基因工程技術(shù)的基本原理與步驟

關(guān)于基因工程技術(shù)的基本原理與步驟前言

基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容。自從二十世紀七十年代誕生以來,在短短的幾十年間已得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它具有從本質(zhì)上改變生物及食品性能的特性,越來越受到食品科技工作者的重視,并使食品的概念從農(nóng)業(yè)食品,工業(yè)食品發(fā)展到了基因工程或生物技術(shù)食品。在二十一世紀,以基因工程為核心的生物技術(shù)必將給食品工業(yè)帶來一場革命。第2頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1基因工程的基本概念

1.1

基因工程主要是DAN重組技術(shù)是指在體外把不同基因進行人工“剪切”、“組合”和“拼接”使基因得以重新組合，然后通過載體（微生物或動植物細胞）進行無性繁殖（即所謂克?。?，要使新的基因在受體細胞的表達，產(chǎn)生人類所需要的物質(zhì)，或組建新的生物類型。第3頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1.2基因工程技術(shù)的基本原理與步驟基因工程研究的主要內(nèi)容包括以下6個步驟:(1)

從生物有機體復(fù)雜的基因組中,分離出帶有目的基因的DNA片段。(2)

在體外,將帶有目的基因的DNA片段連接到能夠自我復(fù)制并具有選擇標記的載體分子上,形成重組DNA分子。(3)將重組DNA分子引入到受體細胞(亦稱宿主細胞或寄主細胞)。(4)帶有重組體的細胞擴增,獲得大量的細胞繁殖體。(5)從大量的細胞繁殖群體中,篩選出具有重組DNA

分子的細胞克隆。(6)將選出的細胞克隆的目的基因進一步研究分析,并設(shè)法使之實現(xiàn)功能蛋白的表達。第4頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

電泳層析離心分光光度基因操作其它

分（離目的基因）切（割目的基因和載體）

接（連目的基因和載體）

轉(zhuǎn)（化宿主細胞）

篩（選陽性克?。┍恚ㄟ_目的基因）基本模式“縱向”體系“橫向”體系第5頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

生化技術(shù)電泳層析離心分光光度基因操作其它基因工程

分切接轉(zhuǎn)篩表第6頁,共23頁，2024年2月25日，星期天2基因工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用2.1酶制劑方面應(yīng)用2.2改造食品原材料2.3提高食品品質(zhì)和改善食品風味2.4生產(chǎn)保健食品及特殊食品第7頁,共23頁，2024年2月25日，星期天2.1酶制劑方面應(yīng)用

酶的傳統(tǒng)來源是動物臟器和植物種子，后來隨著發(fā)酵工程的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了以微生物為主要酶源的格局。近年來，由于基因工程技術(shù)的發(fā)展，更使我們可以按照需要來定向改造酶，甚至創(chuàng)造出自然界從未發(fā)現(xiàn)的新酶種，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技術(shù)進行生產(chǎn)。第8頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共23頁，2024年2月25日，星期天2.2改造食品原材料

2.2.1

轉(zhuǎn)基因植物源食品轉(zhuǎn)基因植物可被改革而具有抗病蟲害的能力，這具有深遠的經(jīng)濟意義。1986年首次獲得能夠抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草植株，對煙草花葉病毒的預(yù)防效果可達70%。第10頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

目前利用基因工程不斷獲得了各種抗病毒植株，黃瓜花葉病毒、馬鈴薯病毒和Y病毒，抗病蟲害長頸南瓜和抗蟲害轉(zhuǎn)基因土豆。我國及菲律賓培育出“超級水稻”和“超超級水稻”，為人口日益增長、糧食日益短缺的世界帶來一線。利用重組技術(shù)和細胞融合技術(shù)相結(jié)合，培育出高產(chǎn)、抗病、抗蟲、生長快、抗逆、高蛋白的基因改良植物，對食品工業(yè)具有重要意義。第11頁,共23頁，2024年2月25日，星期天2.2.2轉(zhuǎn)基因動物源食品

轉(zhuǎn)基因技術(shù)對動物性資源改造原理：通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良新的動物品種是一項發(fā)展迅速的生物技術(shù)。其主要技術(shù)是：從目的供體物種體內(nèi)獲得帶有特定優(yōu)良遺傳性狀的DNA片段，即目的基因，直接或通過載體導(dǎo)入被改造物種即受體物種的胚胎內(nèi)，從而培養(yǎng)出優(yōu)良的新品種。第12頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

目的基因基因載體受體物種的胚胎分導(dǎo)入培育新物種總體技術(shù)路線第13頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在家畜及魚類育種上初見成效：1982年轉(zhuǎn)基因“超級鼠”的構(gòu)建成功。1985年轉(zhuǎn)基因魚的出現(xiàn)，揭開了基因工程技術(shù)在食品領(lǐng)域中應(yīng)用的序幕。1997年6月，上海醫(yī)學遺傳研究所與復(fù)旦大學合作的轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中含有人的凝血因子，既可以食用，又可以藥用，為通過動物廉價生產(chǎn)人類的珍貴藥物邁出了重大的一步。1999年2月誕生的我國首例轉(zhuǎn)基因試管?！疤仗铡?，產(chǎn)奶量可望高達10000Kg，比山羊高20多倍。第14頁,共23頁，2024年2月25日，星期天2.3提高食品品質(zhì)和改善食品風味

2.3.1食品添加劑食品添加劑主要有防腐劑、抗氧化劑、增鮮劑、酸味劑和甜味劑、食品強化劑等。國外采用基因工程和細胞融合技術(shù)，培育出生產(chǎn)谷氨酸、蘇氨酸、精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸等的優(yōu)良菌種，在提高產(chǎn)量和縮短發(fā)酵周期方面已取得顯著成就。目前通過基因工程技術(shù)生產(chǎn)的高效乳酸鏈球菌素就是一個極好的例子。第15頁,共23頁，2024年2月25日，星期天利用基因技術(shù)和細胞工程技術(shù)還可以生產(chǎn)獨特的食品香味劑和風味劑，如香草素、可可香素、菠蘿風味劑，以及高級的天然色素，如類胡蘿卜素、花色素、咖喱黃、紫色素、辣椒素和靛藍等，并且通過這雜種選育的色素含量高、色調(diào)和穩(wěn)定性好轉(zhuǎn)基因的E.coli的玉米黃素最高產(chǎn)量達289ug/g。通過把風味前體轉(zhuǎn)變?yōu)轱L味物質(zhì)的酶基因的克隆或通過發(fā)酵產(chǎn)生風味物質(zhì)都可使食品芳香風味得以增強。另外VB2

和VC也都有已化的基因工程產(chǎn)品"。第16頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

2.3.2

用于食品工業(yè)中的酶

工業(yè)化酶制劑的品質(zhì)改良及新品種開發(fā)是現(xiàn)代生物技術(shù)介入最多的一個領(lǐng)域，并已取得令人矚目的成果。DNA重組技術(shù)對酶工業(yè)的滲透，導(dǎo)致了酶工業(yè)質(zhì)的飛躍。例如：日本利用基因技術(shù)，使淀粉酶發(fā)酵產(chǎn)率提高近200倍，而且有極強的熱穩(wěn)定性。目前，已經(jīng)商品化的基因工程酶還有枯草桿菌蛋白酶、水解酶、脂酶、凝乳酶等。第17頁,共23頁，2024年2月25日，星期天2.4應(yīng)用于生產(chǎn)保健食品及特殊食品

當今，保健食品的發(fā)展有賴基因工程這個新技術(shù)?？梢圆捎棉D(zhuǎn)基因手段，在動、植物細胞中，得到基因表達而制造有益于人類健康的保健成分或有效因子。例如，把人的血紅素基因克隆至豬中，最后，豬的血可以用做人類血液的代用品。又例如，將一種有助于心臟病患者血液凝結(jié)溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛乳或羊乳中產(chǎn)生這種酶。第18頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

3基因食品的安全性

基因工程應(yīng)用于食品工業(yè)已給人們帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益，但基因工程體（Gemos）及基因工程食品的環(huán)境釋放安全性及食用安全生也越來越受到廣泛的關(guān)注。食品與人類生命健康直接相關(guān)，開發(fā)基因食品除了要解決技術(shù)問題，還要使之被社會所接受。第19頁,共23頁，2024年2月25日，星期天人們對基因食品的顧慮

歸結(jié)為三個方面：一是：基因食品中加進的新基因在無意中給人們帶來的危害；二是：基因食品中的新基因通過食物鏈其他環(huán)節(jié)無意中造成的后果；三是：對自然界生物多樣性的影響。第20頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

新的基因工程食品將不斷問世。從長遠來看，基因工程食品的安全性評價體系的構(gòu)建及基因食品的安全性評價將是今后食品安全性研究的熱點課題。第21頁,共23頁，2024年2月25日，星期天4