动物生物技术课件：第一章 绪论

动物生物技术AnimalBiotechnology甲型H1N1流感病毒包含有禽流感、猪流感和人流感病毒的核糖核酸基因片断，同时拥有亚洲和非洲猪流感病毒特征?卫生部长陈竺试种第二针国产甲流疫苗埃博拉病毒Ebolavirus武汉病毒所开发研制出具有自主知识产权的“埃博拉病毒快速检测试纸条”和“埃博拉病毒抗体ELISA检测试剂盒”，并在法国里昂P4（生物安全等级4级）实验室获得验证埃博拉病毒生物安全等级为4级（艾滋病、SARS病毒为三级），致死率可达90%2015年诺贝尔生理学或医学奖授予爱尔兰医学研究者坎贝尔(WilliamC.Campbell)和日本的大村智(Satoshiōmura)以及中国药学家屠呦呦(YouyouTu)，以表彰他们发现了治疗疟疾的开创性疗法和治疗蛔虫感染的新疗法。在190次失败之后，屠呦呦的课题组在第191次低沸点实验中发现了抗疟效果为100%的青蒿提取物。1、绪论2、分子生物学基础3、动物基因工程4、动物细胞工程5、动物胚胎工程6、转基因动物7、动物分子诊断及免疫技术8、动物分子标记辅助育种技术9、动物营养生物技术课程组织参考资料参考书：蒋思文等，动物生物技术李丽立、杨坤明等，现代生物技术与畜牧业Smith

JE，生物技术概论何忠效等，生物技术概论瞿礼嘉等，现代生物技术导论杂志：Nature,Science,Cell,NatureBiotechnology,AnimalBiotechnology,BiotechnologyAdvances,BiotechnologyLetters,TrendsinBiotechnology等。第一章绪论一、现代生物技术概述二、动物生物技术的发展历程及其应用三、动物生物技术的前景一、现代生物技术的概述“生物技术”最初是由KarlEreky于1917年提出19世纪，人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产1928年，Flemming发现了青霉素抗生素；澳大利亚病理学家霍华德.弗罗里因进行青霉素化学制剂的研究青霉素发明者、英国科学家弗莱明在他的实验室内

20世纪40年代，获取细菌的次生代谢代谢物抗生素工业；20世纪50年代，氨基酸发酵工业；20世纪60年代，酶制剂工业；1953年JamesWatson和FrancisCrick共同发现DNA(脱氧核糖核酸)双螺旋结构

FrancisCrick&JamesWatson1973年，HerertBoyer和StanleyCohen完成第一个DNA重组实验以现代生命科学为基础,结合先进的工程技术手段和其它基础学科的科学原理，

按照预先的设计，定向地在不同水平上改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需产品或达到某种目的的综合性科学技术。1986年，我国国家科委制订《中国生物技术政策纲要》时现代生物技术定义基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程现代生物技术基因工程主要原理应用人工方法把不同生物的遗传物质从细胞中分离出来，在体外进行切割和拼接，并将重组后的DNA导入某种宿主或个体，从而改变它们的遗传特征，育成新的品种或使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）

目的基因基因载体重组体分切接转筛表总体技术路线细胞工程

指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培育、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特征按照人们的意愿进行改良和创造设计，获得细胞产品或利用细胞体本身的技术。单细胞藻类培养

细胞工程一些单细胞低等植物如单细胞藻类的大规模培养成为细胞工程的重要组成部分获得蛋白质资源、营养食品、精细化工产品等高等植物细胞培养

细胞工程高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。蝴蝶兰试管苗工厂化生产利用动物细胞工程生产一些药品，如红细胞生成素、抗血友病因子、组织纤溶酶原激活物（tPA）等

细胞工程动物细胞培养细胞融合、细胞重组、杂交瘤技术

细胞工程细胞融合是指在离体条件下，用人工方法将不同种生物或同种生物不同类型的单细胞通过无性方式融合为一个杂合细胞的技术细胞重组是把不同种类的细胞部件重新组合装配，包括核移植、叶绿体移植、核糖体重建及线粒体装配等。杂交瘤技术是通过细胞融合产生特异杂交瘤细胞。1975年，著名免疫学家米尔斯坦和同事克勒尔在英国剑桥大学分子实验室内巧妙地把B淋巴细胞和能无限生长的骨髓瘤细胞合并成一个杂交瘤细胞。杂交瘤细胞因而具备了双重特性：既能无限生长，又能产生B淋巴细胞的抗体。当杂交瘤细胞注射进老鼠腹腔后，它就能产一种特异性抗体－单克隆抗体。酶工程：

指利用酶、细胞器或细胞所具有的催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一种技术。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。如：加酶洗衣粉固定化酶、酶分子改造技术和酶反应器的设计是当前酶工程的重点。近年把酶电极生物传感器也归到酶工程范围内。如:底物＋固定化酶→化学信号→电信号→人视觉→控制反应。生物传感器原理示意图葡萄糖生物传感器（研究最多、商品化最早）葡萄糖生物传感器（研究最多、商品化最早）（A）血糖试纸和电极型血糖仪；（B）铁氰化钾/亚铁氰化钾导电介质氧化测定葡萄糖的原理发酵工程

利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程中的特殊性等特点，在合适的条件下，通过现代化工程技术手段，利用微生物特定功能生产出人类所需产品的一种技术。发酵工程三组成部分：上游工程，发酵工程和下游工程。上游工程包括优良菌株的选育，最适发酵条件(pH、温度、溶氧和营养组成)的确定，营养物的准备等。发酵工程指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。发酵前严格的无菌生长环境建立；发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术、加料速度的计算机控制技术、种子培养的工艺技术。下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。蛋白质工程

指在基因工程的基础上，结合蛋白质晶体学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科知识，通过基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质的一种技术。这被称为是生物技术发展的第二浪，如通过增加或减少人工二硫键、置换氨基酸等修饰技术，提高或改变活性多肽(激素、酶、细胞因子)的稳定性动物生物技术：

以动物为主要研究对象，采用基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、发酵（微生物）工程等现代生物技术对动物品质和性状进行改造的生物技术，包括获得新型生物制品或饲料添加剂，培育高产、优质、抗逆的畜禽品种；是生物技术的重要组成部分。动物胚胎工程是用人工方法对动物卵母细胞或胚胎进行改造的技术。包含胚胎移植、排卵控制、体外受精、胚胎性别控制、胚胎分割、胚胎冷冻、胚胎嵌合等。目前,胚胎工程已在遗传学、医学、发育生物学、动物育种学上得到广泛应用1917,KarlEreky首次使用“生物技术”这一名词1943，大规模工业生产青霉素1944，Avery,MacLeod和McCarty通过实验证明DNA是遗传物质1953，Watson和Crick阐明了DNA的双螺旋结构1961，《生物技术和生物工程》杂志创刊二、动物生物技术的发展历程及其应用1961－1966，破译遗传密码1970，分离出第一个限制性内切酶1972，Khorana等人合成了完整的tRNA基因1973，Boyer和Cohen建立了DNA重组技术1975,Kohler和Milstein建立了单克隆抗体技术1976，第一个DNA重组技术规则问世1978，Genentech公司在大肠杆菌中表达出胰岛素1980，美国最高法院对Diamond和Chakrabarty专利案作出裁定，认为经基因工程操作的微生物可获得专利1981，第一台商业化生产的DNA自动测序仪诞生第一个单克隆抗体诊断试剂盒在美国被批准使用1982，用DNA重组技术生产的第一个动物疫苗在欧洲获得批准1983，基因工程Ti质粒用于植物转化1988，PCR方法问世1990，美国批准第一个体细胞基因治疗方案1997，英国科学家培养出第一只克隆绵羊多莉1998，美国批准艾滋病疫苗可以进行人体试验日本科学家培养出克隆牛，英美等国培养出克隆鼠2000，英国科学家培养出转基因克隆猪2001，人类基因组框架图公布2002，水稻基因组框架图公布小鼠基因组框架图公布2003，中国科学家研制的重组腺病毒－p53注射液获得国家食品药物监督管理局批准的新药证书，成为世界上第一个获得正式批准的基因治疗药物2004，英国当局（HumanFertilisationandEmbryologyAuthority,HFEA）首次批准英国一科研单位进行人类细胞核移植治疗克隆治疗2007，猪基因组测序结果公布2007，首次绘出狗的基因组序列草图2008，英国成功制造人兽混合胚胎成活3天2008，大熊猫“晶晶”基因组框架图绘制完成2008，日本科学家成功克隆冷冻16年死亡老鼠2009，中国科学家获得世界首批iPS细胞克隆活体小鼠英国科学家诱导出精子样细胞2010，美生物学家制造出了首个完全由人造基因指令控制的细菌；利用老鼠细胞培植出可分解毒素的人造老鼠肝脏；通过开启过早衰老的老鼠体内的一个端粒酶基因，扭转了老鼠的衰老进程；英科学家使用胚胎干细胞制造出红血球2011，首个癌症病毒治疗成功日本科学家培育出人造精子2012，生物技术重建灭绝动物古基因

证实单倍体孤雄干细胞具有可替代精子和快速传递基因修饰的能力2013,首次利用核移植技术复活八十年代灭绝动物首次在活体小鼠中构建iPS细胞首次制造出人造微型肾脏2014，研制出新一代模仿人脑计算机芯片基因疗法首次降伏HIV或可促“功能性治愈”艾滋病

发现助推“返老还童”的蛋白2015，人工培养出肾脏细胞器揭开不死虫再生之谜克隆技术的发展1938年：德国科学家首次提出克隆的设想。1952年：科学家开始用青蛙克隆试验。1970年：克隆青蛙试验取得突破，青蛙卵发育成为了蝌蚪，但是在开始进食后死亡。1981年：科学家进行克隆鼠试验，用鼠胚胎细胞培育出了发育正常的鼠。1984年：第一只胚胎克隆羊诞生。1997年2月：英国罗斯林研究所宣布克隆羊培育成功。他们用取自一只6岁成年羊的乳腺细胞培育成功一只克隆羊。277次乳腺细胞核移植实验；获得29个发育为8细胞的“胚”；13头代孕母亲克隆羊的意义——理论意义：证明已分化的高等动物的体细胞仍然具有潜在的遗传表达全能性，也证明了用现代生物技术复制或克隆高等动物甚至人类的可能性。1998年2月23日：英国PPL医疗公司宣布，该公司克隆出一头牛犊“杰弗逊”先生。1998年7月5日：日本科学家宣布，他们利用成年动物细胞克隆的两头牛犊诞生。1998年7月22日：科学家采用一种新克隆技术，用成年鼠的体细胞成功地培育出了三代共50多只克隆鼠，这是人类第一次用克隆动物克隆出克隆动物。1999年5月31日：美国夏威夷大学的科学家，利用成年体细胞克隆出第一只雄性老鼠。2000年1月：美国科学家宣布克隆猴成功，这只恒河猴被命名为“泰特拉”。2000年3月14日：英国PPL公司宣布，他们成功克隆出5只克隆猪，这是人类首次培育出克隆猪。2003年Dolly死亡2001年12月22，美国科学家经188次实验，培育出世界上第一只克隆猫2003年，美国成功克隆骡，法国克隆出大鼠，意大利克隆出马克隆狗“斯纳皮”（中）和爸爸（左）与妈妈2005年韩国克隆出狗2007年，韩国科研人员宣布成功克隆狼2008年11月，日本科学家宣布成功克隆了一只已经冷冻了16年的老鼠2009年4月14日，迪拜科学家声称成功培育出世界上第一只克隆骆驼。2009年，韩国成功培育出全球首例克隆“荧光狗”2011年，韩国科研人员近日利用“极速”冷冻和解冻卵子的技术成功克隆了一头已经死亡的牛。2013年，日本科学家用一滴血克隆出一只老鼠2015年美国第一个转基因动物大西洋鲑鱼上市2015年，韩国和中国的共同研究小组培育出了体格大又几乎没有脂肪的“超级猪”上世纪60年代，生物学家童第周对金鱼进行细胞核移殖。这是我国有记录的第一次动物克隆实验我国克隆技术的发展1981年，中科院水生生物所的科学家用成年鲫鱼的肾脏细胞克隆出一条鱼，证明成年鱼的体细胞也可去分化和再程序化，这比用成年体细胞克隆出的“多利”羊早了15年。但遗憾的是，由于种种原因，中国的克隆鱼研究并未获得国外学界的重视。1999年，我国第一只体细胞克隆山羊诞生2000年6月，中国再次成功获得体细胞克隆山羊“阳阳”2003年，2月26日，阳阳喜做太姥姥2002年1月18日我国首只本土克隆牛“委委”诞生

中国第一头体细胞克隆猪（2005年8月5日）2006年，成功培育出我国首例绿荧光蛋白“转基因”克隆猪。完成转基因克隆奶牛的“再克隆”和冷冻卵母细胞克隆2007年，国际首例转基因克隆兔在中国上海诞生2009年，获得世界首批诱导iPS细胞克隆活体小鼠2013年我国首次成功将克隆猪的肝脏移植到猴子体内2014年我国首例纯种克隆藏獒在威海顺利诞生2015年，通过基因编辑技术培育出迷你宠物猪三、动物生物技术的前景1、对人类生活的影响更加准确的诊断、预防或治愈传染病和遗传疾病；有效地提高作物的产量，获得具有抗虫、抗真菌、抗病毒、抗逆境等优良性状的植物；开发制造可以生产化学药物、生物多聚体、氨基酸、酶类和各种食品添加剂的微生物和动物细胞；简化从环境中清除污染物和废弃物的程序。创造带有更多优良性状的家畜和其他动物；

运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物获得供器官移植的纯种猪需要：

去掉猪抗原性

移入人抗凝血因子

近交20代约需20年克隆技术使纯种猪培育时间大为缩短。乳腺生物反应器

荷兰生产促红细胞生成素(EPO)的转基因牛

年产值40亿美元

英国生产-胰蛋白酶制剂的转基因羊一杯羊奶6000美元

中科院发育所199