《基因工程》課件

基因工程基因工程是一門(mén)新興的生物技術(shù)，它利用生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)，進(jìn)行人工改造，創(chuàng)造出新的生物類型或改變生物性狀?；蚬こ碳夹g(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。什么是基因工程基因工程的定義基因工程是指按照人們的意愿，對(duì)生物體的基因進(jìn)行改造，從而改變生物體的性狀或創(chuàng)造出新的生物類型的技術(shù)。它涉及基因的切割、連接、轉(zhuǎn)移、克隆等過(guò)程，并利用重組DNA技術(shù)，將特定的基因?qū)肷矬w內(nèi)?；蚬こ痰哪繕?biāo)基因工程的目標(biāo)是通過(guò)改變生物體的遺傳物質(zhì)，提高生物體的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性、抗逆性等，或創(chuàng)造出新的生物類型，以滿足人類的各種需求?；蚬こ痰钠鹪?1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，揭示了遺傳物質(zhì)的奧秘。21972年，伯格等科學(xué)家首次構(gòu)建了重組DNA分子，標(biāo)志著基因工程的誕生。31978年，第一個(gè)基因工程藥物——人胰島素誕生，為基因工程的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1堿基配對(duì)腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥(niǎo)嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對(duì)。2脫氧核糖核苷酸由堿基、脫氧核糖和磷酸組成。3DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈，通過(guò)氫鍵連接。遺傳信息的流向1DNA復(fù)制遺傳信息的復(fù)制過(guò)程，將DNA復(fù)制成新的DNA分子。2轉(zhuǎn)錄將DNA的信息轉(zhuǎn)錄成信使RNA（mRNA）分子。3翻譯根據(jù)mRNA的信息，將氨基酸合成蛋白質(zhì)。核酸酶的作用1切割DNA核酸酶能夠識(shí)別并切割DNA鏈，用于基因工程中進(jìn)行基因片段的切割。2降解RNA一些核酸酶能夠降解RNA分子，用于基因工程中清除不需要的RNA分子。限制性內(nèi)切酶切割DNA限制性內(nèi)切酶能夠識(shí)別特定的DNA序列，并在該序列處切割DNA鏈。特異性每種限制性內(nèi)切酶識(shí)別特定的DNA序列，保證了基因切割的精確性。應(yīng)用限制性內(nèi)切酶是基因工程中切割DNA片段的關(guān)鍵工具。連接酶和DNA連接連接酶的作用連接酶能夠?qū)⒈幌拗菩詢?nèi)切酶切割的DNA片段連接起來(lái)，形成重組DNA分子。DNA連接通過(guò)連接酶的催化作用，將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)，形成一個(gè)新的DNA分子。重組DNA技術(shù)切割使用限制性內(nèi)切酶切割目的基因和載體DNA。連接使用連接酶將目的基因和載體DNA連接起來(lái)，形成重組DNA分子。導(dǎo)入將重組DNA分子導(dǎo)入宿主細(xì)胞，使其表達(dá)目的基因?；蚩寺〉倪^(guò)程1基因提取從生物體中提取目的基因。2載體選擇選擇合適的載體，將目的基因插入其中。3重組DNA導(dǎo)入將重組DNA分子導(dǎo)入宿主細(xì)胞。4克隆篩選篩選含有目的基因的宿主細(xì)胞。表達(dá)載體的構(gòu)建載體載體是將目的基因?qū)胨拗骷?xì)胞的工具，通常是質(zhì)粒或病毒。啟動(dòng)子啟動(dòng)子控制目的基因的表達(dá)，啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。終止子終止子終止基因的轉(zhuǎn)錄，保證基因表達(dá)的完整性。標(biāo)記基因標(biāo)記基因用于篩選含有目的基因的宿主細(xì)胞。大腸桿菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化將重組DNA分子導(dǎo)入大腸桿菌，使其成為基因表達(dá)的工廠。篩選通過(guò)標(biāo)記基因篩選含有目的基因的大腸桿菌菌落。基因擴(kuò)增技術(shù)PCR技術(shù)原理1變性將雙鏈DNA加熱至95℃，使其變性為單鏈DNA。2退火將溫度降低至55℃，使引物與單鏈DNA模板退火。3延伸將溫度升至72℃，使DNA聚合酶沿著模板合成新的DNA鏈。PCR技術(shù)應(yīng)用基因診斷檢測(cè)疾病相關(guān)基因的突變。親子鑒定確認(rèn)親子關(guān)系。法醫(yī)鑒定通過(guò)DNA指紋識(shí)別罪犯。蛋白質(zhì)工程基因改造通過(guò)基因突變或基因修飾改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或功能。蛋白質(zhì)表達(dá)在宿主細(xì)胞中表達(dá)改造后的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)純化將改造后的蛋白質(zhì)從宿主細(xì)胞中分離出來(lái)。功能研究研究改造后的蛋白質(zhì)的功能，開(kāi)發(fā)新的藥物或酶?？贵w工程單克隆抗體通過(guò)雜交瘤技術(shù)獲得大量特定抗體的技術(shù)。人源化抗體將鼠源抗體改造為更接近人體的抗體，降低免疫排斥反應(yīng)。雙特異性抗體能夠同時(shí)識(shí)別兩種不同靶點(diǎn)的抗體，具有更高的治療效果?；蚬こ趟幬?胰島素治療糖尿病的藥物。2干擾素治療病毒感染的藥物。3生長(zhǎng)激素治療生長(zhǎng)障礙的藥物。轉(zhuǎn)基因生物轉(zhuǎn)基因作物通過(guò)基因工程技術(shù)，將外源基因?qū)胱魑?，提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性等。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物通過(guò)基因工程技術(shù)，將外源基因?qū)雱?dòng)物，提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、產(chǎn)量、抗病性等?；蚓庉嫾夹g(shù)基因敲除將目標(biāo)基因從生物體的基因組中刪除。基因插入將新的基因插入生物體的基因組中?；蛐迯?fù)將突變的基因修復(fù)為正?；颉RISPR/Cas9系統(tǒng)Cas9酶一種核酸酶，能夠切割DNA鏈。引導(dǎo)RNA能夠引導(dǎo)Cas9酶識(shí)別特定的DNA序列?；蚬こ痰膫惱韱?wèn)題基因歧視基于基因信息對(duì)個(gè)體進(jìn)行歧視?；螂[私個(gè)人基因信息的隱私保護(hù)?；蛭淦骼没蚬こ碳夹g(shù)開(kāi)發(fā)的武器，可能造成生物災(zāi)難?；蚬こ痰谋O(jiān)管1倫理審查對(duì)基因工程研究進(jìn)行倫理審查。2安全評(píng)估對(duì)基因工程產(chǎn)品進(jìn)行安全評(píng)估，確保其安全性。3法律法規(guī)制定有關(guān)基因工程的法律法規(guī)，規(guī)范基因工程研究和應(yīng)用。基因工程的風(fēng)險(xiǎn)意外突變基因工程操作可能會(huì)導(dǎo)致意外突變，造成不可預(yù)知的后果。生物安全轉(zhuǎn)基因生物可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。社會(huì)倫理基因工程技術(shù)可能引發(fā)社會(huì)倫理問(wèn)題?；蚬こ痰那熬?疾病治療開(kāi)發(fā)新的藥物和治療方法，治療各種疾病。2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性，保障糧食安全。3環(huán)境保護(hù)利用基因工程技術(shù)修復(fù)環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境?；蚬こ淘卺t(yī)學(xué)中的應(yīng)用基因治療利用基因工程技術(shù)治療遺傳性疾病。個(gè)性化醫(yī)療根據(jù)個(gè)體基因信息制定個(gè)性化的治療方案?；蚬こ淘谵r(nóng)業(yè)中的應(yīng)用抗蟲(chóng)作物抗蟲(chóng)基因的導(dǎo)入，減少農(nóng)藥的使用，提高作物產(chǎn)量?？钩輨┳魑锟钩輨┗虻膶?dǎo)入，提高除草效率，減少除草劑的使用。高營(yíng)養(yǎng)作物提高作物營(yíng)養(yǎng)成分，提高作物的食用價(jià)值。基因工程在工業(yè)中的應(yīng)用生物燃料利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)生物燃料，替代石油燃料。生物材料利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)生物材料，如生物塑料、生物纖維等。生物制藥利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)各種藥物，治療各種疾病?；蚬こ淘诃h(huán)保中的應(yīng)用生物修復(fù)利用基因工程技術(shù)修復(fù)污染環(huán)境，如土壤修復(fù)、水體修復(fù)。生物降解利用基因