基因工程及主要研究内容

基因工程及主要研究内容第1页/共15页§1基因工程及其主要的研究内容1.1基因工程的诞生1.1.1基因工程诞生的理论基础

1、40年代确定了遗传物质的化学本质；

2、50年代揭示了DNA分子的双螺旋模型和半保留复制机理，并提出了“中心法则”；

3、60年代提出了操纵子学说，并破译了通用遗传密码。第2页/共15页

1.1.2基因工程诞生的技术基础

1、DNA分子的体外切割技术；

2、DNA分子的核苷酸序列分析技术；

3、琼脂糖凝胶电泳技术和Southern印迹转移杂交技术

1.1.3个对基因工程的诞生具有重要意义的发现

1、DNA连接酶（1967、1970）和核酸限制性内切酶（1972）的发现；

2、基因克隆载体：质粒和噬菌体；

3、大肠杆菌转化难题的解决第3页/共15页1.1.4基因工程的诞生

1、1972年，斯坦福大学的P.Berg小组第一次成功完成了DNA的体外重组：

SV40(EcoR1切）+λ噬菌体(EcoR1切）+DNA连接酶

2、1973年，斯坦福大学的S.Cohen等人第一次成功完成了基因克隆实验：

R6-5(kanr)+pSC101(Tetr)+EcoR1→+DNAligase→重组DNA分子→转化E.coli→E.coli(Tetr、kanr)第4页/共15页1.2基因工程的诞生与有关学科间的关系第5页/共15页1.3重要历史事件第6页/共15页第7页/共15页1.4基本概念及主要的研究内容1.4.1基本概念

1、基因工程：在体外将核酸分子插入人工改造构建的病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之参入到原先没有这类分子的寄主或受体细胞内，而能持续稳定地繁殖。

2、遗传工程：以改变生物体性状特征为目标的遗传信息量的操作，它既包括了常规的选择育种，也包括了相对复杂的基因克隆等不同的技术层次。

3、克隆：从一个共同祖先无性繁殖下来的一群遗传上同一的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体或得到这些特殊生命群体的实验操作过程。第8页/共15页4、基因克隆或DNA分子克隆：利用微生物制备大量纯一的特定DNA片段的过程。

5、重组DNA技术：将不同来源的DNA分子通过酶切、连接的方法重新组合在一起的技术。1.4.2主要的研究内容或步骤

1、从生物体基因组中，经过酶切消化或PCR扩增等步骤，分离带有目的基因的DNA片段；

2、在体外，将带有目的基因的外源DNA片断连接到能够自我复制的并具有选择标记的载体分子上，形成重组DNA分子；第9页/共15页3、将重组DNA分子通过适当的方法转移到合适的受体细胞或寄主细胞，并与之一起增殖；

4、从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆；

5、从这些筛选出来的受体细胞克隆中提取出已经得到扩增的目的基因，供进一步分析研究使用；

6、将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质第10页/共15页1.5基因工程的安全性1.5.1人类对基因工程安全性的担忧

1、通过基因工程可能产生人类难于控制的危险生物物种；

2、破坏生命的自然进化；

3、病毒等载体更容易使后果不详的重组DNA分子在人类和其它生物体内传播；

4、基因工程中作为选择性标记或应用目的而广泛采用的抗菌素抗性基因的传播，有可能带来无法抑制的微生物，从而给人类健康带来危害；

5、转基因物种的现实和潜在的危险；

6、基因武器的实际危险性比任何现有的武器都大；

7、恐怖主义分子掌握先进的生物技术；

8、新型生命有机体可能破坏自然规律和平衡。第11页/共15页1.5.2重组DNA研究的安全准则（美国国家卫生研究院NIH1976年）1、物理防护标准：（1）P1级实验室：一般的装备良好的普通微生物实验室；（2）P2级实验室：在前者的基础上，装备负压的安全操作柜；（3）P3级实验室：全负压实验室+安全操作柜；（4）P4级实验室：专用实验大楼+与其它建筑物有安全的隔离带+细菌操作带手套+其它必要的隔离装置+实验者不会直接接触细菌等。第12页/共15页2、生物防护标准（针对大肠杆菌）：（1）EK1级：符合该标准的大肠杆菌菌株一般都要死亡的；

（2）EK2~3级：符合该标准的大肠杆菌菌株在自然环境中则是无法存活的。第13页/共15页1.6重组DNA技术的应用和发展1.6.1基因结构和功能的研究1.6.2基因组研究1.6.3转基因作物研究1.6.4转基因动物的研究1.6.5基因工程药物研究1.6.6遗传性疾病的基因诊断和治疗研究1.6.7生物反应器的研究1.6.8生物种系发生和进化研