细胞工程-第一章 绪 论

绪 论,绪 论,知识目标：了解细胞工程的发展简史掌握细胞工程及其相关概念掌握细胞工程主要技术了解细胞工程的应用,绪 论,细胞工程,应用的原理和方法,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品,概念,分类,植物细胞工程,研究的目的,研究的水平,动物细胞工程,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,是指细胞融合和细胞培养技术。,包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作与培养,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,一、细胞工程（cell engineering）定义,是指在细胞水平上的遗传工程，即应用细胞生物学、分子生物学的方法，对细胞进行遗传操作，如细胞培养、细胞融合、细胞诱变、细胞重组、细胞遗传物质转移和生殖工程等，以获得所期望遗传组成的细胞或生物体，从而达到改良生物品种或创造新品种，加速繁育动植物个体，或利用细胞培养产生某种有用物质的过程。细胞工程的核心技术：细胞培养与繁殖目的：获得新性状、新个体、新物质,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,、植物细胞工程（plant cell engineering）是细胞工程的一个重要的分支，是一门以植物组织和细胞的离体操作为基础的实验性学科。它是以植物组织细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程统称为植物细胞工程,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,植物细胞工程的任务（1）研究植物器官、组织和细胞在离体培养条件下，所需要的有机营养、无机营养、植物激素等培养条件和刺激因素。（2）研究植物器官、组织和细胞，在离体培养条件下，所需的温度、湿度和光照等环境条件。（3）研究植物的不同生理年龄、遗传组成（基因型）在离体培养条件下，形态发生的规律。（4）研究离体培养条件下再生植株群体的遗传稳定性和变异性。、,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,2、动物细胞工程（ animal cell engineering ）,是细胞工程的另一个重要的分支，是对动物的细胞、组织和器官培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移和生殖工程等从细胞水平改变动物细胞的遗传物质，用于生产特定生物制品、培育动物新品种和应用于人类的优生。就技术范围而言，动物细胞工程包括:细胞培养技术（组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术 （核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆），这些便是动物细胞工程的主要内容。,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,2、动物细胞工程（ animal cell engineering ）,是细胞工程的另一个重要的分支，是对动物的细胞、组织和器官培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移和生殖工程等从细胞水平改变动物细胞的遗传物质，用于生产特定生物制品、培育动物新品种和应用于人类的优生。就技术范围而言，动物细胞工程包括:细胞培养技术（组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术 （核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆），这些便是动物细胞工程的主要内容。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,一、细胞与组织培养技术（cell and tissue culture）属体外培养（in vitro culture），可分为三个层次的培养：细胞培养 组织培养 器官培养细胞培养是进行细胞工程操作的基本技术和 内容。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,植物细胞与组织培养的基本技术要点:取材和消毒准备培养基接种移栽,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,动物细胞培养过程示意图:,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,细胞与组织培养技术价值该技术最显著的价值在于能快速、大量繁殖一些有价值的苗林、花卉、药材和濒危植物等，并可以在培养无毒苗、长期贮存种子、细胞和原生质融合以及生产次生代谢产物方面发挥作用。动物细胞培养技术可生产许多有应用价值的细胞产品，如多种单克隆抗体、疫苗、酶、激素以及免疫调节因子等。其中单克隆抗体的生物反应器大规模生产，已经在医药领域产生了极大的社会和经济效益。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,二、细胞融合技术（cell fusion）又称细胞杂交（cell hybridization），是指在外力（诱导剂或促融剂）作用下，两个或两个以上的异源（种属间）细胞或原生质体融合形成一个细胞的过程。是转移异源遗传物质创造新种质或新材料的一种重要细胞工程技术。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,二、细胞融合技术（cell fusion）技术要点: 原生质体的制备 细胞融合 融合细胞的培养 杂种细胞的筛选 杂种细胞的分化与再生 再生植株的鉴定,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,二、细胞融合技术（cell fusion）技术价值:最大的贡献是动植物、微生物新品种的培育方面。应用该技术能把亲缘关系较远，甚至毫无亲缘关系的生物体细胞融合在一起，为远源杂交架起了桥梁，是改造细胞遗传物质的有力手段； 动物细胞的融合后形成的杂交瘤主要用来获得单克隆抗体，被成为“生物导弹”，将为治疗癌症开辟一条新的途径；此外细胞融合技术为携带外源基因的载体（如携带抗病基因的载体Ti和Ri）进入细胞创造了条件。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,三、细胞拆合技术(nuclear transplantation)也称为细胞核(包括细胞器)移植技术，是用某种方法如利用显微操作技术将细胞核和细胞质拆开或者把细胞核从细胞质中吸取出来，或用紫外线等把细胞中的核杀死，然后再把分离的同中或异种细胞核和细胞质重新组合起来，形成一个新细胞或新生物个体，赋予重建的细胞以某种新的功能。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,三、细胞拆合技术(nuclear transplantation)细胞拆合技术和细胞融合技术汇合，建立了细胞重组技术。细胞重组技术已成为一种十分重要的现代生物技术。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,四、染色体工程 (chromosome engineering )按照人们一定的设计，把单个的染色体或染色体组转入或移出受体细胞，从而形成新的染色体组合和遗传构成，达到定向改变遗传性和选育新品种的一种技术。该技术最大的价值是新品种的培育。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,四、染色体工程 (chromosome engineering )主要分为: 植物染色体工程 动物染色体工程 植物染色体工程目前主要是利用传统的杂交回交等方法达到改变染色体的目的。 动物染色体工程主要是通过对染色体显微操作技术达到转移基因的目的。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程(embryonic engineering)以生殖细胞和胚胎细胞为对象进行的操作， 主要技术包括体外受精、胚胎切割、胚胎移植等。 胚胎移植技术是将一个生物体内的胚胎移植到另一个生物体内繁殖的技术，这样可能大量繁殖优良的品种。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程(embryonic engineering)具体操作是： 先注射雌性激素在一雌性动物的体内，促使其大量排卵 然后在体外人工受精后发育成为胚胎 后再植入其它同类动物的子宫内使其发育成为个体,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程(embryonic engineering)价值:一头优良的牛马等动物一年可以产四五十头，大大提高了繁殖率，从而可以降低胚胎成本，扩大移植胚的来源，使农畜动物胚胎移植的推广应用成为可能。 优势:体外受精可以准确地确定受精的时间和胚胎发育阶段，因此，利用体外受精技术进行核移植性别控制和基因导入，可望工厂化生产遗传性稳定生产性能优良的家畜，以加快农畜良种化。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程(embryonic engineering)具体操作是： 先注射雌性激素在一雌性动物的体内，促使其大量排卵 然后在体外人工受精后发育成为胚胎 后再植入其它同类动物的子宫内使其发育成为个体,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,六、细胞遗传工程 主要包括细胞克隆和转基因技术。 克隆是指离体条件下的无性繁殖。 动物克隆技术主要是指核移植技术。 简单地讲，将发育各个阶段（胚胎、胎儿、幼子、成年）的一个细胞，利用显微操作技术，移植到一个去掉了细胞核的成熟的卵母细胞中，在适当的条件下，重新形成一个胚胎，把这个胚胎移植到生殖周期相近的代理母体内，最终发育成一个正常的动物个体。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,六、细胞遗传工程转基因技术即将目标性状基因分离出来，构建重组DNA分子导入生物体，得到稳定表达，并能够遗传给后代的技术。目前已成为物种遗传改良的最有效途径。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,七、干细胞与组织工程 干细胞（stem cell）是动物体内具有分化潜能，并能自我更新的细胞. 分为胚胎干细胞和组织干细胞。 胚胎干细胞来自囊胚期的细胞团，属于全能干细胞，每个细胞可以发育成为完整的个体。 组织干细胞存在于成体组织中，属单能或多能干细胞，可以定向分化为一种或几种不同的组织。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,七、干细胞与组织工程 组织工程是在干细胞的基础上发展起来的，将干细胞与材料科学相结合，将自体或异体的干细胞经体外扩增后种植在预先构建好的聚合物骨架上，在适宜的生长条件下干细胞沿聚合物骨架迁移铺展生长和分化，最终发育具有特定形态及功能的工程组织。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,七、干细胞与组织工程“治疗性克隆”:如果能够消除体细胞的“记忆”，它们就有可能恢复到胚胎细胞的状态科学家称之为把细胞“重编程”。把通过“重编程”得到的干细胞在不同的环境条件下进行培养，就能得到各种分化细胞。人们通常把这种利用体细胞制造胚胎干细胞，分化后再移植回人体的技术。,绪 论,第三节 细胞工程的发展历史,一、植物细胞工程的发展简史大致经历了三个阶段： （一）探索阶段（1902-1929） （二）培养技术建立阶段（1930-1959） （三）应用研究阶段（1960- ） （1）原生质体培养和细胞融合。 （2）微繁技术 （3）花药培养技术 （4）次生产物生产,绪 论,第三节 细胞工程的发展历史,二、动物细胞工程发展史 1、细胞融合现象的发现 2、动物细胞培养技术的建立 3、细胞融合技术的建立和杂交瘤技术的诞生 4、动物克隆技术的建立,绪 论,第三节 细胞工程