《基因工程常用技术》课件

基因工程常用技术基因工程是利用生物技术，对生物的遗传物质进行操作，以改变生物的性状，或创造新的生物类型。课程大纲基因工程简介定义、发展历程、应用领域DNA提取与纯化原理、方法、应用DNA测序技术第一、二、三代测序技术DNA克隆技术载体、重组、鉴定1.基因工程简介基因工程是利用生物技术，将外源基因导入受体生物，并使之表达，从而改变生物性状的技术。基因工程的核心是将外源基因插入到载体中，并将载体导入受体细胞，最终使外源基因在受体细胞中稳定表达。基因工程的定义基因工程定义基因工程是利用生物技术对生物的基因进行操作，以改变生物的遗传特性，从而创造出新的生物类型或改进现有生物类型的技术。核心技术基因工程的核心技术包括基因的克隆、基因的表达和基因的改造。基因工程的发展历程1970s基因工程概念的提出，第一个重组DNA分子诞生。1980s首个基因工程药物诞生，基因工程技术开始应用于农业、医药等领域。1990s人类基因组计划启动，基因工程技术发展迅速。2000s基因芯片技术，基因治疗技术的进步。2010sCRISPR基因编辑技术诞生，基因工程技术进入新时代。基因工程的应用领域医药领域生产治疗性蛋白，如胰岛素、生长激素和干扰素等。农业领域培育抗病虫害、高产作物，提高农作物产量和品质。环境保护领域开发环境友好型生物技术，如生物降解塑料、生物修复污染等。2.DNA提取与纯化DNA提取的原理DNA提取是基因工程中重要的第一步，通过物理、化学方法从生物体中分离、纯化出DNA。DNA纯化的目的纯化后的DNA能够更好地用于后续的实验操作，如克隆、测序和PCR等。DNA提取的原理与方法1细胞裂解破坏细胞膜，释放DNA2蛋白质去除去除蛋白质，防止DNA降解3DNA沉淀利用乙醇或异丙醇沉淀DNA4DNA洗涤去除杂质，纯化DNA5DNA溶解将DNA溶解在缓冲液中DNA纯化的方法1酚-氯仿抽提法利用酚-氯仿的性质分离DNA，将DNA从细胞裂解液中提取出来。2柱层析法利用吸附剂分离DNA，将DNA从其他杂质中分离出来。3磁珠法利用磁珠吸附DNA，将DNA从溶液中分离出来。3.DNA测序技术定义DNA测序技术是指确定DNA序列的技术，它可以揭示生物体的遗传信息。应用DNA测序技术被广泛应用于医学研究、生物技术、农业等领域，例如疾病诊断、药物研发、基因工程。第一代测序技术桑格测序法也称为双脱氧链终止法，是第一代测序技术的代表方法。自动化测序仪将桑格测序法自动化，提高了测序效率和准确性。第二代测序技术高通量第二代测序技术能够一次性对大量DNA片段进行测序，显著提高测序效率和速度。读长较短第二代测序技术产生的序列读长一般较短，约为几十到几百个碱基。成本相对较低相比于第一代测序技术，第二代测序技术的成本更低，更适合大规模基因组研究。第三代测序技术1单分子测序直接对单个DNA分子进行测序，无需PCR扩增，可用于检测低丰度变异和甲基化修饰。2长读长测序可读取更长的DNA序列，利于基因组组装和复杂基因区域的分析。3高通量测序可同时对大量DNA分子进行测序，提高了测序效率和成本效益。DNA克隆技术载体DNA是将外源基因导入受体细胞的运载工具。质粒病毒噬菌体重组DNA将外源基因插入载体DNA，形成新的DNA分子。限制性内切酶切割连接酶连接载体DNA的种类质粒载体最常用的载体，易于操作，可高效表达目的基因病毒载体可高效感染宿主细胞，用于基因治疗和疫苗研发噬菌体载体可用于克隆较大基因片段，且有较高的表达效率重组DNA的构建1目的基因获取通过基因组文库或PCR技术获得目标基因。2载体选择选择合适的载体，例如质粒、病毒载体等。3连接使用限制性内切酶和DNA连接酶将目的基因连接到载体中。转基因生物的鉴定分子标记利用特异性引物进行PCR扩增，检测目标基因的存在与否。蛋白质分析通过蛋白质电泳、免疫学等方法，检测目标基因表达的蛋白质。表型分析观察转基因生物是否表现出预期的新性状，如抗虫性、抗除草剂性等。5.PCR扩增技术PCR原理PCR是利用DNA聚合酶在体外复制特定DNA片段的技术。PCR步骤PCR包含变性、退火和延伸三个循环步骤，每个循环都会将DNA片段的数量加倍。PCR的原理DNA模板PCR反应需要一个含有目标DNA片段的模板。引物引物是短的单链DNA序列，可以与模板DNA的特定区域结合，并作为新的DNA链合成的起点。DNA聚合酶DNA聚合酶是一种酶，它可以利用模板DNA和引物合成新的DNA链，并在PCR反应中发挥核心作用。PCR的步骤1第一步：变性将双链DNA加热至94℃，使双链DNA解开成单链。2第二步：退火温度降低至50-65℃，引物与模板DNA互补配对。3第三步：延伸温度升至72℃，DNA聚合酶以引物为起点，沿模板链延伸合成新的DNA链。PCR的应用1基因诊断PCR用于检测特定基因突变，诊断遗传疾病和感染性疾病。2亲子鉴定PCR可用于比较父母和子女的DNA，确定亲子关系。3法医鉴定PCR用于分析犯罪现场的DNA，识别罪犯。基因工程的伦理问题基因工程技术在带来巨大进步的同时，也引发了一系列伦理问题，引发广泛的讨论和争议。对生命伦理的挑战基因工程可能会改变人类的本质，引发对人类尊严和生物安全问题的质疑。社会公平与不平等基因技术的应用可能加剧社会阶层之间的差距，引发新的社会问题。环境安全问题转基因生物可能对生态环境造成不可预知的负面影响，需要谨慎评估和控制。基因工程的风险环境风险转基因生物可能对生态系统造成负面影响，例如入侵物种、基因污染等。健康风险转基因食品可能导致过敏反应、抗生素耐药性等健康问题，需要进行严格的安全评估。伦理风险基因工程技术可能被用于制造生物武器、克隆人类等伦理问题，需要进行严格的监管。基因工程的法律法规安全监管确保基因工程研究和应用的安全，防止对人类健康、环境和生物安全造成危害。伦理规范制定相关伦理原则，确保基因工程技术的应用符合社会公德和道德准则。知识产权保护基因工程技术的知识产权，鼓励创新和技术进步。基因工程的发展趋势基因工程正在以惊人的速度发展，不断涌现出新的技术和应用，为人类健康和社会发展带来前所未有的机遇。精准医疗根据患者的基因信息、生活方式等，制定个性化的治疗方案提高治疗效果，降低副作用，实现更好的治疗效果为患者提供更精准的预防和保健建议合成生物学设计与构建合成生物学通过设计和构建新的生物系统，创造新的功能和应用。应用领