ch01绪论细胞工程

细胞工程

CellEngineering

主讲教师：左振宇教材与参考书：《细胞工程》李志勇，科学出版社，2003《植物细胞工程》谢从华，高等教育出版社，2004《植物细胞培养技术与应用》郭勇，化学工业出版社，2004《植物细胞工程》朱至清，化学工业出版社，2002《动物细胞工程》徐永华，化学工业出版社，2002《细胞实验指南》D.L.Spector,ColdSpringHarborLaboratory,1998

课程安排

总学时：36学时第一篇绪论：2个学时细胞工程基础：2个学时第二篇植物细胞工程：18个学时植物组织器官的离体培养12

植物体细胞培养及大规模生产3

植物原生质体的分离、融合及培养3

第三篇动物细胞工程：14个学时动物细胞与组织培养5

器官培养与干细胞3

动物细胞融合技术2

胚胎工程2

克隆技术2

讨论或答疑：2个学时关于考试期终考试成绩：占80%平时成绩：考勤、回答问题等占20%考试形式：闭卷考试（百分制）关于教学方法由于本门课是工程类课程，也是一门新兴学科，在课堂教学中，希望同学们积极参与！

网上学习资源动物/细胞生物学专业信息网－第四军医大学国家动物细胞大规模培养中试基地植物/植物组织培养网http:///Volume1细胞工程概述及基础Chapter1

绪论

Section1

生物工程一、概念

生物工程是以生物科学为基础，利用生物个体或生物器官、组织、细胞的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系（包括细胞系），以及与工程原理相结合进行产品加工生产的综合性技术体系。现代生物工程特征：多学科性、商业性、规模化生物工程的内涵主要是：

运用现代生物学理论与科学技术，改造细胞的遗传物质，培育出人们需要的生物新品种；工业规模地利用现有生物体系，制备生物产品；模拟生物体系，以生物化学工程代替化学工程，制备工业产品；发展相应的科学理论与工程技术。12第一代生物工程：1857年巴斯德证实酒精发酵是由活酵母引起。19世纪末到20世纪30年代，不少工业发酵的出现，以工业微生物工程生产发酵产品为代表的真正意义的生物工程正式诞生。

近代生物工程：

抗生素工艺：1928年弗来明发明青霉素，1943年开发出青霉素的生产工艺。随后出现的氨基酸发酵工艺、酶制剂工艺特点：好气发酵，产品包括初、次级代谢产物，发酵规模大，技术要求高。现代生物工程：

20世纪70年代，随着基因重组、细胞和组织培养、酶的固定化、动植物细胞的大规模培养、现代生物反应器和计算机等技术的应用，生物工程进入到新的发展阶段。代表技术：DNA重组、细胞融合等技术代表性生物技术产品：转基因生物与克隆动物、体细胞克隆羊“多莉”的诞生。二、发展历程现代生物工程的特点与组成

基因工程生物工程四大领域细胞工程发酵工程酶工程（一）发酵工程（微生物工程）

发酵工程是指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器（bioreactor）中生产有用物质的一种技术。产品：抗生素、氨基酸、工业用酶、味精、维生素B2等传统发酵技术＋其他现代生物技术→微生物工程三、生物工程的组成（二）酶工程

酶工程就是利用酶催化作用，通过适当的生物反应器工业化地生产人类所需的产品或是达到某一特殊的目的，它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一项高新技术。研究内容：天然酶的分离、纯化、鉴定及生产酶的固定化技术酶生物反应器的研制和利用（三）基因工程

基因工程即重组DNA技术，是指根据人们的意愿对不同生物的遗传基因进行切割、拼接或重新组合，再转入生物体内产生出人们所期望的产物，或创造出具有新的遗传性状的生物类型的一门技术。1982年，美国Lilly公司－重组胰岛素步骤：目的基因（cDNA文库）－连接载体－转化细胞－筛选（四）蛋白质工程问题回顾：按功能分，蛋白质主要包括哪些类型？蛋白质类型：酶蛋白结构蛋白转运蛋白抗体激素

蛋白质工程指利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列进行有目的的改造并分离、纯化蛋白质，从而获取自然界没有的、具有优良性质或适用于工业生产条件的全新蛋白质，或对已有蛋白质结构进行改变、组成进行修饰的过程。方法：基因水平－基因融合、定点诱变蛋白质修饰（五）生物化学工程

生物化学工程（简称生化工程）是由生物科学与化学工程相结合的交叉学科，主要研究将生物技术的实验室研究成果转化为生产力过程中的带有共性的工程技术问题。研究内容：如何将实验室研究成果→生产→产品（六）细胞工程什么是细胞工程，通过细胞工程的学习，我们又能学到些什么呢？酶工程蛋白质工程细胞工程基因工程发酵工程生物化学工程天然微生物动植物细胞或组织，融合细胞或微生物转基因基因工程菌基因融合与修饰新蛋白质酶制剂或活细胞工业化生物产品或医药、环保、能源、材料等领域的应用微生物工程生物工程六个组成技术之间的关系图解Section2

细胞工程概述本门课基本特点：实践性、实用性、科学性

一、概念：

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，借助工程学的实验方法和技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科。广义的细胞工程包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术。人们可以根据科学设计改变细胞的遗传基础，通过无菌操作，大量培养所需细胞，诱导形成组织甚至发育为完整个体。迄今为止，人们已经从基因水平、细胞器水平以及细胞水平开展了多层次的大量工作，在细胞培养、细胞融合、细胞代谢物的生产和生物克隆等诸多领域取得一系列令人瞩目的成果，其中代表细胞水平的细胞工程研究也显示其巨大的应用前景。二、细胞工程的发展历史1677年荷兰科学家列文虎克证实了细菌、精子的细胞结构19世纪80年代，德国学者施旺和施莱登提出细胞学说植物学界：1902年哈泊兰德预言植物细胞的全能性；1934年温特发现生长素对植物细胞培养的作用；1937年胡萝卜组织离体培养，细胞增殖成功；1960年首次制备原生质体；1972年将不同种烟草原生质体融合，获得第一个体细胞杂种植株。动物学界：1907年由美国生物学家Harrison用淋巴液培养青蛙胚神经细胞数周，开创动物培养细胞先河。1951年Earle等开发出促进动物细胞体外增殖的培养基。1958年日本的冈田开发出动物细胞融和技术1965年，证明灭活病毒可以诱导动物细胞的融合。1977，英国胚胎工程技术，首例试管婴儿；1997，多莉克隆羊；2001，首例克隆猪……

代表性例子：“组装鼠”、绵山羊、试管植物、试管动物、克隆动物、转基因生物反应器。三、主要研究内容根据研究对象不同，细胞工程可分为微生物细胞工程、动物细胞工程和植物细胞工程。动物细胞工程包括：细胞培养技术（包括组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术（核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆）。植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技术；亚细胞水平的操作技术等。

细胞工程细胞整体水平（细胞培养、细胞融合）细胞器水平（核移植，改变染色体倍性和组成）基因水平（外源基因导入）

组织与细胞培养技术——优良植物快速繁育、产前诊断、细胞代谢产物。细胞融合技术——单克隆抗体、创造新品种、基因分析。染色体工程技术——创造作物新类型。胚胎工程技术（胚胎分割、胚胎融合、核质移植技术、体外受精、胚胎移植、胚胎培养、胚胎冷冻、性别鉴定技术）——创造动植物新品种、人类优生、动植物改良。细胞遗传工程：基因重组技术（克隆、转基因）

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