《基因工程原理及技术》教学大纲.doc

基因工程原理及技术教学大纲Gene Engineering Technology课程编码：27A11421 学分：4.5 课程类别： 专业必修课计划学时：96 其中讲课：48 实验或实践：48 适用专业：生物技术推荐教材：徐晋麟、陈淳、徐沁著，基因工程原理，科学出版社，2007年参考书目：陈宏著，基因工程（第2版），中国农业出版社，2011年 曹广祥编，基因工程实验指导（第二版），济南大学出版，2015年10月课程的教学目的与任务基因工程是是现代生物技术中最主要的一门技术，同时与其他工程技术相辅相成。课程的主要内容包括基因工程的基本原理和方法：目的基因的获得，基因克隆的工具酶、载体，重组分子、重组子的鉴定与表达。课程的主要目的在于使学生掌握基因工程的概念、基因工程操作的基本论，技术和应用，为今后开展基因工程研究打下理论基础。实验课程是基因工程原理及技术理论课的课程内实验课，课程目的是为了让学生掌握基因工程操作的基本理论、基本操作技术和学会基因工程技术应用，为今后开展基因工程研究打下实验技能基础。课程教学任务为设计并完成一个分枝杆菌蛋白质在大肠杆菌中的异源表达，内容包括：目的基因的获得，PCR产物回收与载体连接，重组子的筛选鉴定，表达载体构建、诱导表达，蛋白质的亲和层析纯化，蛋白质的检测。课程的基本要求通过本课程理论课的学习，学生需要：（1）了解基因工程的研究内容，在植物、动物及医药工业等方面的应用；（2）掌握基因工程的操作流程与基因工程研究的基本技术路线和原理；（3）掌握原核生物基因工程和真核生物基因工程的一般操作流程和技术原理；（4）了解一些前沿的基因工程技术应用领域，包括基因工程疫苗、基因工程抗体、基因工程诊断和基因工程治疗等。通过本课程实验课的学习，学生应掌握如何将外源基因克隆到原核表达系统并表达出基因产物的技术路线，同时学会基因操作技术，包括PCR，酶切，电泳、连接、转化、DNA提取和诱导表达等内容。该实验主要为操作型实验，要求学生自己按照实验方案进行操作，自己动手完成各项实验，并处理和分析实验结果，增强学生独立完成实验的能力。课程要求学生能够掌握外源基因克隆到原核表达系统并表达出基因产物，学会PCR，酶切，电泳，连接，转化，DNA提取，诱导表达，亲和层析和蛋白质电泳染色等基因工程操作技术。各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）第一章：基因工程绪论 建议学时：2教学目的与要求 了解基因工程发展简史，掌握基因工程定义、研究内容和发展前景等，了解基因工程的在工业、农业和医药等领域的应用概况。教学重点与难点 基因工程发展过程中标志性事件。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 1.1 基因工程简介基因工程的定义研究内容和发展前景1.2 基因工程发展基因工程的发展简史和标志性事件基因工程的安全性讨论基因工程的应用实例介绍第二章：基因工程工具酶 建议学时：4教学目的与要求 掌握基因克隆常用的工具酶，掌握限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、逆转录酶和DNA连接酶的特征，了解一些常用酶的特征。教学重点与难点 限制性核酸内切的分类、种类和特征，DNA聚合酶的分类、特征和应用范围，逆转录酶的种类、特征和应用范围。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 2.1 基因工程工具酶基因工程的常用工具酶种类工具酶常用范围2.1 限制性核酸内切酶 限制性核酸内切酶的种类、特点限制性核酸内切酶作用和实例讲解2.3 DNA酶、RNA酶DNA酶、RNA酶的种类DNA酶、RNA酶特点和应用逆转录酶的种类和应用2.4 DNA连接酶DNA连接酶的特征、位点及发挥作用的条件粘性末端DNA片段的连接影响DNA连接酶连接反应的因素2.5 DNA聚合酶DNA聚合酶的功能E.coli DNA聚合酶在基因工程中的重要用途PCR DNA聚合酶的种类高保真DNA聚合酶的应用修饰酶的种类和应用实例。第三章：基因工程载体 建议学时：4教学目的与要求 掌握载体的基本结构和质粒载体，掌握原核生物的载体系统，了解噬菌体载体的特点、构建原理，了解表达载体的特点，了解酵母人工染色体和细菌人工染色体的结构和工作原理。教学重点与难点 克隆载体的种类和特点，表达载体的种类和特点，大片段克隆载体的种类和特点。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容3.1载体简介载体的发展历程载体的种类和应用克隆载体的种类、特点和应用实例3.2基因工程常用筛选方法 抗性筛选的原理和应用蓝白斑筛选的原理和应用3.3 几种重要载体噬菌体载体的种类和特点T载体的应用大片段克隆载体的种类、结构和工作原理表达载体的结构和工作原理第四章：核酸操作的基本技术 建议学时：4教学目的与要求 掌握各类DNA提取的原理与技术，掌握RNA的提取与纯化的原理与步骤，掌握核酸的检测技术，掌握核酸的保存的关键因素。教学重点与难点 DNA和RNA的性质特点与提取技术的关联，核酸检测技术。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 4.1 DNA提取质粒DNA的提取技术和原理基因组DNA的提取技术和原理4.2 DNA检测DNA电泳技术的种类、工作原理和应用范围DNA电泳的检测技术DNA电泳的分子量大小判断DNA电泳的回收技术原理与操作步骤4.3 RNA提取RNA提取技术RNA提取技术与DNA提取技术的区别4.4 RNA检测RNA电泳技术RNA的检测技术RNA完整性和纯度分析第五章：基因文库构建与目的基因获得 建议学时：2教学目的与要求 了解目的基因（结构基因）的组成及排列方式，掌握目的基因获得的方法，掌握基因组文库和cDNA文库构建的基本步骤及其区别。教学重点与难点 基因组文库和cDNA文库的区别，应用范围，构建方法。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 5.1 目的基因获得目的基因获得的方法直接分离法-基因组文库逆转录法-cDNA文库5.2 基因组文库基因组文库的种类基因组文库构建步骤基因组文库筛选方法5.3 cDNA文库cDNA文库的制备原理与基因组文库的区别cDNA文库的构建步骤cDNA文库的筛选方法第六章：原核生物基因工程 建议学时：4教学目的与要求 掌握克隆基因的表达步骤，掌握各类连接平齐末端的连接，掌握蓝白筛选的原理，了解蛋白质表达、纯化和检测技术教学重点与难点 蓝白斑筛选的原理和操作技术，感受态细胞的制备原理和步骤，外源蛋白质表达的一般步骤。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 6.1 目的基因的获得PCR扩增法化学合成法RACE合成法体外重组方法连接系统6.2外源DNA导入细菌的方法转化技术转导技术转染技术6.3 重组子的筛选载体表型筛选插入基因表型筛选电泳检测PCR检测核酸杂交、免疫杂交序列分析法第七章：基因工程疫苗 建议学时：4教学目的与要求 了解基因工程疫苗的概念，发展现状和应用，了解基因工程的种类和生产工艺。教学重点与难点 基因工程疫苗的种类，应用范围和局限性。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 7.1 疫苗疫苗的概念疫苗的发展历史7.2 基因工程疫苗基因工程疫苗的种类和特点亚单位疫苗肽基疫苗DNA疫苗疫苗的生产工艺实例部分疫苗实例及改进方向第八章：抗体工程 建议学时：6教学目的与要求 掌握抗体技术的基本概念，了解单克隆抗体的应用和发展简史，了解抗体技术的发展前沿，掌握抗体分子的基本结构及生物学特性，掌握单克隆抗体的生成机制和种类，了解了解细胞工程抗体、基因工程抗体的类型及制备流程。教学重点与难点 抗体分子的基本结构及生物学特性，细胞工程抗体的制备流程，单克隆抗体的生成机制和种类。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 8.1 抗体简介抗体的基本概念抗体的发展历程细胞工程抗体、基因工程抗体的类型及制备流程8.2 多克隆抗体多克隆抗体的特点多克隆抗体的生产工艺8.3 单克隆抗体单克隆抗体的特点单克隆抗体的生物合成机制单克隆抗体的种类单克隆抗体分子改造方式单克隆抗体的生产工艺单克隆抗体制备纯化工艺第九章：基因工程前沿技术和产品交流 建议学时：2教学目的与要求 了解基因工程的前沿技术现状，了解几种新兴基因工程品种的工艺、应用范围和市场现状，增进学生对基因工程课程的应用前景的认识，激发学生的专业兴趣。教学重点与难点 每届选择不同的主题授 课 方 法 以课堂讨论为主，教师点评学为辅。授 课 内 容 教师提前布置任务，学生在课前自主查阅资料，准备课件，内容包括基因工程品种，表达系统，基因工程改造，制备工艺，性质及应用，技术现状和产业前景等知识，教师现场点评。第十章：真核生物的基因工程 建议学时：4教学目的与要求 了解蛋白质在真核细胞中表达、纯化和检测技术，掌握不同基因转化的方法与程序。教学重点与难点 不同基因转化的方法与程序，真核细胞的表达技术。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 10.1 重组DNA导入真核细胞物理学方法化学方法生物学方法细胞融合技术10.2 酵母工程酵母工程介绍酵母工程的操作技术酵母工程的载体及其改造酵母工程的优点和缺点酵母工程的应用范围和发展趋势第十一章：转基因动植物 建议学时：4教学目的与要求 了解转基因动物的研究现状和发展前沿，了解转基因植物的研究现状和发展前沿，了解转基因动植物的生物安全争论，了解转基因动物的伦理要求，了解一些转基因动植物和成功实例。教学重点与难点 转基因植物的安全性争论，转基因动物的伦理要求。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 11.1 转基因植物转基因植物的方法特点基本操作步骤应用范围11.2 转基因动物转基因动物的方法基本操作步骤应用范围11.3 转基因植物的研究现状和发展前沿一转基因植物的研究现状和发展前沿转基因动植物的生物安全争论转基因动物的伦理要求第十二章：基因诊断 建议学时：4教学目的与要求 了解基因诊断的概念，发展现状和应用，了解基因诊断的技术原理，了解几种分子疾病的基因诊断方法。教学重点与难点 病原微生物感染的基因诊断，遗传性疾病的基因诊断，肿瘤的基因诊断。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 12.1 基因诊断简介基因诊断的定义基因诊断的依据基因诊断的发展历程和现状12.2 传染性疾病的基因诊断原理和方法核酸水平检测蛋白水平检测耐药性检测12.3 遗传性疾病的基因诊断原理和方法点突变检测基因多态性检测12.4 复杂性疾病的基因诊断12.5 基因诊断的应用实例第十三章：基因治疗 建议学时：4教学目的与要求 了解基因治疗的概念，发展现状和应用；了解基因治疗的技术原理，了解几种分子疾病的基因治疗方法。教学重点与难点 基因治疗的策略，逆转录病毒治疗系统的原理和优缺点。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容 13.1基因治疗简介基因治疗的定义和分类基因治疗的发展历程13.2 基因治疗的策略基因置换基因添加基因干预自杀基因治疗基因免疫治疗13.3 基因治疗的途径间接体内治疗直接体内治疗逆转录病毒治疗系统腺病毒治疗基因干预治疗实验一：利用PCR技术体外扩增ESPR基因 建议学时：6教学目的与要求 了解利用PCR克隆外源基因的原理，了解核酸凝胶琼脂糖电泳的原理，了解核酸染色的原理。学生学会下列操作技术：PCR体系配制，PCR条件设置，琼脂糖凝胶配制，电泳系统准备，PCR产物电泳分离，EB染色检测和分析。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。注 意 事 项 本实验使用EB进行DNA染色，需做好学生的安全防护教育。PCR仪器为昂贵精密仪器，做好学生的操作指导工作。实验二：PCR电泳产物的回收与连接 建议学时：6教学目的与要求 了解柱离心法回收PCR产物，了解DNA凝胶的切胶技术。学生学会下列操作技术：DNA凝胶的切胶，凝胶溶解，DNA吸附与回收，回收产物的检测，PCR产物与T载体的连接。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。注 意 事 项 本实验使用EB进行DNA染色，需做好学生的安全防护教育。T载体试剂需要冰浴操作，做好学生的操作指导工作。实验三：重组子的蓝白斑筛选 建议学时：6教学目的与要求 了解蓝白斑筛选原理，了解DNA转化原理，学会抗生素平板的配制，学会蓝白斑筛选平板的制作。学生学会下列操作技术：感受态细胞融化，热激处理，细胞复苏，抗性和显色平板制备，抗性筛选，蓝白斑观察。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。第二天观察蓝白斑筛选平板，并记录结果。注 意 事 项 蓝白斑筛选的试剂需要避光操作，做好学生的操作指导工作。强调第二天的试验结果观察任务，组织学生第二天到实验室进行结果分析。实验四：重组质粒的酶切与表达载体的连接 建议学时6：教学目的与要求 了解DNA限制性内切酶性质，了解粘性末端连接的原理。学生学会下列操作技术：限制性内切酶体系的配制，酶切反应条件设置，酶切结果的检测和分析，粘性末端的连接。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。注 意 事 项 本实验使用EB进行DNA染色，需做好学生的安全防护教育。强调连接反应成败的关键是DNA浓度和纯度，做好学生的操作指导工作。实验五：重组表达质粒转化 建议学时：6教学目的与要求 了解大肠杆菌表达细胞BL21的特点，了解质粒转化的特点。学生学会下列操作技术：BL21感受态细胞融化，热激处理，细胞复苏，抗性平板制备，转化子筛选。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。第二天观察质粒转化平板，并记录结果。注 意 事 项 质粒转化效率较高，应控制转化液涂布量，做好学生的操作指导工作。强调第二天的试验结果观察任务，组织学生第二天到实验室进行结果分析。实验六：重组蛋白的诱导表达 建议学时：6教学目的与要求 了解IPTG诱导的原理，了解蛋白质诱导的要求。学生学会下列操作技术：对数生长期细胞培养，IPTG诱导，菌体收集和保存。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。注 意 事 项 组织学生前一天到实验室接种，当天上午到实验室转接发酵摇瓶。实验七：重组蛋白的NI亲和层析 建议学时：6教学目的与要求 了解NI亲和层析的原理，学习组氨酸作为蛋白质纯化的使用方法。学生学会下列操作技术：细胞预冷，超声破碎，过柱吸附，洗涤，洗脱和蛋白收集。教 学 方 式 教师课堂讲解，学生分组操作。场所及条件要求 生物工程教学实验室。作 业 要 求 预习下个实验项目，撰写预习报告。注 意 事 项 实验全程要求低温操作，要求学生在快速、低温条件下纯化蛋白。实验八：重组蛋白的SDS-PAGE检测 建议学时：6教学目的与要求 了解SDS-PAGE的原理，了解蛋白质分子量判断原理。学生学会下列操作