基因工程1前言课件

基因工程原理和方法

欢迎学习本课程，请多提宝贵意见！基因工程原理与方法第一章基因工程绪论第二章基因工程的工具酶第三章基因工程的载体第四章基因工程的受体第五章基因克隆第六章外源基因的高效表达第七章植物基因工程第八章动物基因工程第一节根本概念第二节基因工程的诞生与开展史第三节基因工程的研究内容与应用第一章绪论

第一节基本概念

1.基因1866年，孟德尔将控制性状的遗传因素称之为遗传因子。1909年，约翰生首次提出Gene一词，提出基因型与表现型的区别1910年以后，摩尔根提出遗传粒子理论，认为基因是一粒一粒在染色体上排列而成，且互不重叠20世纪40年代，随着遗传物质DNA的发现，及1953年，DNA双螺旋的结构解析，认为基因是具有一定遗传效应的DNA片段20世纪60年代，发现基因是可分的，功能上有差别的。20世纪70年代，发现断裂基因、重叠基因、跳跃基因，使对基因的认识更加深入。基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序列，它是遗传物质的最小功能单位。2.基因工程(geneengineering)

用人工方法,对DNA(基因)分子在体外(invitro)进行切割、连接、组成重组DNA分子.再导入生物体内,并使其在异种生物内复制、表达,从而使受体生物获得新的遗传性状,这一全过程称为基因工程.第一节基本概念

3.遗传工程(geneticengineering)凡是用人工的方法改造生物遗传性的技术都称为遗传工程.基因工程分子水平上的遗传工程细胞融合花粉育种常规育种有性杂交遗传工程细胞水平上的遗传工程个体水平上的遗传工程第一节基本概念

第二节基因工程的诞生与开展史基因工程的诞生理论上的三大发现遗传物质的发现DNA双螺旋构造的发现遗传信息传递方式的发现技术上的三大创造限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶实践上的三大实验重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异源表达实验遗产物质的发现1944年T·Avery肺炎双球菌的体外转化实验SIII光滑型有致病性RII粗糙型无致病性DNA双螺旋构造的发现1953年WatsonandCrick，Nature这个构造拥有一些全新的特征，对生物学来说具有相当的意义。

1962年诺贝尔奖威尔金斯弗兰克林

遗传信息传递方式的发现1968年诺贝尔生理学或医学奖得主遗传信息DNA

mRNA

蛋白质霍利（Holley）科拉纳（Khorana）尼伦伯格（Nirenberg）中心法则第二节基因工程的诞生与开展史基因工程的诞生理论上的三大发现遗传物质的发现、DNA双螺旋构造的发现、遗传信息传递方式的发现技术上的三大创造限制性内切酶质粒载体逆转录酶实践上的三大实验重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异源表达实验限制性内切酶的发现1970年H·Smith首次别离了Ⅱ型限制酶HindIII1978年诺贝尔奖基因克隆质粒载体的应用pSC101（plasmidStanleyCohen)复制单元抗生素抗性基因外源DNA克隆位点逆转录酶的发现1970BaltimoreandTemin同时发现Baltimore（巴尔的摩）Temin（谭明）1975年诺贝尔奖第二节基因工程的诞生与开展史基因工程的诞生理论上的三大发现遗传物质的发现、DNA双螺旋构造的发现、遗传信息传递方式的发现技术上的三大创造限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶实践上的三大实验重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异源表达实验1972年，斯坦福大学化学家P.Berg完成世界上第一个重组DNA实验SV40λDNA1973年，美国斯坦福大学医学院遗传学家Cohen，世界上第一个基因工程实验转化1973年被公认为基因工程诞生的元年非洲爪蟾rDNApSC101质粒EcoRIEcoRI3×106dal4.2×106dal3.9×106dal4.8×106dalTcrTcrTcroriorioriEcoRIEcoRIEcoRI1974年，Boyer&Cohen实现了真核生物基因在原核中表达获得转化子第二节基因工程的诞生与开展史基因工程的开展史基因工程的禁忌1974年呼吁所有涉及重组DNA的实验应该暂停1975年只能使用试管中才能存活的实验细菌进展1976年严格制止涉及致癌基因的重组DNA研究基因工程的腾飞1979年宣布放松“守那么〞准许克隆病毒致癌基因1982年美国科学家育成超级鼠1982年基因工程产物人胰岛素进入市场1990年首次基因治疗重度联合免疫缺陷症成功1991年美国倡导下启动人类基因组方案1997年美国人威尔英特克隆多利绵羊1971197374-767782怀疑诞生争论发展高潮平稳发展

供体细胞载体分子外源DNA外源基因分离酶切酶切连接转化扩增DNA重组分子受体细胞鉴定与表达重组转化子工程菌或细胞蛋白产物工程菌或细胞培养重组产物分离纯化第三节基因工程的研究内容及应用本课开设内容

围绕一个中心,弄清三个问题

基因工程基本过程(七步骤)工具酶

(技术工人)

载体

(交通工具)宿主(场地)基因克隆(建造)鉴定(验收)

表达(生产)目的基因的获得目的基因与载体连接重组DNA导入宿主重组体的筛选重组体的鉴定基因表达基因产物分离纯化切

转筛

查

产

收

连

二、基因工程技术的应用

1.基因工程与人类医疗保健

1.1基因工程药物目前正在研究和开发的基因工程多肽药物大约2000多种,其中127种投放市场,近2000种正在临床前研究.—生长激素释放抑制素50万头羊脑=9升E.coli=50mg—胰岛素100kg猪胰脏=10LE.coli=1g—生长激素250万头羊垂体=10LE.coli=5mg

—干扰素(病毒克星)8升人血提取1mg，1磅（453g）=200亿美元；基因工程：1磅<1亿美元。二、基因工程技术的应用

1.基因工程与人类医疗保健1.2基因诊断利用现代生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测基因结构及表达水平是否正常，从而对疾病作出诊断的方法。

发现新的II型糖尿病基因2021年科学家对II型糖尿病基因进展了密切研究，并揭开了其中的秘密。最终10个基因可能与增加患糖尿病的风险有关，这些发现将帮助专家准确锁定那些易患2型糖尿病的人群。发现骨关节炎相关的基因

著名权威医学杂志?自然基因?(NatureGenetics)期刊2007年发表一项研究调查结果，中国与日本的研究人员发现一种分泌蛋白质的基因GDF5异变，是骨关节炎的主要原因。发现儿童自闭症相关基因发现自闭症病儿具有的变异型ENGRAILED2基因，是没有自闭症的正常儿童所具有的两倍，存在着统计学上的显著差异。尽管还不清楚是否变异ENGRAILED2基因本身导致了自闭症，但这明确说明一种相应的基因或DNA变异与自闭症相关联。科学家正在解码肥胖基因

法国国家科研中心与英国伦敦帝国学院等研究机构的一项联合研究发现，人体内一种名为PCSK1的基因发生变异后，会增加肥胖风险。到2007年底，科学家有望得出一份“肥胖基因〞名单，从遗传角度解释超重现象。性别基因诊断有生物道德学家担忧，允许夫妇选择婴儿性别，会令某些国家男女不平衡的现象恶化。不过这种技术费用高昂，不太可能在开展中国家普及，即使在美国也不是人人可以负担得起。然而，这可能形成一种“设计婴儿〞的风潮，导致将来只有穷人的后代才会肥胖又秃头，造成不同的“基因阶级〞。二、基因工程技术的应用

1.基因工程与人类医疗保健1.3基因治疗将正常基因转入患者机体内,取代致病的突变基因表达所缺乏的基因产物,或通过基因调控的手段,有目的地抑制异常基因表达或重新开启已关闭的基因,达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、癌症的目的。

二、基因工程技术的应用

1.3.1基因治疗方式基因增补（geneaugmentation）基因修正（genecorrection）基因置换（genereplacement）基因失活（geneinactivation）免疫调节（immuneadjustment）第一例基因治疗临床实验腺苷脱氨酶基因基因治疗死亡病例1999年一位18岁青年盖幸格接受基因治疗仅仅4天便不幸死亡。2002年法国两名接受免疫缺陷基因治疗的儿童，又莫名其妙地患上了白血病基因治疗临床试验批准数年度变化曲线

基因治疗临床试验所涉及的疾病

2.基因工程与工农业2.1转基因植物植物转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分离到的目的基因，通过各种方法转移到植物的基因组中，使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状，如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。二、基因工程的应用植物抗虫基因工程抗病基因工程植物抗逆基因工程植物品质改良的基因工程植物生物反应器

BT玉米的开发苏云氏杆菌产生毒害剂的基因除害剂基因与质粒结合

BT玉米含转基因的幼苗植物细胞与重组基因重组基因在细菌中基因重组细菌共同培养培养扩增细菌

2.2转基因动物二、基因工程的应用建立人类疾病的动物模型器官移植的动物供体作为生物反应器

转基因奶牛产促红细胞生成素

40多亿美元

提高动物生长率方面（超