)胞治療的進(jìn)展科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到干細(xì)胞可能成為一種“拯救生命”的有效的疾病治療手段。例如：小劑量純化的造血干細(xì)胞足可使患者骨髓再生，可以避免腫瘤病人進(jìn)行自體骨髓移植時(shí)所致的瘤細(xì)胞（尤其是白血病細(xì)胞）污染?？寺〖夹g(shù)的發(fā)展克隆技術(shù)克隆來源與英語“clone”或“cloning”的音譯，曾譯為無性生殖或無性繁殖，即由同一個(gè)祖先細(xì)胞分裂而形成的純細(xì)胞系，這個(gè)細(xì)胞系每個(gè)細(xì)胞的基因彼此是相同的?？寺〖夹g(shù)的發(fā)展第一個(gè)發(fā)展時(shí)期——微生物克隆。第二個(gè)發(fā)展時(shí)期——生物技術(shù)克隆。第三個(gè)發(fā)展時(shí)期——?jiǎng)游锟寺?。克隆羊多利（Dolly）的誕生1997年12月，英國Roslin研究所克隆羊多利（Dolly）的誕生揭示一個(gè)全新概念：由成年機(jī)體的一個(gè)體細(xì)胞核，可以復(fù)制一個(gè)基因完全相同的新生命個(gè)體。克隆羊的誕生，預(yù)示著動(dòng)物將成為人類的藥物制造廠。

從一個(gè)6歲母綿羊普通的組織細(xì)胞（體細(xì)胞）中提取遺傳物質(zhì)，和一個(gè)無DNA遺傳物質(zhì)但具有活性的另一只母綿羊的卵細(xì)胞進(jìn)行電擊融合，然后將結(jié)合后的新細(xì)胞經(jīng)試管分裂。形成胚胎后再移植到第三只母綿羊子宮內(nèi)生長。然后產(chǎn)出與第一只綿羊一樣的羊。生物工程的個(gè)體應(yīng)用個(gè)體應(yīng)用轉(zhuǎn)基因樹的應(yīng)用前景

“金米”的故事生物技術(shù)可以讓世界豐衣足食植入牽?；ɑ?，西紅柿能防癌了夢(mèng)幻之畜――轉(zhuǎn)基因動(dòng)物……留給我們的思考