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生物技术简介 袁学文 教 授 主任医师 教学课件网址 : /jwc/jpkc/ptsw/jxkj/jxkj02.htm 韶关学院校园网 /教学科研 .精品课程 /普通生物学 . 多媒体课件 /自然 (生命 )科学概论 E-mail： 生物技术 现代生命科学的革命 1. 生物技术的慨念 2. 生物技术的主要内容 3. 克隆 4. 人类基因组计划（ HGP） 5. 安全性与社会伦理问题 1.1 生物技术的作用与意义 生物技术是生命科学的基础 生命科学的基础学科是生物学 生物技术是现实生产力 生物技术是巨大的潜在生产力 生物技术是 21世纪高新技术的核心内容 生物技术产业是 21世纪的支柱产业 1.2 生物科学成为当今世界自然 科学的热点和重点 二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破 性成就，使生命科学在自然科学中的地位发 生了革命性的变化，成为领先学科 建立在实验室研究基础上的，现代生物技术 的发展，为人类带来了巨大的利益和财富 1.3 生物技术将是未来经济发展的 新动力 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 高技术 高投入 高利润 高风险 1.4 生物技术的特点 1.5 传统生物技术 人类在进化过程中，逐渐形成的 、低级的、简单的技术方法。如驯化 动物（如猪、马、羊等），培养改进 植物（如水稻、高粱、玉米等），利 用谷物（酿酒、制醋、做酱油等） 1.6 现代生物技术 又称生物工程或生物工艺学，是以生命科 学为基础，用先进的科学原理和技术手段来 研究生物体 (材料 )，为人类生产出所需要的 产品或达到某种目的 (如防治疾病、保护环境 等 )。 突 破 点 DNA双螺旋结构的发现 发展方向 分子生物学 技术突破 重组 DNA技术 DNA双螺旋结构 1982年，国际合作与发展组织的定义为：生物技 术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、 动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产 品为社会服务的技术 美国政府技术顾问委员会 (OAT) 的定义是：应用生 物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术 ， 还 包括改良有重要经济价值的植物与动物 ，以及 利用微生物改良环境的技术 该定义强调了生物技术的商品属性 克隆羊 “多莉 ” 1.7 生物技术定义 ： 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 、生物能源技术、利用生物降解环境 中有毒有害化合物的技术 2. 生物技术的主要内容 主要是指：基因工程、细胞工程、发酵 工程、蛋白质（酶）工程 分子生物学、微生物学、生物化学、 遗传学、细胞生物学、化学工程学、 医药学等 对人类和社会生活各方面影响最大的 生物技术领域： 2.1 直接相关联的学科与领域 农业生物技术、医药生物技术 环境生物技术、海洋生物技术 创造新生物，并给新生物特殊功能的过程 2.2 基因工程 基因工程与 建筑工程 l 制造稀少珍贵的蛋白质药物 1982年，美国食品与药物管理局批准了首 例基因工程产品 人胰岛素投放市场 ， 它 标志 着 基因工程产品正式进入到商业化阶段 人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子 、 - 干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、 红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素 -2、 集落刺激因子、乙肝疫苗等等 转基因植物 转基因农作物 转基因蔬菜 转基因果树 转基因花卉 转基因草类 转基因林木 1983年世界上第一个问世的转基因植 物就是抗除草剂烟草。全球第一个被 批准商业化的转基因植物是番茄。 转基因动物 l 畜牧业中的应用 动物疫苗、生长激素等 例： 从转基因羊的羊 奶中提取出治疗心脏 病的药物 tPA l 种植业中的应用 抗 化学除草剂基因 转基因西红柿 固氮酶基因 人类 DNA l 环境保护等等 蛋白质工程 就是在对蛋白质的化学、晶体学 、动力学等结构与功能认识的基础上，对蛋 白质人工改造与合成，最终获得商业化的产 品 “后基因组时代 ”将是 “蛋白质组学时代 ”，即 从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研 究，包括研究蛋白质结构、功能与应用 ， 及 蛋白质相互关系和作用 2.3 蛋白质工程 n 蛋白质的空间结构 现代发酵工程 主要指利用 微生物、包括利用重组 DNA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 现代发酵工程是生物代谢 、微生物生长动力学、大 型发酵罐或生物反应器研 制、化工原理 等 密切结合 和应用的结果 2.4 发酵 工程 n 发酵 工程 的应用 食品 药品 精细化工产品 工业用原料 生物降解塑料 细胞工程 是指通过细胞水平上的筛选或改造 ，获得有商业价值的细胞株或细胞系，再通 过规模培养，获得特殊商品的技术与过程 。 细胞工程包括动物细胞工程和植物细胞工程 ，它们分别以动物细胞和植物细胞为主要生 产对象，以细胞培养为主要过程和内容 。 2.5 细胞 工程 l 动物 细胞 培养 l 单 细胞 藻类培养 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 细胞融合 细胞重组 杂交瘤技术 3. 克隆 基本概念：又称无性繁殖、无性 生殖、生物放大技术，是生命的 全息复制，其下一代和上一代的 遗传信息是完全相同的 3.1 克隆 羊 “多莉 ” 3.2 克隆 羊 “多莉 ”的产生过程 3.3 克隆人的 技术路线 实验 人胚胎的发育过程 1988年，美国国家卫生院和能源部迄今为止在生命 科学领域最宏大的研究计划 人类基因组计划 主要内容是完成人体 23对染色体的全部基因的遗传 作图和物理作图，完成 23对染色体上 30亿个碱基的 序列测定 以美国为主 ， 包括英国、法国、 德国、 日本和中国 多国科学家参加的国际合作计划 4. 人类基因组计划 (HGP) 人类基因 组计划主 要应用了 4 方面相互 配合与补 充的研究 方法和技 术 ： 核苷酸自动测序仪和测序谱图 5.转基因技术的安全性与伦理问题 可能引起生物体内 一系列未知的结构 与功能的变化 转基因操作对生物 体的影响会通过遗 传传递 5.1 转基因技术存在的问题 M 外源基因引入后，是否会影响其他重要 的调节基因，甚至会激活原癌基因？ M 转基因技术的广泛应用 ， 是否会导致难 以消灭的新病原物出现？ M 是否会造成生态学灾难？ M 人类摄食大量转基因食品 ， 是否会影响 人类及其后代的健康 ？ 5.2 克隆人的伦理问题 M 在克隆阶段，如果有关胚胎发育的 基因重新编排或启动不完全，对新 生儿可能产生什么严重后果呢？ M 兄弟、姐妹、父母、子女 ？ M 器官克隆和干细胞培养和分化器官 ，用于医学和临床治疗 ？ 5.3 个人基因信息的隐私权问题 人类基因信息利用的伦理、法律和社会影响计划， 称之为 ELSI项目 ： 1、 在应用和解释基因信息时的隐私权和公正性 2、 基因信息由实验室研究向实际医疗应用的转化 3、 人类基因组计划参与者相互协调和成果发布 4、 公众与专业教育 5.4 基因治疗的应用问题 M 一个人有权决定另一个人的基因结构或未 来命运吗？ M 万一这种基因操作失败了 ， 或者造成了将 来才能发现的不可挽回的缺陷和后果，谁 承担 责任呢？