基因与基因工程.ppt

基因 与基因工程 主要内容 基因在遗传中的作用 基因工程 基因的概念 人类基因组计划 合成生物学 1 基因是怎么发现的 基因的概念 孟德尔1866年发表了介绍豌豆杂交的经典论文Versuche berPflanzen Hybriden ExperimentsonPlantHybridization 一 基因的概念 基因的概念 孟德尔定律的例外 孟德尔研究过的七对基因在染色体上的相对位置和图距 A a 花色I i 子叶色Fa fa 花位置Le le 植株高矮 V v 豆荚形状Gp gp 豆荚颜色R r 豆粒饱满和皱缩 基因是可以跳跃的 基因的概念 BarbaraMcClintock 1983NobelPrice 2 基因在什么地方 基因的概念 摩尔根因发现 染色体在遗传中的作用 而获得1933年诺贝尔奖 1866 1945 摩尔根成功的三个关键因素 1 方法的使用 经典的统计遗传学加上微观遗传学方法 2 选对了实验材料 果蝇实在是很好的模式动物 所以摩尔根能够比同行更早的获得更多新的发现 3 优秀的团队 很少有人像摩尔根一样能够团结那么多好学生和合作者 3 基因是什么 基因的概念 4 基因是如何决定遗传性状 DNA 前体RNA mRNA 多肽链 基因的概念 5 遗传性状发生改变的原因 基因的概念 二 基因是如何传递的 1 基因与性状2 常染色体上基因的遗传3 性染色体上基因的遗传4 性别决定5 性别畸形6 多基因遗传7 表观遗传学8 基因表达的调控 1 基因决定性状 显性基因显性性状隐性基因隐性性状致死基因致死作用 性状是由基因与环境共同作用的结果 基因在遗传中的作用 2 常染色体上的基因如何遗传 显性基因的遗传 人类耳垂AA Aa 有耳垂 aa 无耳垂 基因在遗传中的作用 2 常染色体上的基因如何遗传 显性基因的遗传 人类多指 基因在遗传中的作用 显性基因的遗传 软骨发育不全症 基因在遗传中的作用 UPI BettmannNewsPhotos 2 常染色体上的基因如何遗传 隐性基因的遗传 白化病先天性聋哑先天性高度近视 白化病遗传 基因在遗传中的作用 2 常染色体上的基因如何遗传 隐性基因的遗传 白化病先天性聋哑先天性高度近视 白化病 基因在遗传中的作用 2 常染色体上的基因如何遗传 3 性染色体上的基因如何遗传 伴性遗传 决定性状的基因位于性染色体上 连锁的显性遗传病抗维生素 性佝偻病 基因在遗传中的作用 伴性遗传 决定性状的基因位于性染色体上 X连锁的隐性遗传 色盲 基因在遗传中的作用 3 性染色体上的基因如何遗传 伴性遗传 决定性状的基因位于性染色体上 猫的毛色遗传 基因在遗传中的作用 3 性染色体上的基因如何遗传 伴性遗传 决定性状的基因位于性染色体上 Y连锁遗传 限雄遗传 人类的耳道长毛症 基因在遗传中的作用 3 性染色体上的基因如何遗传 从性遗传 常染色体上的基因 表现受个体性别的影响 人类的秃顶男性显性 女性隐性羊角雄性显性 雌性隐性 基因在遗传中的作用 3 性染色体上的基因如何遗传 4 性别由什么决定 性染色体决定性别 型雄性有两个异型性染色体 人类 哺乳动物 果蝇等 型雌性有两个异型性染色体 鸟类 蝴蝶等 型雄性只有 染色体 没有 染色体 蝗虫 雄性是 雌性是1 基因在遗传中的作用 单倍体决定性别 蜜蜂雄性为单倍体 n 由未受精卵发育而来 无父亲雌性为二倍体 2n 由受精卵发育而来 基因在遗传中的作用 4 性别由什么决定 环境决定 珊瑚岛鱼在30 40条左右的群体中 只有一条为雄性 当雄性死后 由一条强壮的雌性转变为雄性 基因在遗传中的作用 4 性别由什么决定 基因决定性别 玉米雌雄同株雌花序由Ba基因控制 雄花序由Ts基因控制 基因在遗传中的作用 4 性别由什么决定 性染色体与性别畸形 Klinefetter综合症 先天性睾丸发育不全 外貌男性 睾丸萎缩 具有乳房 不育 低智商身高 183cm占1 260 染色体组成 47 XXY在男性不育中占1 100 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 Klinefetter综合症 先天性睾丸发育不全 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 Turner综合症 性腺发育不全 外貌女性 个矮 1 3m左右 第二性征发育不良 原发性闭经 肘外翻 盾状胸 35 有心血管病 智力低下或正常染色体组成 45 X0 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 Turner综合症 性腺发育不全 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 XYY或多个Y个体占男性的1 250 1 500 个高 1 80m以上 外貌男性 病症类似47 XYY 智力一般较低 性格粗暴 易冲动 生殖器官发育不良 多数不育 有人认为患者有反社会行为 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 XYY或多个Y个体 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 多X女性表现为女性 眼距宽 外生殖器及第二性征多正常 有的月经失调 类似21三体 智力发育迟缓 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 真两性畸形第二性征 内生殖器一侧睾丸一侧卵巢 外生殖器男中有女 女中有男病因 46 XY 46 XX 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 性染色体与性别畸形 基因与性别畸形 男性阴阳人具有正常男性的染色体组成 46 XY 外观多呈女性 不育病因雄性激素受体基因突变 性染色体缺失突变 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 基因与性别畸形 女性阴阳人第二性征多呈男性病因性别分化基因的基因突变 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 基因与性取向 基因与果蝇的求偶行为 基因在遗传中的作用 5 性别畸形有哪些类型 6 遗传性状都是由单个基因决定吗 数量性状 其变异在一个群体中是连续的 基因在遗传中的作用 数量性状受环境的影响甚为明显 环境引起的变异一般只表现于当代 不能连续 遗传变异是可以遗传的 遗传变异对数量性状的作用 用遗传率来表示 遗传变异遗传率 100 总变异 遗传变异 环境变异 遗传率高说明群体的变异主要是由遗传变异引起的 遗传率 基因在遗传中的作用 如何评价多基因决定的遗传性状 人类多基因决定的性状有哪些 人类一些性状与疾病的遗传率 性状遗传率疾病群体发病率遗传率 身高81唇裂 腭裂0 1776体重78糖尿病0 275智商80精神分裂症1 080语言能力68哮喘480计算能力12高血压4 862 基因在遗传中的作用 近交系数 coefficientofinbreeding 一个个体从某一祖先得到一对纯合的 而且遗传上是等同的基因的概率 7 近亲繁殖与杂种优势 基因在遗传中的作用 S S的近交系数是多少 B4 P1 P2 P3 P4 B1 C1 C2 S B2 B3 S的近交系数是多少 7 近亲繁殖与杂种优势 基因在遗传中的作用 7 近亲繁殖与杂种优势 基因在遗传中的作用 杂种优势 hybridvigor heterosis 选择有利于杂合子的程度大于两种纯合子杂种优势理论 1 显学说2 超显性学说3 上位互作学说 环境影响基因表达 这种影响能否遗传 经典 DNA是遗传的分子基础 遗传信息储存在DNA的碱基序列中 8 什么是表观遗传学 基因在遗传中的作用 拉马克的 用进废退 进化论的依据 用进废退 生物体的器官用则进化 不用就退化获得性遗传 生物后天获得的性状是可以遗传的 马 驴正反交的后代差别较大 与孟德尔遗传不符 基因在遗传中的作用 基因在遗传中的作用 同卵双生的两人虽然具有完全相同的基因组 但即使是在同样的环境中长大 他们在性格 健康等方面也会有较大的差异 HD舞蹈症 小脑共济失调4号染色体显性基因同一个基因从父 母传给途径不同 子女患病轻重不同 基因组印迹 genomicimpriting 来自双亲的基因在功能上存在差异 同一基因的改变 由不同的性别亲体传给子女时 可引起不同的表现DM强直性肌营养不良显性基因从父亲传来发病早 从母亲传来发病晚 基因在遗传中的作用 DNA的硫修饰 DNA的第六元素 硫上交大邓子新团队发许多种微生物的DNA会进行一种叫 硫修饰 的工作 它们依靠基因组中的硫元素 改变遗传特性 这一发现 引起了国际上的高度重视 该成果将刊登在权威科学刊物 自然 化学生物学 NatureChemicalBiology 上 在医学领域 很多致病菌的DNA就有硫修饰功能 这提示科研人员 如果能够干扰这种 自我修饰 就可能改造这些病菌 化解它们对人体的危害 基因在遗传中的作用 表观遗传所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传 即细胞分裂过程中 DNA序列不变的前提下 全基因组的基因表达调控所决定的表型遗传 表观遗传学研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化的 或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴的遗传学分支 基因在遗传中的作用 遗传与表观遗传 基因在遗传中的作用 胞嘧啶甲基化反应 基因在遗传中的作用 表观遗传变异 epigeneticvariation 的机理 1 DNA甲基化 DNA甲基化是表观遗传变异的重要方式之一 在DNA甲基化转移酶的作用下 使CpG的胞嘧啶甲基化 基因表达水平与甲基化呈负相关 基因在遗传中的作用 1 DNA甲基化 基因在遗传中的作用 2 组蛋白修饰组蛋白与DNA结合 可降低DNA的转录活性 组蛋白上有许多信号位点 常被修饰而影响染色体的高级结构和基因的转录调控 乙酰化 可逆 正调控磷酸化 可逆 正调控甲基化 不可逆 负调控 表观遗传变异 epigeneticvariation 的机理 组蛋白乙酰化 去乙酰化参与的功能 转录激活 转录延伸DNA修复 拼接 复制染色体的组装基因沉默某些疾病的形成细胞的信号转导基因组的整体乙酰化 基因在遗传中的作用 表观遗传变异 epigeneticvariation 的机理 基因在遗传中的作用 3 染色质重塑 染色质位置和结构的变化染色质重塑复合物 组蛋白修饰酶的突变和转录调控 DNA甲基化 DNA重组 细胞周期 DNA的复制和修复的异常相关 表观遗传变异 epigeneticvariation 的机理 9 基因是如何表达和调控的 基因在遗传中的作用 DNA复制水平RNA转录水平前体RNA加工水平蛋白质翻译水平翻译后加工和转运水平蛋白质降解水平 基因在遗传中的作用 乳糖操纵子 原核基因表达的调控 调节基因 编码阻遏蛋白的基因 启动子 RNA聚合酶识别 结合并启动基因转录的序列 操纵基因 调控蛋白特异性结合的DNA序列 结构基因 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因 调节基因 启动子 操纵基因 结构基因 RegulationofGeneExpression 分解乳糖产生半乳糖和葡萄糖 乳糖透过酶 乳糖 培养液 阻遏蛋白 半乳糖酶 RNA聚合酶 结构基因 调控机制 在没有乳糖的条件下 阻遏蛋白与操纵基因结合 编码的酶基因不能转录 当有乳糖存在时 作为诱导剂 inducer 与阻遏蛋白结合 使阻遏蛋白与操纵基因解聚 结构基因转录 基因在遗传中的作用 三 什么是人类基因组计划 HumanGenomeProgram HGP 什么是基因组 genome 是一个单倍体细胞内基因的总和 它分为核基因组 线粒体基因组与叶绿体基因组 基因组内包括编码序列与非编码序列 人类基因组计划 人体基因组的特征 1 人体基因组的大小 人类DNA30亿个碱基对的序列2 人体基因组结构 人体基因组中含有大量的重复顺序和高度重复顺序 非重复顺序约只占总基因组的54 58 3 人体基因特征 1 人类的基因比预期的少得多 约3万个左右 2 约有1 500个基因家族 每个家族的基因数远多于其他生物 3 有223个基因源自微生物 可能在进化过程中逐个插入的 4 染色体上基因有群聚现象 5 只有约1 5 左右的DNA编码蛋白质 一 什么是人类基因组计划 HGP 二 什么是人类基因组作图 三 HGP会给人类带来什么样的影响 人类基因组计划 一 人类基因组计划的诞生 1984年12月 Utah州的Alta WhiteR受美国能源部的委托 主持召开了一个小型会议 讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组的DNA序列的意义 1985年6月 在美国加州举行了一次会议 美国能源部提出了 人类基因组计划 的初步草案 1986年6月 在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性 随后美国能源部宣布实施这一草案 1987年初 美国能源部与国家医学研究院 NIH 为 人类基因组计划 下拨了启动经费约550万美元 1987年总额近1 66亿美元 同时 美国开始筹建人类基因组计划实验室 1989年美国成立 国家人类基因组研究中心 诺贝尔奖金获得者J Waston出任第一任主任 1990年 美国国会批准美国的 人类基因组计划 于10月1日正式启动 美国的人类基因组计划总体规划是 拟在15年内至少投入30亿美元 进行对人类全基因组的分析 人类基因组计划 二 HGP的主要任务是什么 遗传图谱物理图谱序列图谱转录图谱 HGP作图 人类基因组计划 人类基因组作图 通过计算连锁的遗传标志之间的重组频率 确定它们的相对距离 一般用厘摩 cM 即每次减数分裂的重组频率为1 表示 什么是遗传图谱 Geneticmapping 采用分子生物学技术直接将DNA分子标记 基因或克隆标定在基因组实际位置 一般为DNA的分子长度 即碱基对 人类基因组作图 1998年完成了具有52 000个序列标签位点 STS 并覆盖人类基因组大部分区域的连续克隆系的物理图谱 什么是物理图谱 Physicalmapping 人类基因组作图 什么基因转录图谱 生命的乐谱 转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列 位置及表达模式等信息的图谱 对基因转录表达产物mRNA互补的cDNA 其片段称为表达序列标签 EST 进行大规模测序 并以此构建人类基因组转录图 基因图 人类基因组作图 大规模基因组测序 什么是序列图谱 DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析 DNA信息翻译的多阶段的过程 通过测序得到基因组的序列图谱 DNA测序原理动画演示 2 为何要绘制遗传图与物理图 1 如果将每个碱基比作一个英文字母 以每10cm书写60个字母计算 人类基因组30亿个碱基其长度可达5000千米 2 以上述标准编写书籍 可写成3000本每册200万字的著作 3 即使简单的原核生物 以上述标准推算也足有1000千米 人类基因组作图 3 完成HGP的艰难历程1998年初HGP才完成9x108bp 约3 1998年一季度HGP中一些科学家怀疑 原计划可能过于乐观 1998 5 9J C Venter等宣布 组建商业公司 投入3亿美元 3年内完成 1998 6 5Venter在Science上发表文章 论述人类基因测序新策略 1998 8加州Incyte药物公司宣布投入2亿美元用于HGP 接着又有若干家公司成立 总共投入资金约几十亿美元 形成公 私 并进格局 人类基因组作图 1998 10美国国家人类基因组研究所宣布HGP可提前2年 即在2003年完成 1999 12国际HGP联合小组宣布完整地破译第22对染色体的遗传密码 2000 04塞莱拉公司宣布完成一名志愿者的完整遗传密码 2000 06完成并公布人类基因组工作草图 2000 6 26克林顿和布莱尔通过卫星联合宣布HGP草图完成消息2000 6 28江泽民在中央思想政治工作会议上谈到HGP草图完成 人类基因组作图 1999 9 在国际第五次人类基因组测序战略会议上 中国正式承担1 的测序任务 3号染色体上3 107bp 估计有750 1100个基因 有中国特色 与鼻炎癌 肺癌 卵巢癌有关的基因 人类基因组作图 4 HGP对生物信息学提出挑战 人类基因组作图 随着实验数据和可利用信息急剧增加 信息的管理和分析成为HGP的一项重要的工作 发现生物学规律 解读生物遗传密码 认识生命的本质 研究基因组数据之间的关系 分析现有的基因组数据 利用数学模型和人工智能技术 三 HGP会给人类带来什么样的影响 1 推动医学和生物技术的飞跃发展2 又有商机 又有知识产权问题3 对社会伦理的冲击4 后基因组计划 1 推动医学和生物技术的飞跃发展 1 新药开发2 司法审判 1 新药开发 推动医学与生物技术的飞跃发展 估计人类基因中可能成为药物靶的的基因约为 10 3000个若全世界100家顶级制药公司来竞争每家平均30个 一些人们感兴趣的靶基因如 致癌基因 抑癌基因肥胖基因 支气管哮喘基因 2 司法审判 由于 1 可以很容易地从血液 精液 头发 衣物上的残留物 木乃伊或古尸的骨髓 内脏等出获得DNA的样品 2 理论证明 两个人的DNA完全相同的机率为几十亿分之一 所以 DNA测试很快被用在罪犯管制上 推动医学与生物技术的飞跃发展 推动医学与生物技术的飞跃发展 在法庭上可用RFLP于谋杀案取证 RFLP用于亲子关系确认 电泳图谱中左侧 母亲中间 儿子右侧 父亲 推动医学与生物技术的飞跃发展 1985年Jeffreys应用RFLP进行亲子鉴定 创建DNA指纹分析方法 人类基因组计划推动了生物技术高新技术产业 2 又有商机 又有知识产权问题 1 给HGP极大推动 2 寻求利润 要求知识产权 商业公司的参与带来两个后果 又有商机 又有知识产权问题 寻求利润 要求知识产权 基因专利及商业操作已经开始 红血球生成素 EP 是治疗恶性贫血的有效蛋白质类药物 1998年全球销售额13 6亿美元2000年34亿美元美国Amgen公司依靠EPO基因的开发利用 从一个濒临破产的企业变成为生物工程医药领域的领头羊 又有商机 又有知识产权问题 FKBP神经免疫因子配体基因1997年美国基因公司将FKBP神经免疫因子配体基因转让给Guiford公司 交易额高达3 92亿美元 这是迄今为止单个基因交易的最高价格 寻求利润 要求知识产权 又有商机 又有知识产权问题 寻求利润 要求知识产权 有关基因专利的论争1998年5月1日出版的Science杂志上登载两篇观点相反的文章 又有商机 又有知识产权问题 密执安大学法学院两位研究者认为 由于基因的专利化 使支离破碎和相互重叠的知识产权迅速增加 阻碍了上游知识向下游产品的转让结果是 上游的知识产权越多 有用的下游产品反而越少他们主张 决策者应对上游的专利进行合理的界定 最大限度地减少影响下游产品开发的限制性特许证 又有商机 又有知识产权问题 同一期Science上 美国专利和商标局负责生物工程的官员的文章 题为 DNA的专利 认为 没有必要对现行专利制度进行改革 又有商机 又有知识产权问题 3 对社会伦理的冲击 随着HGP的进展 在不久的将来 技术上有可能为每个人提供基因档案 好的方面 1 每个人可以了解自己的体质 使疾病的预防和治疗大为有效 2 每个人可以根据自己的基因特征 扬长避短 规划自己的发展前途和成长道路 对社会伦理的冲击 问题方面 个人遗传信息 基因档案 的隐私问题和公正应用问题个人基因档案是否个人隐私 应如何得到保护 是否会产生 基因 歧视 上学 招工 医疗保险 恋爱婚姻 对社会伦理的冲击 对社会伦理的冲击 我这辈子没戏了 个人隐私 基因注定论 DNAReport 对社会伦理的冲击 要不是你的基因告了密 我们本可以录用你 如何解决由此出现的问题 美国国会早已开始考虑制订法律 来确保个人的基因隐私权 对社会伦理的冲击 克林顿总统卸任前签署法令 禁止联邦机构把遗传信息用于人员聘用过程 对社会伦理的冲击 4 什么是后基因组计划 基因克隆计划 克隆和鉴定人的3 5万个基因基因组多样性计划 代表基因组到个体基因组的研究cDNA计划 目标是建立不同组织 不同基因在不同时期的表达 目录 即个体基因表达的时空图蛋白组计划 HGP的基因序列可以马上转化为信息的和物质的蛋白质一级结构 仿照HGP从单一的蛋白质转向大规模的种类 结构和功能的研究细胞计划 从分子水平到细胞水平的研究中国的HGP指导思想 参与 分享 重点是利用我们的资源 依靠我们自己的力量 为我们的子孙克隆我们自己的基因 生物的性状大都可以遗传 改变基因就可改变性状 基因工程的基本原理 四 什么是基因工程 一 基因工程的基本内容 目的基因的获得目的基因与载体的连接成重组DNA分子重组DNA分子导入受体细胞筛选重组克隆基因表达与产物分离 基因工程 1 从基因所在的生物体直接取得限制性内切酶2 人工合成DNA片段 DNA合成仪 3 PCR反应合成DNA4 mRNA反转录成cDNA5 机械切割的方法 超声波 高速喷射 基因工程 1 目的基因的获得 基因工程 2 获得基因的PCR技术 KaryB Mullis 1944 在Cetus公司工作期间 发明了PCR 他原本是要合成DNA引物来进行测序工作 却常为没有足够多的模板DNA而烦恼 1983年春夏之交的一个晚上 他开车去乡下别墅的路上萌发了用两个引物 而不是一个引物 去扩增模板DNA的想法 Mullis开车的时候 瞬间感觉两排路灯就是DNA的两条链 自己的车和对面开来的车象是DNA聚合酶 面对面地合成着DNA 动画演示 Mullis的第一个PCR实验 1983年9月中旬 Mullis在反应体系中加入DNA聚合酶后在37 一直保温 结果第二天在琼脂糖电泳上没有看到任何条带 于是他认识到有必要用加热来解链 每次解链后再加入DNA聚合酶进行反应 依次循环 1983年12月 他终于看到了被同位素标记的PCR条带 基因工程 DNA片段的分离 凝胶电泳 基因工程 3 目的基因与载体的连接 动画演示 基因工程 4 重组DNA分子导入受体细胞 转化演示 基因工程 5 筛选重组克隆 6 基因表达与产物分离 重组DNA技术 抽取DNA 切下鼠DNA 切开质粒DNA 将质粒导入宿主细胞 混合 连接 基因工程 动画演示 培养基中加抗生素 培养 裂解细胞释放DNA 分子杂交 分离扩增目的克隆 基因工程 重组DNA技术 二 基因工程的应用 转基因微生物转基因植物转基因动物转基因冶疗 基因工程 1 转基因微生物转基因生产药物 激素类 细胞因子 抗体 疫苗转基因工程菌 能源 石油二次开采 纤维素分解 太阳能转换环保 污水处理 废物处理冶金 采矿轻工食品 生产各类产品 基因工程 胰岛素1000磅牛胰10克胰岛素200升发酵液10克胰岛素 干扰素1200升人血1升发酵液2 3万美元 病人200 300美元 病人 基因工程 2 转基因植物抗虫转基因植物 毒素基因 如Bt 其他基因抗病毒转基因植物 抗病毒基因 病毒蛋白基因等抗真菌转基因植物 几丁质酶基因 抗毒素基因抗逆转基因植物 抗盐 抗旱 抗热 抗冻 抗除草剂基因药用转基因植物 抗体 疫苗 生长因子 生长激素转基因植物食品 提高产量 改良品质其他转基因植物 抗早衰 产塑料 PHA 微生物聚脂 基因工程 3 转基因动物转基因动物品种 生长激素 抗病害基因 干扰素 抗体 转基因动物作为反应器 生产蛋白类药物转基因动物模型 筛选药物 抗肿瘤 抗病毒等转基因动物应用于器官移植 免疫排斥基因转基因猪 基因工程 转生长激素基因小鼠 基因工程 基因工程 基因工程药物 4 转基因冶疗肿瘤基因冶疗分子遗传病的基因冶疗心血管病的基因冶疗其他疾病的冶疗 基因工程 三 为什么会有人反对转基因技术 基因工程 宗教因素公众缺乏对现代科学技术的理解1998年11月 孟山都公司在印度的两块试验地被当地人焚烧 原因是该公司在转基因植物中采用了 雄性不育 技术 一些农民怀疑这些 雄性不育 的植物与人接触后也会使人患上 不育症 瑞典的一个民意测验结果表明 60 的人认为普通食物中没有基因 生态学家们出于生态平衡的考虑对未知的彷徨贸易壁垒的需要 基因工程 2014年12月3日 辩论组织 智能平方 IntelligenceSquared 在纽约举办了一场辩论 主题是我们是否应该支持转基因食品 这场辩论引发了很多关注 因为正反双方都是各自阵营里比较靠谱的人物 是正规选手之间的较量而非混乱骂战 Grist org的评论是 终于有一场不大吵大闹的转基因辩论了 四 关于转基因的辩论 基因工程 1 这是一种潜力巨大的技术 能够解决粮食安全相关的种种问题 包括植物疾病和害虫 还可能进一步减少肥料使用 提高生产力 带来有益的环境影响 很多益处已经成为了现实 2 通过增加免耕土地面积 减少杀虫剂使用 它对环境已经带来了直接的益处 3 不需要把转基因和传统育种对立起来 转基因原本就是在传统育种的基础上完成的 正方观点 基因工程 4 抗药性对于任何技术来说都是问题 包括传统的除草剂和杀虫剂 演化不会停步 不能因为抗生素会有抗药性就不再研发新的抗生素 转基因技术也是如此 5 广泛的科学共识认为这项技术是安全的 包括美国国家科学院 美国科学促进会 英国皇家学会等等诸多组织都持这一立场 二十年的广泛研究和经验没有发现任何一例对人或动物有任何危害的实例 对此反方也承认了 6 并没有可靠的理论认为这项技术会对人或者动物的健康带来任何新的未知危害 正方观点 基因工程 1 转基因技术盛名之下其实难副 许多看起来很有前景的技术一直在研发中 但我们只看到了少数几个有用的产品 还没有出现什么产品改变整个农业面貌 2 支持转基因的证据大多来自早期的成功 但抗药性的增加将会让这些好处无法长期维持 3 转基因的明星地位会让人们忽略传统育种在对抗各种问题中起到的巨大贡献 反方观点 基因工程 4 使用这一技术带来了抗性杂草和害虫 而且增加了除草剂的使用量 也许会危害人类健康 虽然他们承认并没有数据支持 5 这一技术的问题可能在现在的时间尺度下还不明显 6 现有安全措施没有考虑到转基因技术快速的更新换代问题 批评家一直以来要求的安全措施很多也没有实现 反方观点 基因工程 根据规则 本场辩论正方获胜 基因工程 编辑的话转基因是一个复杂的领域 其中有很多值得讨论的议题 但遗憾的是 大部分相关讨论很难获得成效 部分原因是辩论者会抱住一些违反基本事实的论点不放 比如 美国人不吃转基因食品 转基因玉米致癌 对虫子有害的东西怎么能吃 转基因完全不能增产 这样的论调 这让辩论无法在共同平台上进行 转基因作物弊潜在的危害 转基因 抗性基因的不良传播对生态系统的影响对生物多样性的潜在影响对遗传稳定性的担心对世界农业格局的冲击 种子垄断 基因工程 五 合成生物学 syntheticbiology http syntheticbiology org 合成生物学就是全新设计建立一个生命系统 使其能够按预设的方式运行 同时具有复杂的动力学和逻辑特征 Tomakebiologytoengineereasier DrewEndy MIT 什么是合成生物学 syntheticbiology 病毒的全合成 按 指令 发光的大肠杆菌 合成生物学的主要研究内容 合成新的生物元器件 其中包括 设计和构建新的生物元器件和系统 对于已有的生物原件的重新设计 使其完成特定的功能 有目的地对生物元器件进行组装 使系统获得新的功能 生产出能满足人类需要的新的生命系统 合成生物学的目的是 走到冰箱里 取出相应的生物零件 把它们组装起来 成为一个微小的生物机器 合成生物学层级关系与计算机工程的类比示意图 系统 控制单元 模块 元件 Adrianantoandroetal MolSysBiol 2006 标准化生物模块 生物积块 Biobrick 经过标准化处理 具有标准的酶切位点的功能DNA序列 http partsregistry org 标准化生物模块 生物积块 Biobrick 生物积块是标准化的生物模块 种类多生物积块经过改造具有很好的生物功能标准化的酶切位点标准化的描述文件和分类方法标准化的动力学参数模拟和背景iGEMRegistry提供对于生物积块的宝贵经验共享 Biobrick 的连接 E X S P E X S P E X S P E X S P 逻辑门功能遗传线路 逻辑门 启动子2 启动子1 lacI GFP tetR 荧光 IPTG aTc IPTGaTcGFP000010100111 与门 IPTG aTc 逻辑门功能遗传线路 启动子2 启动子1 lacI tetR GFP GFP 启动子3 逻辑门 IPTG aTc 荧光 IPTG aTc IPTGaTcGFP000011101111 或门 基因调控开关 双稳态开关 启动子2 抑制子1 启动子1 抑制子2 gfp 诱导子1 诱导子2 人工细胞群体图案系统 gfp luxI PLtetO 1 lacIM1 cI gfp 信号发生细胞 高浓度 中浓度 lacI lacIM1 cI gfp 低浓度 lacIM1 cI lacI lacI 基因线路的空间响应 人工细胞群体图案系统 大肠杆菌成像系统 当有光照刺激时 感光蛋白刺激并抑制EnvZ蛋白的自磷酸化过程 EnvZ蛋白通过使OmpR蛋白也无法磷酸化 将其启动子关闭 作为融合基因的lacZ基因无法表达 此区域中无黑色化合物产生为菌苔原有的颜色 ClassicConditionedReflexexperimentwasfirstcarriedoutbyPavlovondog 2020 3 19 ConditionedReflexMimickinginE coli 138 Learning Memory Salivation Ring Food Saliva LearningANDGate RecallingANDGate LogicCircuit 139 OR SyntheticGenomeBringsNewLifetoBacterium Synthia 2010年5月21日的Science杂志上 报道了美国科学家Venter研究团队将人工合成的蕈状支原体Mycoplasmamycoides的基因组转入山羊支原体Mycoplasmacapricolum细胞 产生的人造细胞表现出后者的生命特性 他们将这一人造细胞称作 Synthia 合成体 辛西娅 菌落图 辛西娅 显微图 Venter团队制造人造细胞的研究历程 1995年开始2007年实现两种支原体中天然基因组转移2008年合成了生殖支原体的基因组DNA2010年 Synthia 就是两种技术合而为一的结果 1 蕈状支原体的全基因组测序2 通过计算机对合成序列的精密计算3 合成1078条均长为1080bp的DNA片段 片段两两间具有80bp的重叠较天然基因组略不同 去除了14个不重要的基因为阻断基因而设计的两个插入序列27处单核苷酸多态性4条用来区分于天然序列模本的 水印 标记 Watermark 1 合成供体的基因组DNA 实验步骤与原理 合成的1078条DNA片段分别连接到载体在酵母细胞中通过同源重组拼接10个一组拼接为大约10kb的片段 109个 4 将109个片段每组10个再拼接成100kb的片段 11个 5 这11条片段最终拼接成完整的1077947bp的基因组 2 合成DNA片段的拼接 3 人工基因组的甲基化修饰 4 人工基因组移植入受体细胞 构建好的人工合成基因组移植入山羊支原体内含人造基因组的细胞在含抗生素的培养基中培养通过生长和分离 受体细菌产生两个细胞 一个带有人造DNA 另外一个带有天然DNA 在抗生素的筛选下 含有天然DNA的细胞逐渐消失殆尽 最终只剩下含有山羊支原体细胞质但由合成的蕈状支原体DNA控制的人工嵌合体细胞 Syn