基因工程概况

基因工程概况基因工程概况第1页课程内容绪论第一章分子克隆工具酶第二章分子克隆载体第三章基因克隆与判定第四章PCR技术第五章基因突变技术第六章基因芯片技术第七章外源目标基因表示与调控基因工程概况第2页

参考书基因工程原理吴乃虎基因工程孙明高等教育出版社基因工程概论张惠展分子克隆生物学期刊杂志基因工程概况第3页能发光水母不能发光热带斑马鱼请您观赏能否让热带鱼也能发光?构想基因工程概况第4页能发荧光热带斑马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光基因工程概况第5页请您观赏超级小鼠与超级鱼基因工程概况第6页请您观赏抗虫害玉米抗虫棉能产生人胰岛素大肠杆菌基因工程概况第7页从大肠杆菌说起－－胰岛素胰岛素每100kg猪或牛胰腺中提取4~5g胰岛素

1979年，利用大肠杆菌DNA分子重组，L培养液提取100g，相当于2吨猪胰腺中提取量基因工程概况第8页胰岛素是治疗糖尿病特效药，长久以来只能依靠从猪、牛等动物胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成胰岛素基因导入大肠杆菌，每L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但处理了这种比黄金还贵药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!基因工程概况第9页从大肠杆菌说起－－干扰素

干扰素一千克纯干扰素价值可达440亿美元。传统生产方法：血液中提出白细胞，然后用病毒去感染它，这时会产生干扰素，1个细胞最多生产100~1000个干扰素分子基因工程：改造大肠杆菌发酵生产：一天内便可生产20万个干扰素分子。1KG培养物中能够得到20~40mg干扰素基因工程概况第10页干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“宝贵”程度自不用多说。人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等经过基因工程实现工业化生产，均为解除人类病苦，提升人类健康水平发挥了重大作用。人造血液及其生产基因工程概况第11页思索：1、为何能把一个生物基因“嫁接”到另一个生物上？2、推测这种“嫁接”怎样能实现？3、这种“嫁接”对品种改良有什么意义？基因工程概况第12页主要内容1.基因工程基础概念2.基因工程理论依据3.基因操作基础步骤4.基因工程发展历史5.基因工程研究内容6、转基因生物与转基因食品安全性基因工程概况第13页1.基因工程基础概念重组DNA技术

重组DNA技术是指将一个生物（供体）基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一个生物体（受体）内，使之按照大家意愿稳定遗传并表示出新产物或新性状DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。

所以，供体、受体、载体是重组DNA技术三大基础元件基因工程概况第14页基因工程含义

基因工程（GeneEngineering）：

利用DNA体外重组或PCR扩增技术从某种生物基因组中分离靶基因,或是用人工合成方法获取基因,然后经过一系列切割,加工修饰,连接反应形成重组DNA分子,再将其转入适当受体细胞,以期取得基因表示过程.

基因工程指重组DNA技术产业化设计与应用，包含上游技术和下游技术两大组成个别。上游技术指是基因重组、克隆和表示设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则包括到基因工程菌或细胞大规模培养以及基因产物分离纯化过程。

基因工程概况第15页二、基因工程理论依据

不一样基因含有相同物质基础基因是能够切割基因是能够转移多肽与基因间存在对应关系遗传密码是通用基因能够经过复制把遗传信息传递到下一代基因工程概况第16页基因工程概况第17页四个基础步骤：三基因操作基础步骤1）提取目标基因2）目标基因与运载体结合3）将目标基因导入受体细胞4）目标基因检测和表示基因工程概况第18页四．基因工程发展历史1）准备阶段

19世纪中孟德尔豌豆杂交试验遗传因子经典遗传学

20世纪初莫尔根果蝇杂交试验基因基因学

1944年艾弗瑞肺炎双球菌转化试验遗传物质DNA1953年沃森－克瑞克DNA双螺旋结构—搞清了遗传物质分子机制

1958年至1971年确立中心法则，破译64种遗传密码—使遗传学在分子水平上得到解释。

1972年美国Berg,Jackson等人将猿猴病基因组SV40DNA,噬菌体基因，大肠杆菌半乳糖操纵子，体外重组取得成功。基因工程概况第19页四．基因工程发展历史2）问世阶段

1973年美国斯坦福大学Cohen,Boyer等，在体外构建含有四环素，链霉素，两个抗性基因重组质粒分子,导入大肠杆菌后稳定复制，赋予受体细胞对应抗生素抗性。同时与他人合作将非洲爪蟾含核糖体基因DNA片段与质粒重组，转化大肠杆菌，转录出对应RNA-----（宣告基因工程诞生）基因工程概况第20页基因工程概况第21页四．基因工程发展历史3）发展阶段1978年美国Genentech企业利用重组大肠杆菌合成人胰島素先进生产工艺--------（揭开基因工程产业化序幕）1983年，携带有细菌新霉素抗性基因重组Ti质粒转化植物细胞取得成功。1990年，美国科学家对一名因腺苷脱氨酶基因缺点患有重度联合免疫缺点症儿童进行基因治疗取得成功。-------（分子医学新纪元）基因工程概况第22页四．基因工程发展历史1991年，美国提倡在全球实施人类基因组计划，用15年时间斥资30亿美元，完成12万5000个人类基因全部测序工作。1997年，英国科学家利用体细胞克隆技术复制出“多利”绵羊。------（人类能够在试验室进行复制本身尝试）年，邓宏魁，丁明孝教授克隆小白鼠在中国属首例。.12美国允许将克隆动物肉和奶制品进入市场,能够不作标识.但受百姓质疑.

克隆动物肉和奶制品将摆上百姓餐桌基因工程概况第23页五、基因工程研究内容基础研究基因工程克隆载体研究基因工程克隆受体研究目标基因研究基因工程工具酶研究基因工程新技术研究应用研究基因工程药品研究转基因植物研究转基因动物研究

其它方面应用研究基因工程概况第24页载体概念：

经过不一样路径能将承载外源DNA片段（基因）带入受体细胞，并在其中得以维持DNA分子称为DNA克隆载体或基因克隆载体。举例：

pET系列载体

T载体

pBR322等基因工程概况第25页受体细胞概念：

受体细胞也称为宿主细胞或寄主细胞，从技术上讲是能摄取外源DNA并使其稳定维持细胞；从试验目标上讲是有利用价值和理论研究价值细胞。举例：

原核生物（大肠杆菌；蓝藻）真核生物（酵母菌；植物；动物）基因工程概况第26页目标基因基因是一个资源，且是一个战略资源基因工程研究任务是开发大家特许需要基因产物基因组计划：从1990年开始，花费30亿，由美国、英国、日本、德国、法国和中国一起完成，我国负担基因组1％测序任务。年6月26日是人类历史上值得纪念一天。人类基因组工作草图已经绘制完成并于这天向全世界公布。最终完成图要求测序所用克隆能忠实地代表常染色体基因组结构，序列错误率低于万分之一。基因工程概况第27页工具酶概念：

体外进行DNA合成、切割、修饰和连接等系列过程中所需要酶，包含DNA聚合酶、限制性核酸内切酶、修饰酶和连接酶等。举例:DNA聚合酶（Taq酶，pfu酶）限制性内切酶（HindIII、SalI、KpnI）连接酶（T4连接酶）修饰酶（碱性磷酸酶）基因工程概况第28页新技术核酸凝胶电泳技术核酸分子杂交技术细菌转化转染技术DNA序列分析技术寡核苷酸合成技术基因定点突变技术聚合酶链反应（PCR）技术基因工程概况第29页

药品研究1.基因工程激素类药品（胰岛素；生长激素；促卵泡激素）2.基因工程细胞因子类药品（干扰素；集落刺激因子；白介素；肿瘤坏死因子；趋化因子等）3.基因工程抗体（抗肿瘤、抗感染、预防器官移植中排斥反应等）4.基因工程受体（细胞因子受体；免疫球蛋白受体；补体受体；抗原受体）5.基因工程疫苗（细菌疫苗；病毒疫苗；核酸疫苗；其它疫苗）基因工程概况第30页我国生产个别基因

工程疫苗和药品许多药品生产是从生物组织中提取。受材料起源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长快速，轻易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成对应药品成份基因导入微生物细胞内，让它们产生对应药品，不但能处理产量问题，还能大大降低生产成本。基因工程概况第31页基因工程人干扰素α-2b（安达芬）

基因工程概况第32页产品名称菌株或细胞应用人胰岛素大肠杆菌人生长激素大肠杆菌表皮生长因子大肠杆菌白细胞介素-2大肠杆菌a—干扰素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓剂哺乳动物细胞治疗糖尿病治疗生长缺点症治疗烫伤、胃溃疡治疗一些癌症治疗癌症或病毒感染预防病毒性肝炎治疗心血管病（心脏病）基因工程概况第33页天竺葵＋香茅醛转基因龙胆花色奇异基因工程概况第34页转基因植物研究1983年，转基因烟草和转基因马铃薯取得成功转基因目标：提升植物抗性改良作物品质作为生物反应器生产有用化合物举例：

1.提升植物抗性抗病毒方面，将病毒外壳蛋白基因转入植株中，是植物取得抗病毒能力。1986年首先将TMV外壳蛋白导入烟草和番茄中。见图基因工程概况第35页抗CMV病毒转基因番茄

烟草基因工程概况第36页甜椒在栽培过程中，轻易受病毒感染。我国科学工作者，采取转基因技术，培育出抗病毒甜椒。抗CMV病毒转基因甜椒基因工程概况第37页转基因植物研究1.提升植物抗性抗细菌和真菌——从抗病植物中克隆出抗病基因再导入易感病植物中，从而提升后者抗病性。如：抗白粉病、赤霉病和黄矮病小麦或将抗菌肽转入植株基因工程概况第38页转基因植物研究1.提升植物抗性抗虫方面——将抗虫基因导入易感植物中提升植物抗虫性苏云金杆菌Bt杀虫蛋白基因；胰蛋白酶抑制基因；凝集素基因基因工程概况第39页抗虫棉花基因工程概况第40页基因工程概况第41页由中国农科院生物工程中心开发Bt棉对棉铃虫有显著抗性。与对摄影比降低农药用量80％，并降低用工150个/hm2，以上二者可使每公顷节约1500元，Bt转基因棉种深受棉农欢迎。基因工程概况第42页

如今中国北部地域棉花有95%都已经是转基因了，只有新疆北部地域还在种植非转基因棉花。.

我国大豆食用油近七成是“转基因”产品基因工程概况第43页转基因植物研究1.提升植物抗性

抗除草剂——改变除草剂靶物敏感性或导入编码除草剂解毒酶基因如：将除草剂草甘膦靶酶（EPSPS）cDNA转入油菜，使油菜对草甘膦抗性提升4倍；将bar基因、bxn基因、tfdA基因导入作物提升抗性基因工程概况第44页抗除草剂大豆抗除草剂作物基因工程概况第45页转基因植物研究1.提升植物抗性

抗旱、抗寒、抗热和抗盐转基因番茄

1994年，美国政府同意了他们研制成功抗干旱、早熟、保鲜转基因番茄商品化之后，我国也相继成功培育出优良品种转基因番茄，以满足大家需求。

转鱼抗寒基因番茄基因工程概况第46页转基因植物研究2.改进植物品质

经过转基因技术改变植物中氨基酸组成和含量，提升植物品质

我国科学工作者，用转基因技术，能够转变矮牵牛花花色，使矮牵牛花花色愈加丰富多彩。基因工程概况第47页样品比较（左为普通棉花，右为兔毛转基因棉花）基因工程概况第48页转基因小麦

从植物体中分离出合成赖氨酸基因，把这基因转入小麦植株中，培育出转基因小麦。用这种转基因小麦制造出来面粉，更适适用来烤面包，而且面粉中赖氨酸含量高，这种面包营养价值高。

基因工程概况第49页转基因玉米

玉米是主要粮食之一，又能够提炼油脂，也能够用作食品和工业原料以及作饲料，满身是宝。大家称它是含金植物。如今培育出转基因玉米，品质更加好，产量更高。基因工程概况第50页

转基因油菜

油菜是大家食用油主要起源之一。普通油菜籽含油量约为40％左右。经过转基因技术，培育出来油菜籽，能够大大地提升它出油率。而且油纯度质量更加好。基因工程概况第51页转基因水稻基因工程概况第52页转基因动物改良家畜、家禽和鱼经济性状，或经过转基因动物生产一些药品和蛋白质等。如：将牛基因导入猪体内

美国弗吉尼亚技术制药工程研究院培育转基因猪，其体内含有些人类基因，产乳后其乳汁含有些人体蛋白fatorⅧ。据预计，只需300～600只这么母猪就能满足全世界对这种蛋白需求。基因工程概况第53页导入人基因具特殊用途猪和小鼠特殊动物图为年12月底出生5只可爱转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗企业称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适合用于人体移植手术使用动物器官提供巨大帮助。基因工程概况第54页世界上第一只转基因动物基因工程概况第55页经过转基因技术能够使绵羊产生更多更加好毛，甚至能够使绵羊产出不一样色彩羊毛基因工程概况第56页基因工程概况第57页其它方面应用1.酶制剂工业传统起源：动植物或微生物基因工程：将基因导入大肠杆菌，发酵取得

2.环境污染检测与治理工业生产造成环境污染，将降解有机污染物基因导入大肠杆菌中，分解有机物，净化环境。

基因工程概况第58页⑴环境监测：

基因工程做成DNA探针能够十分灵敏地检测环境中病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来基因工程概况第59页利用基因工程培育“指示生物”能十分灵敏地反应环境污染情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还能够吸收和转化污染物。基因工