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文档简介
1、基因与基因工程主要内容:基因在遗传中的作用基因工程基因的概念人类基因组计划合成生物学1.基因是怎么发现的?基因的概念孟德尔1866年发表了介绍豌豆杂交的经典论文Versuche ber Pflanzen-Hybriden(Experiments on Plant Hybridization) 一、基因的概念?基因的概念孟德尔定律的例外孟德尔研究过的七对基因在染色体上的相对位置和图距(A/a花色I/i子叶色Fa/fa花位置Le/le植株高矮,V/v豆荚形状Gp/gp豆荚颜色R/r豆粒饱满和皱缩)基因是可以跳跃的?基因的概念Barbara McClintock (1983 Nobel Price)
2、2.基因在什么地方?基因的概念摩尔根因发现“染色体在遗传中的作用”而获得1933年诺贝尔奖(18661945) 摩尔根成功的三个关键因素:1)方法的使用:经典的统计遗传学加上微观遗传学方法;2)选对了实验材料:果蝇实在是很好的模式动物,所以摩尔根能够比同行更早的获得更多新的发现;3)优秀的团队:很少有人像摩尔根一样能够团结那么多好学生和合作者。 5.遗传性状发生改变的原因?基因的概念二、基因是如何传递的?1.基因与性状2.常染色体上基因的遗传3.性染色体上基因的遗传4.性别决定5.性别畸形6.多基因遗传7.表观遗传学8.基因表达的调控1.基因决定性状?显性基因 显性性状隐性基因 隐性性状致死基
3、因 致死作用性状是由基因与环境共同作用的结果基因在遗传中的作用隐性基因的遗传白化病先天性聋哑先天性高度近视白化病遗传基因在遗传中的作用2.常染色体上的基因如何遗传?隐性基因的遗传白化病先天性聋哑先天性高度近视白化病基因在遗传中的作用2.常染色体上的基因如何遗传?3. 性染色体上的基因如何遗传?伴性遗传:决定性状的基因位于性染色体上.连锁的显性遗传病抗维生素性佝偻病基因在遗传中的作用伴性遗传:决定性状的基因位于性染色体上X连锁的隐性遗传色盲基因在遗传中的作用3. 性染色体上的基因如何遗传?4.性别由什么决定?性染色体决定性别型 雄性有两个异型性染色体, 人类,哺乳动物,果蝇等型 雌性有两个异型性
4、染色体, 鸟类,蝴蝶等型 雄性只有染色体,没有染色体。 蝗虫:雄性是, 雌性是1基因在遗传中的作用单倍体决定性别蜜蜂雄性为单倍体(n),由未受精卵发育而来, 无父亲雌性为二倍体(2n),由受精卵发育而来基因在遗传中的作用4.性别由什么决定?环境决定珊瑚岛鱼 在3040条左右的群体中,只有一条为雄性,当雄性死后,由一条强壮的雌性转变为雄性基因在遗传中的作用4.性别由什么决定?基因决定性别玉米雌雄同株 雌花序由Ba基因控制; 雄花序由Ts基因控制;基因在遗传中的作用4.性别由什么决定?性染色体与性别畸形Klinefetter综合症(先天性睾丸发育不全) 外貌男性,睾丸萎缩,具有乳房,不育, 低智商
5、 身高183 cm 占1/260; 染色体组成: 47, XXY 在男性不育中占1/100基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?性染色体与性别畸形Klinefetter综合症(先天性睾丸发育不全) 基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?性染色体与性别畸形Turner综合症(性腺发育不全) 外貌女性,个矮(1.3m左右)第二性征发育不良,原发性闭经,肘外翻,盾状胸,35%有心血管病,智力低下或正常 染色体组成:45, X0基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?性染色体与性别畸形Turner综合症(性腺发育不全) 基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?性染色体与性别畸形XY
6、Y或多个Y个体 占男性的1/2501/500,个高(1.80 m以上) , 外貌男性,病症类似 47,XYY,智力一般较低,性格粗暴,易冲动,生殖器官发育不良,多数不育 ,有人认为患者有反社会行为基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?真两性畸形 第二性征:内生殖器一侧睾丸一侧卵巢,外生殖器男中有女,女中有男病因: 46,XY / 46,XX.基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?性染色体与性别畸形基因与性别畸形男性阴阳人 具有正常男性的染色体组成(46,XY).外观多呈女性,不育病因 雄性激素受体基因突变;性染色体缺失突变。基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?基因与性别畸形
7、女性阴阳人 第二性征多呈男性病因 性别分化基因的基因突变基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?基因与性取向基因与果蝇的求偶行为基因在遗传中的作用5. 性别畸形有哪些类型?6. 遗传性状都是由单个基因决定吗?数量性状:其变异在一个群体中是连续的基因在遗传中的作用 数量性状受环境的影响甚为明显。环境引起的变异一般只表现于当代,不能连续。遗传变异是可以遗传的。遗传变异对数量性状的作用,用遗传率来表示: 遗传变异遗传率(%)= - 100% 总变异(遗传变异+环境变异) 遗传率高说明群体的变异主要是由遗传变异引起的遗传率基因在遗传中的作用 如何评价多基因决定的遗传性状?人类多基因决定的性状有哪些
8、?人类一些性状与疾病的遗传率 性状 遗传率 疾 病 群体发病率 遗 传率 (%) (%) (%)身高 81 唇裂+腭裂 0.17 76体重 78 糖尿病 0.2 75智商 80 精神分裂症 1.0 80语言能力 68 哮喘 4 80计算能力 12 高血压 4-8 62 基因在遗传中的作用近交系数(coefficient of inbreeding) : 一个个体从某一祖先得到一对纯合的、而且遗传上是等同的基因的概率。7、近亲繁殖与杂种优势?基因在遗传中的作用P1P2SS 的近交系数是多少?P1P2B2B1S a1a2 a3a4B4P1P2P3P4B1C1C2SB2B3S 的近交系数是多少?7、
9、近亲繁殖与杂种优势?基因在遗传中的作用7、近亲繁殖与杂种优势?基因在遗传中的作用杂种优势 (hybrid vigor,heterosis) : 选择有利于杂合子的程度大于两种纯合子杂种优势理论: 1)显学说 2)超显性学说 3)上位互作学说 环境影响基因表达?这种影响能否遗传? 经典: DNA是遗传的分子基础;遗传信息储存在DNA的碱基序列中 8、什么是表观遗传学?基因在遗传中的作用拉马克的“用进废退”进化论的依据? 用进废退:生物体的器官用则进化,不用就退化 获得性遗传:生物后天获得的性状是可以遗传的马、驴正反交的后代差别较大,与孟德尔遗传不符基因在遗传中的作用基因在遗传中的作用同卵双生的两
10、人虽然具有完全相同的基因组,但即使是在同样的环境中长大,他们在性格、健康等方面也会有较大的差异HD舞蹈症小脑共济失调4号染色体显性基因同一个基因从父、母传给途径不同,子女患病轻重不同?基因组印迹(genomic impriting) 来自双亲的基因在功能上存在差异,同一基因的改变,由不同的性别亲体传给子女时,可引起不同的表现DM强直性肌营养不良显性基因从父亲传来发病早,从母亲传来发病晚?基因在遗传中的作用DNA的硫修饰:DNA的第六元素硫 上交大邓子新团队发许多种微生物的DNA会进行一种叫“硫修饰 ”的工作,它们依靠基因组中的硫元素,改变遗传特性。这一发现,引起了国际上的高度重视。该成果将刊登
11、在权威科学刊物自然化学生物学(Nature Chemical Biology)上 。在医学领域,很多致病菌的DNA就有硫修饰功能,这提示科研人员,如果能够干扰这种 “自我修饰”,就可能改造这些病菌,化解它们对人体的危害。基因在遗传中的作用表观遗传所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞分裂过程中,DNA 序列不变的前提下,全基因组的基因表达调控所决定的表型遗传。表观遗传学研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化的,或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴的遗传学分支。基因在遗传中的作用遗传与表观遗传基因在遗传中的作用DNMT1SAM胞嘧啶5-甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基
12、化反应 基因在遗传中的作用表观遗传变异(epigenetic variation)的机理: 1. DNA甲基化DNA甲基化是表观遗传变异的重要方式之一。 在DNA甲基化转移酶的作用下,使CpG的胞嘧啶甲基化, 基因表达水平与甲基化呈负相关。基因在遗传中的作用1. DNA甲基化基因在遗传中的作用2. 组蛋白修饰 组蛋白与DNA结合,可降低DNA的转录活性,组蛋白上有许多信号位点,常被修饰而影响染色体的高级结构和基因的转录调控: 乙酰化: 可逆,正调控 磷酸化: 可逆,正调控 甲基化: 不可逆,负调控表观遗传变异(epigenetic variation)的机理: 组蛋白乙酰化去乙酰化参与的功能:
13、 转录激活、转录延伸 DNA修复、拼接、复制 染色体的组装 基因沉默 某些疾病的形成 细胞的信号转导 基因组的整体乙酰化 基因在遗传中的作用表观遗传变异(epigenetic variation)的机理: 基因在遗传中的作用3. 染色质重塑: 染色质位置和结构的变化 染色质重塑复合物、组蛋白修饰酶的突变和转录调控、DNA甲基化、 DNA重组、细胞周期、 DNA的复制和修复的异常相关。表观遗传变异(epigenetic variation)的机理: 9、基因是如何表达和调控的?基因在遗传中的作用 DNA复制水平 RNA转录水平 前体RNA加工水平 蛋白质翻译水平 翻译后加工和转运水平 蛋白质降解
14、水平基因在遗传中的作用乳糖操纵子-原核基因表达的调控-调节基因 :编码阻遏蛋白的基因-启动子:RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的序列-操纵基因:调控蛋白特异性结合的DNA序列-结构基因 :操纵子中被调控的编码蛋白质的基因调节基因启动子操纵基因结构基因Regulation of Gene Expression分解乳糖产生半乳糖和葡萄糖 乳糖透过酶 转移乙酰基酶乳糖培养液阻遏蛋白 -半乳糖酶 RNA聚合酶结构基因调控机制 在没有乳糖的条件下,阻遏蛋白与操纵基因结合,编码的酶基因不能转录。 当有乳糖存在时,作为诱导剂(inducer)与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白与操纵基因解聚,结构基因转录。基因在
15、遗传中的作用三、什么是人类基因组计划 (Human Genome Program,HGP) 什么是基因组(genome )? 是一个单倍体细胞内基因的总和,它分为核基因组、线粒体基因组与叶绿体基因组。基因组内包括编码序列与非编码序列人类基因组计划人体基因组的特征1、人体基因组的大小: 人类DNA30亿个碱基对的序列2、人体基因组结构: 人体基因组中含有大量的重复顺序和高度重复顺序。非重复顺序约只占总基因组的54-58。3、人体基因特征:1)人类的基因比预期的少得多,约3万个左右;2)约有1,500个基因家族,每个家族的基因数远多于其他生物;3)有223个基因源自微生物,可能在进化过程中逐个插入
16、的;4)染色体上基因有群聚现象;5)只有约1.5左右的DNA编码蛋白质。(一)什么是人类基因组计划(HGP)?(二)什么是人类基因组作图?(三)HGP会给人类带来什么样的影响?人类基因组计划(一)人类基因组计划的诞生1984年12月,Utah州的Alta,White R受美国能源部的委托,主持召开了一个小型会议,讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组的DNA序列的意义。1985年6月,在美国加州举行了一次会议,美国能源部提出了“人类基因组计划”的初步草案。1986年6月,在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性。随后美国能源部宣布实施这一草案。1987年初,美国能源部与国家医学研究院(NIH)
17、为“人类基因组计划”下拨了启动经费约550万美元,1987年总额近1.66亿美元。同时,美国开始筹建人类基因组计划实验室。1989年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖金获得者J.Waston出任第一任主任。1990年,美国国会批准美国的“人类基因组计划”于10月1日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是:拟在15年内至少投入30亿美元,进行对人类全基因组的分析。人类基因组计划(二)HGP的主要任务是什么?遗传图谱物理图谱 序列图谱转录图谱、HGP 作图人类基因组计划人类基因组作图 通过计算连锁的遗传标志之间的重组频率,确定它们的相对距离,一般用厘摩(cM,即每次减数分裂的重组频率为
18、1%)表示。什么是遗传图谱(Genetic mapping)? 采用分子生物学技术直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。一般为DNA的分子长度,即碱基对。人类基因组作图 1998 年完成了具有52,000个序列标签位点(STS),并覆盖人类基因组大部分区域的连续克隆系的物理图谱。什么是物理图谱(Physical mapping)?人类基因组作图什么基因转录图谱(生命的乐谱)? 转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱 对基因转录表达产物mRNA互补的cDNA(其片段称为表达序列标签,EST)进行大规模测序,并以此构建
19、人类基因组转录图(基因图)人类基因组作图大规模基因组测序什么是序列图谱 ? DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列图谱。 DNA测序原理动画演示2、为何要绘制遗传图与物理图?1)如果将每个碱基比作一个英文字母,以每10 cm书写60个字母计算,人类基因组30亿个碱基其长度可达5000千米。2)以上述标准编写书籍,可写成3000本每册200万字的著作。3)即使简单的原核生物,以上述标准推算也足有1000千米。人类基因组作图3、完成 HGP 的艰难历程1998年初 HGP 才完成 9 x 108 bp,约3。1998年一季度H
20、GP中一些科学家怀疑,原计划可能过于乐观。1998.5.9 J.C. Venter等宣布,组建商业公司,投入3亿美元,3年内完成。1998.6.5 Venter 在 Science 上发表文章,论述人类基因测序新策略。 1998.8 加州 Incyte 药物公司宣布投入 2 亿美元用于HGP。 接着又有若干家公司成立,总共投入资金约几十亿美元,形成公”“私”并进格局人类基因组作图 1998.10 美国国家人类基因组研究所宣布HGP可提前2年, 即在2003年完成 。 1999.12 国际HGP联合小组宣布完整地破译第22对染色体 的遗传密码。 2000.04 塞莱拉公司宣布完成一名志愿者的完整
21、遗传密码。2000.06完成并公布人类基因组工作草图2000.6.26克林顿和布莱尔通过卫星联合宣布 HGP 草图 完成消息2000.6.28江泽民在中央思想政治工作会议上谈到 HGP 草图完成人类基因组作图1999. 9.在国际第五次人类基因组测序战略会议上,中国正式承担 1% 的测序任务。 3 号染色体上 3 107bp 估计有750 1100 个基因 有中国特色,与鼻炎癌、肺癌、 卵巢癌有关的基因人类基因组作图4、 HGP对生物信息学提出挑战人类基因组作图 随着实验数据和可利用信息急剧增加,信息的管理和分析成为HGP的一项重要的工作 发现生物学规律解读生物遗传密码认识生命的本质研究基因组
22、数据之间的关系分析现有的基因组数据利用数学模型和人工智能技术(三)HGP 会给人类带来什么样的影响?1、推动医学和生物技术的飞跃发展2、又有商机,又有知识产权问题3、 对社会伦理的冲击4、后基因组计划1、推动医学和生物技术的飞跃发展1)新药开发2)司法审判1)新药开发推动医学与生物技术的飞跃发展估计人类基因中可能成为药物靶的的基因约为:10%,3000个若全世界 100家顶级制药公司来竞争每家平均30个一些人们感兴趣的靶基因如: 致癌基因、抑癌基因 肥胖基因、支气管哮喘基因2)司法审判由于(1)可以很容易地从血液、精液、头发、衣物上的残留物、木乃伊或古尸的骨髓、内脏等出获得 DNA的样品;(2
23、)理论证明,两个人的 DNA完全相同的机率为几十亿分之一。 所以,DNA 测试很快被用在罪犯管制上。推动医学与生物技术的飞跃发展推动医学与生物技术的飞跃发展在法庭上可用 RFLP 于谋杀案取证RFLP 用于亲子关系确认,电泳图谱中左侧:母亲 中间:儿子右侧:父亲(?)推动医学与生物技术的飞跃发展 1985年Jeffreys应用RFLP进行亲子鉴定,创建DNA指纹分析方法人类基因组计划推动了生物技术高新技术产业2、又有商机,又有知识产权问题(1)给HGP极大推动( 2)寻求利润要求知识产权商业公司的参与带来两个后果又有商机,又有知识产权问题寻求利润= 要求知识产权基因专利及商业操作已经开始 红血
24、球生成素(EP) 是治疗恶性贫血的有效蛋白质类药物。 1998年 全球销售额 13.6 亿美元 2000年 34 亿美元 美国 Amgen 公司依靠 EPO 基因的开发利用,从一个濒临破产的企业变成为生物工程医药领域的领头羊又有商机,又有知识产权问题FKBP 神经免疫因子配体基因 1997年 美国基因公司将 FKBP 神经免疫因子配体基因转让给 Guiford公司,交易额高达 3.92 亿美元。这是迄今为止单个基因交易的最高价格寻求利润= 要求知识产权又有商机,又有知识产权问题寻求利润= 要求知识产权有关基因专利的论争 1998 年 5 月 1日出版的Science杂志上登载两篇观点相反的文章
25、又有商机,又有知识产权问题密执安大学法学院两位研究者 认为: 由于基因的专利化,使支离破碎和相互重叠的知识产权迅速增加,阻碍了上游知识向下游产品的转让 结果是:上游的知识产权越多,有用的下游产品反而越少他们主张: 决策者应对上游的专利进行合理的界定,最大限度地减少影响下游产品开发的限制性特许证又有商机,又有知识产权问题 同一期 Science 上,美国专利和商标局负责生物工程的官员的文章,题为“ DNA 的专利”, 认为:没有必要对现行专利制度进行改革。又有商机,又有知识产权问题3、对社会伦理的冲击随着 HGP 的进展,在不久的将来,技术上有可能 为每个人提供基因档案。好的方面: (1)每个人
26、可以了解自己的体质,使疾病的预防和治疗大为有效 (2)每个人可以根据自己的基因特征,扬长避短,规划自己的发展前途和成长道路对社会伦理的冲击问题方面:个人遗传信息(基因档案)的隐私问题和公正应用问题 个人基因档案是否个人隐私? 应如何得到保护? 是否会产生“基因”歧视? 上学、 招工、 医疗保险、 恋爱婚姻对社会伦理的冲击对社会伦理的冲击我这辈子没戏了!个人隐私!基因注定论?DNA Report对社会伦理的冲击要不是你的基因告了密,我们本可以录用你如何解决由此出现的问题?美国国会早已开始考虑制订法律,来确保个人的基因隐私权。对社会伦理的冲击 克林顿总统卸任前签署法令,禁止联邦机构把遗传信息用于人
27、员聘用过程。对社会伦理的冲击4、什么是后基因组计划?基因克隆计划:克隆和鉴定人的3-5万个基因基因组多样性计划: 代表基因组到个体基因组的研究cDNA计划:目标是建立不同组织、不同基因在不同时期的表达“目录”,即个体基因表达的时空图蛋白组计划:HGP的基因序列可以马上转化为信息的和物质的蛋白质一级结构。仿照HGP从单一的蛋白质转向大规模的种类、结构和功能的研究细胞计划:从分子水平到细胞水平的研究中国的HGP指导思想:参与、分享,重点是利用我们的资源,依靠我们自己的力量,为我们的子孙克隆我们自己的基因 生物的性状大都可以遗传,改变基因就可改变性状基因工程的基本原理四、什么是基因工程?(一)基因工
28、程的基本内容目的基因的获得目的基因与载体的连接成重组DNA分子重组DNA分子导入受体细胞筛选重组克隆 基因表达与产物分离基因工程1) 从基因所在的生物体直接取得限制性内切酶 2) 人工合成DNA片段(DNA合成仪)3) PCR反应合成DNA4) mRNA反转录成cDNA5) 机械切割的方法: 超声波、高速喷射基因工程1、目的基因的获得基因工程2、获得基因的PCR技术Kary B. Mullis (1944 -),在Cetus公司工作期间,发明了PCR。 他原本是要合成DNA引物来进行测序工作, 却常为没有足够多的模板DNA而烦恼。1983年春夏之交的一个晚上,他开车去乡下别墅的路上萌发了用两个
29、引物(而不是一个引物)去扩增模板DNA 的想法.Mullis开车的时候, 瞬间感觉两排路灯就是DNA的两条链,自己的车和对面开来的车象是DNA聚合酶,面对面地合成着DNA, 动画演示Mullis的第一个PCR实验 1983年9月中旬。 Mullis在反应体系中加 入DNA聚合酶后在37 一直保温。结果第二 天在琼脂糖电泳上没有 看到任何条带。于是他认识到有必要用加热来解链,每次解链后再加入DNA聚合酶进行反应,依次循环。1983年12月,他终于看到了被同位素标记的PCR条带。基因工程DNA 片段的分离凝胶电泳基因工程3、目的基因与载体的连接动画演示基因工程4、重组DNA分子导入受体细胞转化演示
30、基因工程5、筛选重组克隆 6、基因表达与产物分离重组 DNA 技术抽取DNA切下鼠DNA切开质粒DNA将质粒导入宿主细胞混合、连接 基因工程动画演示培养基中加抗生素培养裂解细胞释放DNA分子杂交分离扩增目的克隆基因工程重组DNA 技术(二)基因工程的应用转基因微生物转基因植物转基因动物转基因冶疗基因工程1、转基因微生物转基因生产药物:激素类、细胞因子、抗体、疫苗转基因工程菌:能源:石油二次开采、纤维素分解、太阳能转换环保:污水处理、废物处理 冶金:采矿轻工食品 :生产各类产品基因工程胰岛素1000 磅牛胰 10 克胰岛素200 升发酵液 10 克胰岛素干扰素1200 升人血 1 升发酵液23
31、万美元 / 病人 200300 美元 / 病人基因工程2、转基因植物抗虫转基因植物:毒素基因(如Bt)、其他基因抗病毒转基因植物:抗病毒基因、病毒蛋白基因等抗真菌转基因植物:几丁质酶基因、抗毒素基因抗逆转基因植物:抗盐、抗旱、抗热、抗冻、抗除草剂基因药用转基因植物:抗体、疫苗、生长因子、生长激素转基因植物食品:提高产量、改良品质其他转基因植物:抗早衰、产塑料(PHA)微生物聚脂基因工程3、转基因动物转基因动物品种:生长激素、抗病害基因(干扰素、抗体)转基因动物作为反应器:生产蛋白类药物转基因动物模型:筛选药物:抗肿瘤、抗病毒等转基因动物应用于器官移植:免疫排斥基因转基因猪基因工程转生长激素基因
32、小鼠基因工程动物多肽药物用途绵羊a1抗胰蛋白酶蛋白治疗气肿绵羊CFTR治疗 囊肿性纤维化绵羊组织型纤溶酶原活化因子治疗血栓绵羊凝血VIII因子、IX因子治疗血友病绵羊纤维蛋白原伤口愈合猪组织型纤溶酶原活化因子治疗血栓猪凝血VIII因子、IX因子治疗血友病山羊人蛋白质 C治疗血栓山羊抗血栓因子 3治疗血栓山羊谷氨酸脱羧酶治疗I型糖尿病山羊Pro542治疗爱滋 病牛a-乳清白蛋白抗炎症牛凝血VIII因子治疗血友病牛纤维蛋白原伤口愈合牛胶原蛋白 I, II组织修复, 治疗风湿性关节炎牛乳铁蛋白治疗肠道感染, 感染性关节炎牛人血清白蛋白维护血液体积鸡, 牛, 山羊单克隆抗体用于疫苗生产基因工程基因工程
33、药物4、转基因冶疗肿瘤基因冶疗分子遗传病的基因冶疗心血管病的基因冶疗 其他疾病的冶疗基因工程(三)为什么会有人反对转基因技术?基因工程宗教因素公众缺乏对现代科学技术的理解1998年11月,孟山都公司在印度的两块试验地被当地人焚烧,原因是该公司在转基因植物中采用了“雄性不育”技术。一些农民怀疑这些 “雄性不育” 的植物与人接触后也会使人患上“不育症”。瑞典的一个民意测验结果表明,60的人认为普通食物中没有基因。生态学家们出于生态平衡的考虑对未知的彷徨贸易壁垒的需要基因工程 2014年12月3日,辩论组织“智能平方”(Intelligence Squared)在纽约举办了一场辩论,主题是我们是否应
34、该支持转基因食品。这场辩论引发了很多关注,因为正反双方都是各自阵营里比较靠谱的人物,是正规选手之间的较量而非混乱骂战。G的评论是“终于有一场不大吵大闹的转基因辩论了”。(四)关于转基因的辩论基因工程1. 这是一种潜力巨大的技术,能够解决粮食安全相关的种种问题,包括植物疾病和害虫,还可能进一步减少肥料使用、提高生产力、带来有益的环境影响。很多益处已经成为了现实。2. 通过增加免耕土地面积、减少杀虫剂使用,它对环境已经带来了直接的益处。3. 不需要把转基因和传统育种对立起来,转基因原本就是在传统育种的基础上完成的。正方观点基因工程4. 抗药性对于任何技术来说都是问题,包括传统的除草剂和杀虫剂。演化
35、不会停步,不能因为抗生素会有抗药性就不再研发新的抗生素,转基因技术也是如此。5. 广泛的科学共识认为这项技术是安全的,包括美国国家科学院、美国科学促进会、英国皇家学会等等诸多组织都持这一立场。二十年的广泛研究和经验没有发现任何一例对人或动物有任何危害的实例(对此反方也承认了)。6. 并没有可靠的理论认为这项技术会对人或者动物的健康带来任何新的未知危害。正方观点基因工程1. 转基因技术盛名之下其实难副,许多看起来很有前景的技术一直在研发中,但我们只看到了少数几个有用的产品,还没有出现什么产品改变整个农业面貌。2. 支持转基因的证据大多来自早期的成功,但抗药性的增加将会让这些好处无法长期维持。3.
36、 转基因的明星地位会让人们忽略传统育种在对抗各种问题中起到的巨大贡献。反方观点基因工程4. 使用这一技术带来了抗性杂草和害虫,而且增加了除草剂的使用量,也许会危害人类健康(虽然他们承认并没有数据支持)。5. 这一技术的问题可能在现在的时间尺度下还不明显。6. 现有安全措施没有考虑到转基因技术快速的更新换代问题,批评家一直以来要求的安全措施很多也没有实现。反方观点基因工程根据规则,本场辩论正方获胜基因工程编辑的话 转基因是一个复杂的领域,其中有很多值得讨论的议题。但遗憾的是,大部分相关讨论很难获得成效,部分原因是辩论者会抱住一些违反基本事实的论点不放比如“美国人不吃转基因食品”、“转基因玉米致癌
37、”、“对虫子有害的东西怎么能吃”、“转基因完全不能增产”这样的论调。这让辩论无法在共同平台上进行。 转基因作物弊潜在的危害转基因/抗性基因的不良传播对生态系统的影响对生物多样性的潜在影响对遗传稳定性的担心对世界农业格局的冲击(种子垄断)基因工程五.合成生物学(syntheticbiology)/合成生物学就是全新设计建立一个生命系统,使其能够按预设的方式运行,同时具有复杂的动力学和逻辑特征。To make biology to engineer easier. Drew Endy, MIT什么是合成生物学 (syntheticbiology) ?病毒的全合成按“指令”发光的大肠杆菌合成生物学的
38、主要研究内容 合成新的生物元器件,其中包括: 设计和构建新的生物元器件和系统; 对于已有的生物原件的重新设计,使其完成特定 的功能; 有目的地对生物元器件进行组装,使系统获得新的功能; 生产出能满足人类需要的新的生命系统。合成生物学的目的是:“走到冰箱里,取出相应的生物零件,把它们组装起来,成为一个微小的生物机器”。合成生物学层级关系与计算机工程的类比示意图系统控制单元模块元件Adrianantoandro et al. Mol Sys Biol. 2006标准化生物模块生物积块“Biobrick” 经过标准化处理,具有标准的酶切位点的功能DNA序列。功能片段载体EXSP 标准化生物模块生物积
39、块“Biobrick”生物积块是标准化的生物模块,种类多生物积块经过改造具有很好的生物功能标准化的酶切位点标准化的描述文件和分类方法标准化的动力学参数模拟和背景iGEM Registry提供对于生物积块的宝贵经验共享“Biobrick”的连接XSPEXSEXSPEXSPEXSPEXSP逻辑门功能遗传线路逻辑门 启动子2启动子1lacIGFPtetR&荧光IPTGaTcIPTG aTc GFP000010100111与门IPTGaTc逻辑门功能遗传线路启动子2启动子1lacItetRGFPGFP启动子3逻辑门 IPTGaTc+荧光IPTGaTcIPTG aTc GFP000011101111或门
40、基因调控开关双稳态开关启动子2抑制子1启动子1抑制子2gfp诱导子1诱导子2人工细胞群体图案系统 gfpluxIPLtetO-1lacIM1cIgfp信号发生细胞高浓度中浓度lacIlacIM1cIgfp低浓度lacIM1cIlacIlacI基因线路的空间响应 人工细胞群体图案系统 大肠杆菌成像系统 当有光照刺激时,感光蛋白刺激并抑制EnvZ蛋白的自磷酸化过程,EnvZ蛋白通过使OmpR蛋白也无法磷酸化, 将其启动子关闭,作为融合基因的lacZ基因无法表达,此区域中无黑色化合物产生为菌苔原有的颜色。Classic Conditioned Reflex experiment was first
41、carried out by Pavlov on dog.2022/9/11Conditioned Reflex Mimicking in E.coli138The Ring is linked to Food!Learning & MemorySalivation0MemoryRingFoodSalivaLearning AND GateRecalling AND GateLogic Circuit139OR Synthetic Genome Brings New Life to Bacterium-“Synthia” 2010年5月21日的Science杂志上,报道了美国科学家Venter
42、研究团队将人工合成的蕈状支原体Mycoplasma mycoides的基因组转入山羊支原体Mycoplasma capricolum细胞,产生的人造细胞表现出后者的生命特性。他们将这一人造细胞称作“Synthia”(合成体)“辛西娅”菌落图“辛西娅”显微图Venter团队制造人造细胞的研究历程:1995年 开始2007年 实现两种支原体中天然基因组转移2008年 合成了生殖支原体的基因组DNA2010年 “Synthia”就是两种技术合而为一的结果1) 蕈状支原体的全基因组测序2) 通过计算机对合成序列的精密计算3) 合成1 078条均长为1 080 bp的DNA片段,片段两两间具有80 bp
43、的重叠较天然基因组略不同:去除了14个不重要的基因为阻断基因而设计的两个插入序列27处单核苷酸多态性4条用来区分于天然序列模本的“水印”标记 (Watermark)1.合成供体的基因组DNA实验步骤与原理合成的1 078条DNA片段分别连接到载体在酵母细胞中通过同源重组拼接10个一组拼接为大约10 kb的片段 (109个)4) 将109个片段每组10个再拼接成100 kb的片段 (11个)5) 这11条片段最终拼接成完整的1 077 947 bp的基因组2. 合成DNA片段的拼接3. 人工基因组的甲基化修饰4. 人工基因组移植入受体细胞构建好的人工合成基因组移植入山羊支原体内含人造基因组的细胞在含抗生素的培养基中培养通过生长和分离,受体细菌产生两个细胞,一个带有人造DNA,另外一个带有天然DNA。在抗生素的筛选下,含有天然DNA的细胞逐渐消失殆尽,最终只剩下含有山羊支原体细胞质但由合成的蕈状支原体DNA控制的人工嵌合体细胞“Synthia” 。文特尔人造生命合成示意图 科学狂人J. Craig VenterJohn Craig Venter 出生于
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