《现代生物技术》PPT课件.ppt

1、现代生物技术,指导教师：付保荣教授 姓 名： 郭 庆,现代生物技术,1953年DNA的双螺旋结构的发现。,2,1962年诺贝尔生理医学奖,Rosalind Elsie Franklin,照片51号,现代生物技术,1961-1966 破译了生物界通用的遗传密码 1972 DNA体外重组技术建立 1976年第一家生物技术公司Genentech公司成立。 1988 PCR技术问世 1997 英国培养出第一只克隆羊“多莉” 1990-2003 人类基因组测序工作完成,3,什么是现代生物技术？ 应用生命科学研究成果，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。 现代生物技术综合分子生物学、生

2、物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、化学、物理学、信息学、计算机等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。,现代生物技术特点,运用了DNA重组、细胞融合等技术的成果。 DNA重组技术产品有：胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗、食品加工酶、生物杀虫剂、生物杀菌剂等等。 最具代表性生物技术产品为转基因生物与克隆动物的出现。,5,生物技术被誉为第三次技术革命,第一次技术革命工业革命解放人的双手 第二次技术革命信息技术扩展人的大脑 第三次技术革命生物技术改造生命本身,生物技术被世界各国视为一项高新技术,它对于提高国力,迎接人类所面临的人口、食物、资源、能源和环境等五大危机及经济问

3、题的挑战是至关重要的关键性技术之一。,6,生物技术被誉为第三次技术革命,全球生物企业现状 据统计，截至2010年底，全球约有生物技术企业4700多家，市场规模达2500亿美元。其中上市生物技术公司622家。上市生物技术公司总收入846亿美元， 研发投入228亿美元，其中美国生物技术产业产值占全球近50%，其次为日本和欧洲。 我国生物技术产业现状 据统计，目前我国生物技术企业500家公司，涉及医药生物技术的企业300多家，涉及农业生物技术的企业200多家,7,五大工程 基因工程、细胞工程、蛋白质工程、 酶工程、发酵工程 此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生

4、物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物的技术,生物技术的主要内容,8,化学工业,生物生理学,分子与细胞生物学,遗传学,生物化学,微生物学,能源与环 境管理,农业 作物改良，动物,食品,疾病诊断,发酵技术 化工产品,商业应用,健康与制药,食品 革新与加工,蛋白质工程 发酵工程 酶工程 细胞工程,基因工程,医药学,9,生物技术五大工程,一、 基因工程 二、 细胞工程 三、 蛋白质工程 四、酶工程 五、 发酵工程,10,也称DNA重组技术，应用人工方法分离生物体的遗传物质脱氧核糖核酸(DNA), 或通过化学的方法合成出人工的遗传物质，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA导入某种宿主

5、细胞或个体，从而改变它们的遗传品性,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(多肽或蛋白质或其它物质)。,一、基因工程 (gene engineering),11,12,1、用于提高动物生长速度 2、用于生产基因工程药物 3、用转基因动物作器官移植的供体,畜牧业中的应用,畜牧业中的应用,基因工程药物,例：从转基因羊的羊奶中提取出 治疗心脏病的药物tPA(组织型血纤维溶酶原激活剂) 治疗：脑血栓、心肌梗塞等,DNA重组体导入受体细胞,13,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),畜牧业中的应用,14,种植业中的应用,1.抗虫转基因植物 2.抗病转基因植物 3.抗逆转基因植物 4.利

6、用转基因改良植物的品质,15,1.抗虫转基因植物,抗虫转基因植物原理： 分离具有杀虫活性的基因（如Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制），导入作物，抗虫性。 例如我国的转基因抗虫棉，Bt毒蛋白基因-棉铃虫抗性。 此项技术的最大好处： 减少化学农药对环境的污染 且大大降低生产成本,16,1986年，美国Beachy研究小组首次将烟草花叶病毒的外壳蛋白基因导入烟草，培育出抗烟草花叶病毒的烟草植株，开创了抗病毒育种的新途径。 抗病基因种类: (1)抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因 (2)抗真菌基因:几丁质酶基因和抗毒素合成基因,17,2.抗病转基因植物,抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。

7、,抗逆转基因植物原理： 盐碱、干旱、低温、旱涝 分离抗逆性的基因，导入作物，产生相应抗性。 耐1NaCl的苜蓿，耐0.8NaCl的草莓，耐2NaCl的烟草。 我国科学家刘岩等获得了耐盐性明显提高的转基因玉米植株。张荃等获得了耐盐性提高的转基因番茄。,3.抗逆转基因植物,18,4.利用转基因改良植物的品质,转基因水稻“金大米”,19,二、细胞工程(cell engineering),以细胞为基础单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变,从而达到改良生物品种和创造新品种;或加速繁殖动、植物个体;或获得某种有用的物质过程。,动物细胞培养,20,单细胞藻类培养,

8、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、精细化工产品等等,二、细胞工程,21,高等植物细胞培养,高等植物细胞具有全能性。 脱分化-诱导愈伤组织-分化-获得幼苗。,二、细胞工程,22,细胞融合、细胞重组、杂交瘤技术,细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理后放在一起，在某些促融因子作用下发生融合，形成杂种细胞。,细胞重组是把不同种类的细胞的部件重新组合装配，包括核的移植、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。,二、细胞工程,23,三、蛋白质工程（protein engineering）,在基因

9、工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对蛋白质中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技术。,24,（1）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维 晶体结构; （4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构 变化，包括折叠与去折叠等对其活性与 功能的影响； （5）设计编码该蛋白的基因改造方案， 如点突变； （6）分离、纯化新蛋白，功能检测后 投入实际使用。,三、蛋白质工程,蛋白质工程的主要步骤通常包括,25,

10、三、蛋白质工程,26,四、酶工程 (enzyme engineering),27,利用酶、菌体细胞具有的特异催化功能，或对酶结构进行修饰改造，并借助于生物反应器和工艺优化过程，有效地发挥酶的催化特性来生产人类所需产品的技术。 包括酶、细胞固定化技术、酶化学修饰技术和酶反应器设计等。,酶的应用,随着酶的工业化发展，酶已广泛地应用于工业、农业、医药、生活、环保及科研等领域。,五、发酵工程（fermentation engineering),利用微生物生长速度快、生长条件简单及代谢过程特殊等特点，在合适的条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品的技术，又称微生物工程

11、。,30,现代发酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重组技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。,现代发酵工程,31,五大工程间的关系,32,酶工程,生物工程对经济社会的影响,改善农业生产、解决食品短缺 提高生命质量、延长人类寿命 解决能源危机、治理环境污染 制造工业原料、生产贵重金属 生物工程的安全及其对伦理、 道德、法律、的影响,33,1.改善农业生产、解决食品短缺,提高农作物产量及其品质：,动物的大量快速无性繁殖 培育动物的优良品系,培育抗逆的作物优良品系 植物种苗的工厂化生产 生物农药，生产绿色食品,发展畜牧业生产：,34,植物种苗的工厂化生产,35,转基因作

12、物，瓜果蔬菜,36,生物肥料,37,2.提高生命质量、延长人类寿命,开发制造奇特而又贵重的新型药品 利用细胞培养技术或转基因动物来生产 蛋白质药物 。 疾病的预防和诊断 单克隆抗体既可用于疾病治疗，又可用 于疾病的诊断 。 基因治疗 恶性肿瘤、遗传病、代谢性疾病、传染 病等多个治疗方案正在实施中。 人类基因组计划 人类基因组序列图绘制成功。,38,39,基因工程药物,分子诊断,利用PCR技术或PCR与分子杂交标记相结合，可以快速准确地检测出病原性物质。 亲子鉴定,40,遗传性疾病 的诊断,羊水和胎盘绒毛膜检测,分子诊断,41,基因治疗,基因治疗即利用基因工程技术治疗人类遗传性疾病。,正常的人类

13、基因可以克隆并引入遗传病患者的体细胞，以替代、修复或纠正有缺陷的基因。,42,例：重症综合性免疫缺乏症,1990年，转基因T淋巴细胞注射到人体骨髓组织中治疗SCID,43,277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； 1996年7月5日，羊羔6LL3，被命名为“多莉”。,克隆羊技术,44,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。 建造动物药厂，制造药物蛋白, 建立实验动物模型，探索人类发病规律 克隆异种纯系动物，提供移植器官 拯救濒危动物，保护生态平衡,45,生物芯片技术,1996年底，美国 Affymetrix ，

14、世界第一块DNA芯片。,46,生物芯片是将大量生物识别分子（如探针）按预先设置的排列固定于一种载体（如硅片、玻片及高聚物载体等）表面，利用生物分子的特意性亲和反应，如核酸杂交反应，抗原抗体反应等来分析各种生物分子的存在及其量的一种技术。,表达谱芯片,蛋白质微阵列(Protein Microarray),48,医学、化学、新药开发、司法鉴定、农业技术和食品技术领域也具有广泛的应用；,生物芯片技术的主要应用,DNA芯片可用于大规模筛查基因突变所引起的疾病； 分析基因组及发现新基因等具有很大的优势；,49,3.解决能源危机、治理环境污染,解决能源危机 生物能源将是最有希望的新能源之一，而其中又以乙醇最有希望成为新的替代能源。 环境保护 利用微生物净化有毒的化合物、降解石油污染、清除有毒气体和恶臭物质、综合利用废水和废渣、达到净化和保护环境的目的。,50,51,基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,环境保护,超级细菌：分解石油中的多种烃类化合物， 吞食转化汞、镉等重金属，分解毒害物质,4.制造工业原料、生产贵重金属,制造工业原料 化工原料如乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸（制造尼龙、香料）等。 生产贵重金属 细菌浸矿技术：金、银、铜、铀、锰、钼、锌、钻、镍、钡、铊等,52,现代生物技术是一把双刃剑。它在给人类带来种种