基因工程基本概念與基本原理課件

第十一章基因工程基本概念和基本原理

第二節(jié)、基因工程的基本概念第三節(jié)、基因工程的基本原理第一節(jié)、基因工程的成果和發(fā)展前景1第一節(jié)基因工程的成果和發(fā)展前景一、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生二、基因工程與農牧業(yè)、食品工業(yè)三、基因工程與環(huán)境保護2一、引言（一）歷史1917：提出1953：基因的奠基人－詹姆斯.沃森和弗朗西斯.克里克，他們發(fā)現DNA的雙螺旋結構。－－DNA之父。DNA之母：羅莎琳德.富蘭克林，她用X射線衍射DNA晶體得到了影像，從而分辨出這種分子的維度、角度和形狀；她發(fā)現DNA是螺旋結構，至少兩股，其化學“信息”面向進里面。1973：第一個成功的克隆轉化實驗，第一個有目的的基因重組實驗，是現代生物技術的標志。1997：英培育出世界上第一例體細胞克隆動物“多莉”羊，2003年2月14日去世。1998：日本培育出體細胞克隆動物8頭牛犢。32005年：全球首只克隆狗在韓國公開露面一、引言“斯納皮”與“父母”5DNA的雙螺旋結構世界首只克隆羊“多莉”一、引言6一、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生基因工程藥品的生產許多藥品的生產是從生物組織中提取的。受材料來源限制產量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產。若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產生相應的藥物，不但能解決產量問題，還能大大降低生產成本。7基因工程胰島素（二）將合成的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產不但解決了這種比黃金還貴的藥品產量問題，還使其價格降低了30%-50%!胰島素生產車間9基因工程干擾素（一）干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產車間干擾素分子結構10基因工程干擾素(二）基因工程人干擾素α-2b（安達芬）是我國第一個全國產化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。11基因診斷與基因治療運用基因工程設計制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。通過基因工程給患有遺傳病的人體內導入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。我國研究人員正在制備用于基因治療的基因工程細胞13SCID的基因工程治療重癥聯合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個病的機理是細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）的基因（ada）發(fā)生了突變。可以通過基因工程的方法治療。SCID患者生存在無菌環(huán)境中14基因治療SCID的過程15轉基因魚生長快、耐不良環(huán)境、肉質好的轉基因魚(中國)17轉基因牛乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)18轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒19轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯21不會引起過敏的轉基因大豆22超級動物導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠23三、基因工程與環(huán)境保護基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來基因工程在環(huán)境監(jiān)測上的應用25利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化污染物?；蚬こ淘诃h(huán)境監(jiān)測上的應用地衣苔蘚26一、重組DNA技術的基本定義基因工程的基本概念

重組DNA技術是指將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進行拼接重組，然后轉入另一種生物體（受體）內，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳并表達出新產物或新性狀的DNA體外操作程序，也稱為分子克隆技術。

因此，供體、受體、載體是重組DNA技術的三大基本元件。LuDongUniversity二、基因工程的基本定義基因工程的基本概念

基因工程是指重組DNA技術的產業(yè)化設計與應用，包括上游技術和下游技術兩大組成部分。上游技術指的是基因重組、克隆和表達的設計與構建（即重組DNA技術）；而下游技術則涉及到基因工程菌或細胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產物的分離純化過程。LuDongUniversity三、重組DNA技術與基因工程的基本用途分離、擴增、鑒定、研究、整理生物信息資源大規(guī)模生產生物活性物質設計、構建生物的新性狀甚至新物種基因工程的基本概念LuDongUniversity大規(guī)模生產生物活性物質工程細胞基因工程蛋白質工程途徑工程發(fā)酵工程細胞工程分離工程酶酶工程分離工程天然細胞天然細胞生物活性物質LuDongUniversity四、基因工程的基本形式第一代基因工程蛋白多肽基因的高效表達

經典基因工程第二代基因工程蛋白編碼基因的定向誘變

蛋白質工程第三代基因工程代謝信息途徑的修飾重構

途徑工程

第四代基因工程基因組或染色體的轉移

基因組工程基因工程的基本概念LuDongUniversity四、基因工程的支撐技術第三節(jié)、基因工程的基本原理

三、基因工程的基本原理二、基因的分子生物學一、重組DNA技術的理論基礎34一、

重組DNA技術的理論基礎基因工程的基本原理19世紀中孟德爾

豌豆雜交試驗

遺傳因子

經典遺傳學20世紀初摩爾根

果蠅雜交實驗

基因

基因學1944年艾弗瑞

肺炎雙球菌轉化實驗

遺傳物質DNA1973年伯格-杰克森-考恩-鮑耶

DNA分子體外拼接分子遺傳學1953年沃森-克瑞克

DNA雙螺旋結構

分子生物學基因工程35基因工程的基本原理二、基因的分子生物學基因蛋白質機體構架功能效應生物催化調控元件mRNA轉錄翻譯生物性狀生物過程36基因工程的基本原理三、基因工程的基本原理提高外源基因的劑量——分子遺傳學原理篩選修飾重組基因表達的轉錄調控元件，如：啟動子、增強子、操作子、終止子、上游調控序列等——分子生物學原理

修飾構建蛋白質生物合成的翻譯調控元件，如：SD序列、mRNA非編碼區(qū)、密碼子等——分子生物學原理

基因工程菌（微型生物反應器）的增殖及穩(wěn)定生產——生化工程學原理

37基因工程的基本原理四、基因工程的支撐技術核酸凝膠電泳技術核酸分子雜交技術細菌轉化轉染技術DNA序列分析技術寡核苷酸合成技術基因定點突變技術聚合酶鏈反應（PCR）技術38基因工程的基本過程1、提取目的基因2、載體的選擇和制備：質粒3、目的基因與載體連接4、導入受體5、篩選與檢測6、表達基因操作的工具