基因工程1前言

基因工程原理和方法 欢 迎 学 习 本 课 程，请 多 提 宝 贵 意 见！ 基因工程原理与方法 第一章 基因工程绪论 第二章 基因工程的工具酶 第三章 基因工程的载体 第四章 基因工程的受体 第五章 基因克隆 第六章 外源基因的高效表达 第七章 植物基因工程 第八章 动物基因工程 w第一节 基本概念 w第二节 基因工程的诞生与发展史 w第三节 基因工程的研究内容与应用 第一章 绪论 第一节 基本概念 1.基因 1866年，孟德尔将控制性状的遗传因素称之为遗传因子 。 1909年，约翰生首次提出Gene一词，提出基因型与表现 型的区别 1910年以后，摩尔根提出遗传粒子理论，认为基因是一 粒一粒在染色体上排列而成，且互不重叠 20世纪40年代，随着遗传物质DNA的发现，及1953年， DNA双螺旋的结构解析，认为基因是具有一定遗传效应的 DNA片段 20世纪60年代，发现基因是可分的，功能上有差别的。 20世纪70年代，发现断裂基因、重叠基因、跳跃基因， 使对基因的认识更加深入。 基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序 列，它是遗传物质的最小功能单位。 2.基因工程 (gene engineering) 用人工方法,对 DNA(基因)分子在体外 (in vitro)进行切割 、连接、组成重组DNA 分子.再导入生物体内 ,并使其在异种生物内 复制、表达,从而使受 体生物获得新的遗传 性状,这一全过程称为 基因工程. 第一节 基本概念 3.遗传工程(genetic engineering) 凡是用人工的方法改造生物遗传性的技术 都称为遗传工程. 基因工程 分子水平上的遗传工程 细胞融合 花粉育种 常规育种 有性杂交 遗 传 工 程 细胞水平上的遗传工程 个体水平上的遗传工程 第一节 基本概念 第二节 基因工程的诞生与发展史 1基因工程的诞生 1.理论上的三大发现 遗传物质的发现 DNA双螺旋结构的发现 遗传信息传递方式的发现 2.技术上的三大发明 限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶 3.实践上的三大实验 重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异 源表达实验 w遗产物质的发现 1944 年 T Avery肺炎双球菌的体外转化实验 SIII 光滑型 有致病性 RII 粗糙型 无致病性 wDNA双螺旋结构的发现 1953年 Watson and Crick，Nature 这个构造拥有一些全新的特征，对生物学来说具有相当的意义。 1962年诺贝尔奖 威尔金斯 弗兰克林 w遗传信息传递方式的发现 1968年诺贝尔生理学或医学奖得主 遗传信息DNA mRNA 蛋白质 霍利（Holley） 科拉纳（Khorana ） 尼伦伯格（Nirenberg） 中心法则 第二节 基因工程的诞生与发展史 1基因工程的诞生 1.理论上的三大发现 遗传物质的发现、DNA双螺旋结构的发现、 遗传信息传递方式的发现 2.技术上的三大发明 限制性内切酶 质粒载体 逆转录酶 3.实践上的三大实验 重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异 源表达实验 w限制性内切酶的发现 1970年H Smith 首次分离了型限制酶HindIII 1978年诺贝尔奖 w基因克隆质粒载体的应用 pSC101（plasmid Stanley Cohen) 复制单元 抗生素抗性基因 外源DNA克隆位点 w逆转录酶的发现 1970 Baltimore and Temin同时发现 Baltimore（巴尔的摩） Temin（谭明） 1975年诺贝尔奖 第二节 基因工程的诞生与发展史 1基因工程的诞生 1.理论上的三大发现 遗传物质的发现、DNA双螺旋结构的发现、 遗传信息传递方式的发现 2.技术上的三大发明 限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶 3.实践上的三大实验 重组DNA实验、 科恩模型实验、 真核基因异源表达实验 1972年，斯坦福大学化 学家P.Berg完成世界上 第一个重组DNA实验 SV40 DNA 1973年，美国 斯坦福大学医 学院遗传学家 Cohen，世界上 第一个基因工 程实验 转化 1973年被公认为基因工 程诞生的元年 非洲爪蟾rDNA pSC101 质粒 EcoRI EcoRI 3 106dal 4.2 106dal 3.9 106dal 4.8 106dal Tcr Tcr Tcr ori ori ori EcoRI EcoRI EcoRI 1974年，Boyer & Cohen实现了真核生物基因在原核中表达 获得转化子 第二节 基因工程的诞生与发展史 2基因工程的发展史 1.基因工程的禁忌 2.1974年 呼吁所有涉及重组DNA的实验应该暂 停 3.1975年 只能使用试管中才能存活的实验细菌 进行 4.1976年 严格禁止涉及致癌基因的重组DNA研 究 2.基因工程的腾飞 1979年 宣布放松“守则”准许克隆病毒致癌基因 1982年 美国科学家育成超级鼠 1982年 基因工程产物人胰岛素进入市场 1990年 首次基因治疗重度联合免疫缺陷症成功 1991年 美国倡导下启动人类基因组计划 1997年 美国人威尔英特克隆多利绵羊 1971 1973 74-76 77 82 怀疑 诞生 争论 发展 高潮 平稳发展 供体细胞 载体分子 外源DNA外源基因 分离 酶切 酶切 连接 转化 扩增 DNA重组分子 受体细胞 鉴定与表达 重组转化子 工程菌 或细胞蛋白产物 工程菌或细胞培养重组产物分离纯化 第三节 基因工程的研究内容及应用 本课开设内容 围绕一个中心,弄清三个问题 基因工程基本过程(七步骤) 工具酶 (技术工人) 载体 (交通工具 ) 宿主(场地 ) 基因克隆 (建造 ) 鉴定(验收 ) 表达(生产) 目的基因的获得 目的基因与载体连接 重组DNA导入宿主 重组体的筛选 重组体的鉴定 基因表达 基因产物分离纯化 切 转 筛 查 产 收 连 二、基因工程技术的应用 1.基因工程与人类医疗保健 1.1基因工程药物 目前正在研究和开发的基因工程多肽药物大约 2000多种,其中127种投放市场, 近2000种正在临 床前研究. 生长激素释放抑制素 50万头羊脑=9升E.coli=50mg 胰岛素 100kg猪胰脏=10L E.coli=1g 生长激素 250万头羊垂体=10L E.coli=5mg 干扰素(病毒克星) 8升人血提取1mg，1磅（453g） =200亿美元；基因工程：1磅1亿美元。 二、基因工程技术的应用 1.基因工程与人类医疗保健 1.2基因诊断 利用现代生物学和分子遗传学的技术方法， 直接检测基因结构及表达水平是否正常，从 而对疾病作出诊断的方法。 发现新的II型糖尿病基因 w2008年科学家对II型糖尿病基因进行了密切研究，并揭 开了其中的秘密。最终10个基因可能与增加患糖尿病的 风险有关，这些发现将帮助专家精确锁定那些易患2型糖 尿病的人群。 发现骨关节炎相关的基因 w著名权威医学杂志自然基因(Nature Genetics)期 刊2007年发表一项研究调查结果，中国与日本的研究 人员发现一种分泌蛋白质的基因GDF5异变，是骨关节 炎的主要原因。 发现儿童自闭症相关基因 w发现自闭症病儿具有 的变异型ENGRAILED 2基因，是没有自闭症 的正常儿童所具有的 两倍，存在着统计学 上的显著差异。尽管 还不清楚是否变异 ENGRAILED 2基因本 身导致了自闭症，但 这明确表明一种相应 的基因或DNA变异与 自闭症相关联。 科学家正在解码肥胖基因 w法国国家科研中心与英国伦敦帝国学院等研究机构的一项 联合研究发现，人体内一种名为PCSK1的基因发生变异后， 会增加肥胖风险。到2007年底，科学家有望得出一份“肥 胖基因”名单，从遗传角度解释超重现象。 性别基因诊断 w有生物道德学家担心，允许 夫妇选择婴儿性别，会令某 些国家男女不平衡的现象恶 化。 w不过这种技术费用高昂，不 太可能在发展中国家普及， 即使在美国也不是人人可以 负担得起。 w然而，这可能形成一种“设 计婴儿”的风潮，导致将来 只有穷人的后代才会肥胖又 秃头，造成不同的“基因阶 级”。 二、基因工程技术的应用 1.基因工程与人类医疗保健 1.3基因治疗 将正常基因转入患者机体内,取代致病的突变 基因表达所缺乏的基因产物,或通过基因调控 的手段,有目的地抑制异常基因表达或重新开 启已关闭的基因,达到治疗遗传病、肿瘤、艾 滋病、癌症的目的。 二、基因工程技术的应用 1.3.1 基因治疗方式 基因增补（gene augmentation） 基因修正（gene correction） 基因置换（gene replacement） 基因失活（gene inactivation） 免疫调节（immune adjustment） 第一例基因治疗临床实验 腺苷脱氨酶基因 基因治疗死亡病例 1999年 一位18岁青年盖幸格接受基因治 疗仅仅4天便不幸死亡。 2002年 法国两名接受免疫缺陷基因治疗 的儿童，又莫名其妙地患上了白血病 基因治疗临床试验批准数年度变化曲线 基因治疗临床试验所涉及的疾病 2.基因工程与工农业 2.1转基因植物 植物转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分离 到的目的基因，通过各种方法转移到植物的基因 组中，使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状， 如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。 二、基因工程的应用 植物抗虫基因工程 抗病基因工程 植物抗逆基因工程 植物品质改良的基因工程 植物生物反应器 BT玉米的开发 苏云氏杆菌 产生毒害剂的基因 除害剂基因与质粒结合 BT 玉米 含转基因的幼苗 植物细胞与重组基因 重组基因在细菌中 基因重组 细菌共同培养 培养扩增细菌 2.2转基因动物 二、基因工程的应用 建立人类疾病的动物模型 器官移植的动物供体 作为生物反应器 转基因奶牛产促红细胞生成素 40多