普通生物学-生命科学通论

第八讲基因工程学习目标1、掌握基因工程的原理和过程2、了解基因工程在工农业、医药卫生等的应用3、了解基因工程产品和食品的可能潜在风险4、了解生物制药的原理和方法5、了解药物基因组学的内容一、基因工程的概念

geneticengineering定义：又称为重组DNA技术，指将某些特定的基因或DNA片断，通过载体或其它手段送入受体细胞，使它们在受体细胞中增殖并表达的一种遗传学操作。目的:是生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并能稳定遗传。基因工程的概念重要特征：1、可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新性状2、某一段DNA可在受体细胞内进行复制，为制备大量纯化的DNA片段提供了可能基因工程的概念应用价值：1、工业中的应用2、在医学中的应用3、农林牧渔业中的应用4、生命科学基础理论研究二、基因工程技术路线1、DNA片段的取得（目的基因的分离和制备）2、DNA片段和载体的连接——重组体DNA3、外源DNA片段引入受体细胞——基因克隆和基因文库4、选择基因（目的基因）5、目的基因表达切接转选表达（一）DNA片段的获得1、从基因所在的生物体直接取得限制性内切酶（restrictionenzymes）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、用机械的方法超声波、粘性末端、平整末端200多种限制性内切酶，切点各不相同（二）DNA片段和载体的连接

——重组体DNA载体：细菌中的质粒、温和噬菌体重组体DNA：载体DNA+引入的DNA粘性末端平整末端连接酶（三））重组组体DNA引入入受体体细胞胞受体:大肠肠杆菌菌、真真核细细胞转基因因动物物（transgenicanimals））：接受了了外源源基因因，发发生了了性状状改变变的动动物克隆（（clones）、、无性性繁殖殖系:基因文文库（（genelibrary）（四））选择择基因因分子杂杂交（（molecularhybridization））：基因序序列遗传学学方法法：性性能免疫学学方法法：蛋蛋白质质探针（（probes）:根据所所需基基因的的核苷苷酸顺顺序制制成一一段与与之互互补的的核苷苷酸短短链，，并用用同位位素标标记合成，，蛋白白质———核核苷酸酸顺序序mRNA———cDNA原位分分子杂杂交（五））目的的基因因的表表达目的基基因在在插入入载体体后，，在其其编码码顺序序的5’端端有能能被受受体细细胞识识别的的启动动基因因顺序序及能能和核核糖体体结合合的顺顺序。。则该该目的的基因因就可可以表表达，，从而而使是是因工工程得得以实实现。。基因工工程技技术路路线2三、应应用生命科科学基基础理理论研研究中中的应应用农林牧牧副渔渔中的的应用用工业中中的应应用在医学学中的的应用用（一））在基基础研研究中中的应应用几乎在在所有有生命命科学学分支支学科科中得得到应应用DNAcomputationMolecularComputationbyDNAHairpinFormation,byKensakuSakamoto,etal（（2000）DNA-BasedComputerTakesAimatGenesDennisNormile（（2002）（二））在农农业上上的应应用1.增增加农农作物物产品品的营营养价价值，如：：增加加种子子、块块茎的的蛋白白质含含量，，改变变植物物蛋白白的必必需氨氨基酸酸比例例等。。2.提提高农农作物物抗逆逆性能能如：抗病病虫害害、抗抗旱、、抗涝涝、抗抗除草草剂等等性能能。3.提提高光光合作作用效效率将将是提提高农农作物物产量量的一一个有有效方方法。。4.生生物固固氮的的基因因工程程。若能能把禾禾谷等等非豆豆科植植物转转变为为能同同根瘤瘤菌共共生，，或具具固氮氮能力力，将将代替替无数数个氮氮肥厂厂。5.增增加植植物次次生代代谢产产物产产率。植物物次生生代谢谢产物物构成成全世世界药药物原原料的的25%，，如治治疗疟疟疾的的奎宁宁、治治疗白白血病病的长长春新新碱、、治疗疗高血血压的的东莨莨菪碱碱、作作为麻麻醉剂剂的吗吗啡等等。6.运运用转转基因因动物物的技技术，，可培培育畜畜牧业业新品品种。。7.其其它。。（三））在工工业中中的应应用啤酒酿酿造白酒和和黄酒酒的酿酿造和酒精生生产干酪“吃油油”工工程菌菌纤维素素酶（四））在医医学中中的应应用1.基基因工工程用用于生生产蛋蛋白质质类药药物治疗糖糖尿病病的胰岛素素，是一一种51个个氨基基酸残残基组组成的的蛋白白质1982年年美美国EliLilly公公司推推出基基因工工程制制造的的人胰胰岛素素，商商品名名为(Humulin)。干扰素素用于治治疗肝肝炎等等病毒毒感染染性疾疾病，，有良良好疗疗效。。1升升发酵酵液中中所得得的干干扰素素相当当于过过去从从1000升升人人血中中所得得。生生产成成本也也大为为降低低。目前用用基因因工程程生产产的蛋蛋白质质药物物已达达数十十种，，许多多以前前本不不可能能大量量生产产的生长长因因子子，凝血血因因子子等蛋蛋白白质质药药物物，，现现在在用用基基因因工工程程办办法法便便可可能能大大量量生生产产。。正在在开开发发的的350种种生生物物技技术术药药物物中中，，1/3以以上上用用于于肿肿瘤瘤，，其其中中有有30种种用用于于黑黑素素瘤瘤，，20种种用用于于结结直直肠肠癌癌，，13种种用用于于乳乳腺腺癌癌，，13种种用用于于前前列列腺腺癌癌。。正在在开开发发的的疫疫苗苗有有77种种，，用用于于预预防防或或治治疗疗HIV感感染染、、AIDS、、结结直直肠肠癌癌、、胰胰腺腺癌癌、、乳乳腺腺癌癌、、肺肺癌癌、、结结肠肠癌癌、、前前列列腺腺癌癌、、多多发发性性硬硬化化、、中中风风。。正在在开开发发的的生生物物技技术术药药物物中中，，有有29种种用用于于HIV感感染染、、AIDS和和AIDS相相关关疾疾病病；；19种种用用于于自自身身免免疫疫性性疾疾病病，，其其中中11种种用用于于类类风风湿湿性性关关节节炎炎、、3种种用用于于狼狼疮疮；；8种种用用于于血血液液疾疾病病，，其其中中4种种用用于于血血友友病病，，一一种种用用于于镰镰形形细细胞胞性性贫贫血血。。2.基基因因工工程程用用于于疫疫苗苗生生产产常用用的的制制备备疫疫苗苗的的方方法法，，一一种种是是弱弱毒毒活活疫疫苗苗，，一一种种是是死死疫疫苗苗。。两两种种疫疫苗苗各各有有自自身身的的弱弱点点。。活活疫疫苗苗隐隐含含着着感感染染的的危危险险性性。。死死疫疫苗苗免免疫疫活活性性不不高高，，需需加加大大注注射射量量或或多多次次接接种种。。利用用基基因因工工程程制制备备重组组亚亚基基疫疫苗苗，可可以以克克服服上上述述缺缺点点，，亚亚基基疫疫苗苗指指只只含含有有病病原原物物的的一一个个或或几几个个抗抗原原成成分分，，不不含含病病原原物物遗遗传传信信息息。。重重组组亚亚基基疫疫苗苗就就是是用用基基因因工工程程方方法法，，把把编编码码抗抗原原蛋蛋白白质质的的基基因因重重组组到到载载体体上上去去，，再再送送入入细细菌菌细细胞胞或或其其他他细细胞胞中中区区大大量量生生产产。。这这样样得得到到的的亚亚基基疫疫苗苗往往往往效效价价很很高高，，但但决决无无感感染染毒毒性性等等危危险险。。在酵酵母母中中表表达达乙乙型型肝肝炎炎表表面面抗抗原原HBsAg产产量量可可达达每每升升2.5mg，，已已于于1984年年问问世世。。基因因工工程程生生产产疫疫苗苗有有良良好好的的发发展展前前景景。。3.基基因因工工程程用用于于基基因因治治疗疗人体体基基因因的的缺缺失失，，导导致致一一些些遗遗传传疾疾病病，，应应用用基基因因工工程程技技术术使使缺缺失失的的基基因因归归还还人人体体，，达达到到治治疗疗的的目目的的，，已已成成为为基基因因工工程程在在医医学学方方面面应应用用的的又又一一重重要要内内容容。。克隆隆羊羊试试验验成成功功打打开开了了广广泛泛应应用用的的大大门门1/蛋蛋白白质质——肽肽类类药药物物的的生生产产2/器器官官移移植植3/挽挽救救珍珍稀稀濒濒危危动动物物4/良良种种牲牲畜畜的的繁繁育育5/用用于于研研究究的的动动物物模模型型的的建建立立克隆隆技技术术所所带带来来的的挑挑战战四、、负负面面效效应应1、、伦伦理理2、、不不可可预预见见性性危危害害五、、药药物物开开发发（一一））药药物物作作用用机机制制（二二））药药物物基基因因组组学学(一一)药药物物作作用用机机制制1．．理理化化反反应应2．．参参与与或或干干扰扰细细胞胞代代谢谢3．．影影响响生生理理物物质质转转运运4．．对对酶酶的的影影响响5