細(xì)胞工程學(xué)緒論

細(xì)胞工程學(xué)緒論

教學(xué)目的與要求:全面了解細(xì)胞工程與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系；了解細(xì)胞工程的發(fā)展與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系；了解細(xì)胞工程在現(xiàn)代世界經(jīng)濟(jì)中的潛力。第一節(jié)細(xì)胞工程在生物技術(shù)領(lǐng)域中的地位一、生物技術(shù)概述生物技術(shù)是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物個(gè)體或生物器官、組織、細(xì)胞的特性和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系（包括細(xì)胞系），以及與工程原理相結(jié)合進(jìn)行產(chǎn)品加工生產(chǎn)的綜合性技術(shù)體系。生物技術(shù)的內(nèi)涵主要是：運(yùn)用現(xiàn)代生物學(xué)理論與科學(xué)技術(shù)改造細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，培育出人們需要的生物新品種；工業(yè)規(guī)模地利用現(xiàn)有生物體系，制備生物產(chǎn)品；模擬生物體系，以生物化學(xué)工程代替化學(xué)工程，制備工業(yè)產(chǎn)品；發(fā)展相應(yīng)的科學(xué)理論與工程技術(shù)。主要技術(shù)范疇包括：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程以及生化工程。現(xiàn)代生物技術(shù)特征：多學(xué)科性；商業(yè)性；規(guī)?；６?、細(xì)胞工程的概念及研究范疇細(xì)胞工程（cellengineering）是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，借助工程學(xué)的試驗(yàn)方法或技術(shù)，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科。廣義的細(xì)胞工程包括所有的生物組織、器官及細(xì)胞離體操作和培養(yǎng)技術(shù)，狹義的細(xì)胞工程則是指細(xì)胞融合和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。根據(jù)研究對(duì)象不同，細(xì)胞工程可分為動(dòng)物細(xì)胞工程和植物細(xì)胞工程。動(dòng)物細(xì)胞工程包括：細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)（包括組織培養(yǎng)、器官培養(yǎng)）；細(xì)胞融合技術(shù)；胚胎工程技術(shù)（核移植、胚胎分割等）；克隆技術(shù)（單細(xì)胞系克隆、器官克隆、個(gè)體克?。┲参锛?xì)胞工程包括：植物組織、器官培養(yǎng)技術(shù)；細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)；原生質(zhì)體融合與培養(yǎng)技術(shù)；亞細(xì)胞水平的操作技術(shù)等。三、細(xì)胞工程與其它相關(guān)學(xué)科的關(guān)系

1．細(xì)胞工程學(xué)科的建立依賴于相關(guān)學(xué)科理論的發(fā)展2．為生物學(xué)研究提供新的實(shí)驗(yàn)體系3．細(xì)胞工程必須與其它生物技術(shù)相結(jié)合才能更好地發(fā)揮作用四、細(xì)胞工程在現(xiàn)代生物技術(shù)中的地位及其實(shí)踐意義1．改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)2．保護(hù)自然資源，維護(hù)生態(tài)平衡3．生物醫(yī)藥開(kāi)發(fā)第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程的發(fā)展一．融合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)30年代，Muller,Schwann,Virchow等相繼在肺結(jié)核、天花、水痘、麻疹等病理組織中觀察到多核細(xì)胞現(xiàn)象，但當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起人們的關(guān)注，認(rèn)為這只是一種特殊現(xiàn)象。1849年Lobing在骨髓中也發(fā)現(xiàn)了多核現(xiàn)象的存在，1855年～1858年，科學(xué)家們?cè)诜谓M織和各種正常組織及發(fā)尖和壞死部位都發(fā)現(xiàn)了多核細(xì)胞。至此，自然界中廣泛存在著多核細(xì)胞的事實(shí)，才被生命科學(xué)工作者接受。1859年，A.Barli在研究黏蟲(chóng)的生活史時(shí)發(fā)現(xiàn)，某些黏蟲(chóng)存在著由單個(gè)細(xì)胞核融合形成多核的原生質(zhì)團(tuán)的情況。據(jù)此，他認(rèn)為多核細(xì)胞是由單個(gè)細(xì)胞彼此融合而形成的。二.動(dòng)物組織細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的建立1907年，美國(guó)胚胎學(xué)家R.Harrison將蛙的胚神經(jīng)管區(qū)的一片組織移植到蛙的淋巴液凝塊中，這片組織在體外不但存活了若干星期，而且還從細(xì)胞中長(zhǎng)出了軸突(神經(jīng)纖維)細(xì)胞，解決了當(dāng)時(shí)關(guān)于軸突起源的爭(zhēng)論，并表明了利用體外存活的組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的可能性。他所采用的把培養(yǎng)物放在蓋玻片上并置于凹玻片腔中培養(yǎng)的方法還一直沿用至今。Carrel(1911)發(fā)現(xiàn)了雞胚浸出液對(duì)于某些細(xì)胞的生長(zhǎng)具有很強(qiáng)的促進(jìn)效應(yīng)，還把無(wú)菌技術(shù)引到了組織培養(yǎng)技術(shù)中。作為他的技術(shù)標(biāo)志是，他在不含抗菌素的培養(yǎng)條件下使雞胚心臟細(xì)胞維持生存了34年，先后繼代3400次，證明動(dòng)物細(xì)胞有可能在體外無(wú)限地生長(zhǎng)。1914年，Thomson創(chuàng)立了另一條完全不同的體外組織培養(yǎng)途徑－器官培養(yǎng)法，以后又被Strangeways和Fell所發(fā)展。1940年，Earle建立了可以無(wú)限傳代的一個(gè)C3H小鼠的結(jié)締組織細(xì)胞系－L系。1951年，Gay建立了第一個(gè)人體細(xì)胞系－人體宮頸癌Hela細(xì)胞系三.細(xì)胞融合技術(shù)的建立和雜交瘤技術(shù)的誕生1958年,Okada發(fā)現(xiàn)紫外滅活的仙臺(tái)病毒可引起艾氏腹水瘤細(xì)胞彼此融合。由于仙臺(tái)病毒能穩(wěn)定地誘發(fā)細(xì)胞融合而引起了許多科學(xué)家的興趣，60年代，Harris(1965)誘導(dǎo)不同的動(dòng)物體細(xì)胞融合獲得成功并能存活下來(lái)。Lifflefield(1964)根據(jù)親本細(xì)胞的酶缺陷型，利用HAT選擇性培養(yǎng)基能使親本細(xì)胞死亡而只留下異型融合細(xì)胞，并能不斷地增殖，從此形成了細(xì)胞融合到雜種細(xì)胞選擇、培養(yǎng)的一整套技術(shù)。使這一技術(shù)在此后廣泛地應(yīng)用于遺傳學(xué)、病毒學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞學(xué)等多種學(xué)科的研究工作中。1975年，免疫學(xué)家Kohler和Milstein利用仙臺(tái)病毒誘導(dǎo)綿羊紅細(xì)胞免疫的小鼠脾細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合，選擇到能分泌單一抗體的雜種細(xì)胞。該雜種細(xì)胞具有在小鼠體內(nèi)和體外培養(yǎng)條件下大量繁殖的能力，并能長(zhǎng)期地分泌單克隆抗體，從而建立了小鼠淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)。這一技術(shù)的誕生把細(xì)胞融合技術(shù)從實(shí)驗(yàn)階段推向了應(yīng)用研究階段，促進(jìn)了動(dòng)物細(xì)胞工程的蓬勃發(fā)展。四.動(dòng)物克隆技術(shù)的建立1891，Heape等人首次報(bào)道了家兔胚胎移植成功的結(jié)果，他們把安哥拉家兔胚胎移植給比利時(shí)兔，得到了4只安哥拉家兔。本世紀(jì)30年代以后，先后在羊、豬、牛等動(dòng)物的胚胎移植上獲得成功。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷完善和充實(shí)，已成為一項(xiàng)比較成熟的繁殖生物學(xué)技術(shù)。首例克隆動(dòng)物成功的報(bào)道是在1962年，英國(guó)學(xué)者Grudon把非洲爪蟾小腸上皮細(xì)胞的核注入同種或異種非洲爪蟾未受精卵(經(jīng)紫外線照射殺死卵細(xì)胞核)中，約有1％的重組卵發(fā)育成為成熟蛙。這一成功開(kāi)創(chuàng)了由體細(xì)胞培育動(dòng)物個(gè)體的新型實(shí)驗(yàn)途徑，其貢獻(xiàn)在于：實(shí)驗(yàn)證明了完全分化的腸細(xì)胞仍然具有未分化細(xì)胞的全部遺傳信