基因工程与转基因生物.ppt

基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程,生物工程与转基因生物,1、概念：也叫生物技术，是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。,2、特点：以生物科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料，如DNA、蛋白质、染色体、细胞等，从而生产工具出人类所需要的生物或生物制品。,3、内容：,基因工程是20世纪70年代发展起来的遗传学的一个分支学科,第一节 基因工程概述,一、基因工程的概念： 基因工程，确切地讲就是重组DNA技术，指在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成杂合DNA或称嵌合DNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。,？,2.基因、DNA、染色体 之间是怎样的关系？, 基因操作的工具,1.基因的剪刀限制性内切酶（限制酶，俗称化学剪刀）,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断（专一性）。目前已发现的限制酶有200多种。,DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。,、基因的针线DNA连接酶（俗称化学浆糊）,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,3、基因的运输工具运载体（俗称分子运输车）,目的基因无法直接进入另种生物受体细胞。运载体必须同时满足三个要求：能与目的基因结合；能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；比较容易得到。,（一）载体：基因工程中常用的载体(vector)主要包括质粒(plasmid)、噬菌体(phage)和病毒(virus)三大类。这些载体均需经人工构建，除去致病基因，并赋予一些新的功能，如有利于进行筛选的标志基因、单一的限制酶切点等。常用质粒,基因工程的基本程序,质粒：环状DNA分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。,载体质粒,外源DNA片段,外源DNA插入,剪切,引入宿主细胞,选出含有重组DNA的细胞扩增,a,b,b,A,A,b,第一步：获取目的基因： 基因的直接分离或人工合成。即获取含有所需要的完整的遗传信息的DNA片段。,基因工程基本步骤,确定目的基因在DNA分子上的位置 运用限制性核酸内切酶（简称限制酶）切割DNA分子而获得,1能在宿主细胞内复制并稳定的保存 2具有多个限制酶切点， 3具有某些标记基因,第二步：目的基因与运载体结合,2、目的基因与运载体重组,用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,载体DNA与目的基因的连接,第三步：重组DNA导入受体细胞,通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使目的基因在受体细胞内能准确地转录和翻译。,为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常要用CaCl2对受体细菌进行处理，使受体细菌具有更大的通透性。,4、筛选含目的基因的受体细胞,大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。,阐述什么是基因工程,二 基因工程的成果 与发展前景,三、基因工程发展史 基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持： 1. 理论上的三大发现： 证明了生物的遗传物质是DNA（基因工程的先导） DNA的双螺旋结构和半保留复制机理 遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立 2. 技术上的三大发现 限制性内切酶和DNA连接酶的发现（标志着DNA重组时代的开始） 载体的使用 1970年，逆转录酶的发现。,1973年，Cohen等获得了抗四环素和新霉素的重组菌落TcrNer，标志着基因工程的诞生。 3.基因工程的腾飞： 1982年，美国人，大鼠生长激素 基因转入小鼠； 1983年，美国人，Ti质粒导入植物细胞（细菌Neor基因） 1990年，美国人，腺苷脱氨酶（ADA）基因治疗，重度联合免疫缺陷症（SDID） 1991年，美国倡导，人类基因组计划109bp，15年时间30亿USD,把大鼠生长因子转入小鼠,得到巨大型的转基因小鼠。,四、基因工程的研究意义 基因工程可以绕过远缘有性杂交的困难，使基因在微生物、植物、动物之间交流，迅速并定向的获得人类需要的新的生物类型 。 概括地讲，其意义体现在以下三个方面： 大规模生产生物分子； 设计构建新物种； 搜集、分离、鉴定生物信息资源,一、生产基因工程药品：,胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、人造血液代用品，预防乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱、伤寒等各类疾病的各类疫苗。,在医药卫生方面,、基因工程与医药卫生,我国生产的部分基因 工程疫苗和药物, 基因工程药品的生产,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素,人造血液及其生产,二、用于基因诊断和基因治疗,基因诊断是用被标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。 基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中。,1.增加农作物产品的营养价值 2.提高农作物抗逆性能 4.生物固氮的基因工程。 5.运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。6. 为人类开辟新的食物来源。,农牧业、食品工业方面的应用,基因工程与环境保护,用于环境监测 用于被污染环境的净化,“吃油的”工程菌, 环境污染治理： 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。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解