生物技术概论-细胞工程

.1、吉林工程技术师范学院生物工程专业生物技术、细胞工程导论。2，第1节细胞培养的设施、条件和方法。3、研究基础：细胞学操作对象：基础细胞或组织技术：细胞和组织培养、4、1、细胞工程基本原理、1.1细胞工程概念和研究范围1.2细胞工程基础知识1.3细胞工程理论核心，5，1.1细胞工程的概念及其研究范围，概念：应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程试验方法或技术，在细胞水平上研究和改变生物遗传特征和生物特征，以获得特定细胞、细胞产品或新生物体的学科。研究范围：广义的细胞工程包括生物组织、器官和细胞的所有体外操作和培养技术，狭义的细胞工程是指细胞融合和细胞培养技术。根据研究对象的不同，细胞工程可分为动物细胞工程、植物细胞工程和微生物细胞工程。细胞工程的基础知识，生物学中有两种细胞：原核细胞和真核细胞。原核细胞：脱氧核糖核酸暴露在细胞质中，不与蛋白质结合，这很容易被人类基因操纵。快速增长；细胞中没有膜结构细胞器。它是细胞转化的良好材料。真核细胞：细胞中有一个细胞核和许多膜结构细胞器。一般来说，有明显的细胞周期。处于有丝分裂期的染色体处于高度螺旋收缩状态，不利于基因捕获或外源基因插入。可以采取某些措施来诱导真核细胞的同步生长。植物细胞外有几层以纤维素为主要成分的细胞壁。1902年，德国植物学家哈贝兰德提出了细胞全能性假说。1934年，怀特首次被定义为：在适当的条件下，每一个活的植物细胞都有能力发育成胚胎。20世纪70年代，上述定义的范围扩大了，人们认为植物的活细胞不仅能形成胚状体，还能发育成完整的植物。在20世纪80年代早期，人们认为任何植物的分离细胞都具有在人工培养下合成其亲本植物药物成分的能力，即培养细胞的药物生物合成能力。目前，细胞全能性的定义是：植物的每一个活细胞都具有物种新陈代谢、压力和自我复制的基本生命属性，这可以在合适的体外培养条件下表现出来。10，1.3.2植物活细胞具有生命特征，生命特征，细胞具有生命特征。体外培养的细胞显示了该物种的重要特征。11.重要特征：新陈代谢，压力，自我复制，12，1。新陈代谢：指维持生命的各种活动中的化学变化的总称。有机体总是从环境中吸收物质和能量来维持自身。它也有相同的能量，并通过热量或其他形式排出体外。一旦新陈代谢停止，生命活动就会停止，生物体就会解体。也就是说，为了维持生命，有机体必须呼出旧的，吸收新的。压力是指生物体对环境变化的刺激做出反应的特性。没有不断变化的环境条件，生物就不能生存。除了四季有规律的变化外，还有一些急剧的变化，如干旱、涝灾、高温、低温、虫灾等。生物体有一种“特定机制”来感知和正确估计环境的变化，从而纠正它们在体内的变化，确保体内的平衡，并应对环境的突然变化。自我复制：指以自身为模板，通过新陈代谢复制完全相同的结构或产生具有相同自我复制能力的突变结构的生物体。前者是“遗传”，后者是“变异”。“遗传”确保了物种的净化，“变异”为物种的进化提供了基础。自我复制实现了继承和变异的矛盾统一。细胞具有生命属性生物是由细胞组成的，所以细胞也具有生命属性。细胞是生物体结构和功能的基本单位。核酸是构成细胞的重要物质。它携带遗传信息并具有自我复制的能力。然而，当它单独存在时，它不能显示生命的特征。只有当细胞形成时，它们才能显示完整的生命活动。同一个体的每个体细胞中包含的基因是相同的，但是细胞结构和功能通常是不同的(例如，根细胞具有吸收水和营养的功能；叶子有光合作用、蒸腾作用等。)。因此，不是每个细胞都能表达所有的遗传信息。一些基因在这些细胞中表达，而另一些基因在其他细胞中表达。也就是说，生命的所有属性都在不同的细胞中分别表达。体外培养的细胞显示了该物种的生命特征。1.培养细胞在适当条件下的代谢，如果体外细胞能够存活，它们就具有代谢特征。例如，绿色细胞具有光自养能力；培养的细胞具有该物种的“药物生物合成能力”。在合适的培养条件下培养细胞的应激，离体细胞具有应激：在切割和损伤植物组织后，应激在培养条件下去分化，在合适的条件下再分化(芽和根)。培养的细胞具有自我复制的特性，细胞工程是生命科学领域不可或缺的一部分。就学科而言，它是一门综合性的科学，涉及许多学科，如细胞生物学、发育生物学和遗传学。基于细胞培养技术和细胞融合技术，细胞工程已广泛应用于许多学科的基础研究以及农业、医药和食品生产中。近年来，细胞工程的发展和应用主要集中在细胞杂交、快速无性繁殖和细胞育种上。在新技术革命的浪潮中，细胞工程对农业和食品等传统技术的创新产生了巨大的影响。细胞工程涉及的主要技术包括细胞培养技术、细胞融合技术、细胞器移植和细胞重建技术、染色体工程技术、体外受精技术、胚胎移植技术和生物反应器技术。在食品工业中广泛应用的细胞工程技术主要有细胞培养技术、细胞融合技术、细胞重建技术和细胞代谢产物生产技术。细胞培养技术细胞培养技术是指动物和植物细胞在无菌条件下的体外保存和生长。也就是说，取出体内的某个组织，分散到单个细胞中，并在体外人工生长条件下进行培养，以使细胞能够持续生长和增殖。细胞融合技术是指通过酶法去除两种不同亲本菌株的细胞壁而获得的两种原生质体，它们在融合助剂的作用下相互凝集并在细胞间融合，从而导致基因重组并获得新菌株。融合频率明显比常规杂交高几倍至几十倍。促进基因重组、遗传育种和优良菌株的选育，实现高产优质具有重要的现实意义。细胞器移植和细胞重建技术所谓的核移植技术是一种利用显微操作技术将一个细胞的细胞核转移到另一个细胞或交换两个细胞的细胞核(或细胞质)的技术，从而有可能创造出无性杂交生物的新品种。动物细胞工程主要用于培养生理活性物质，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。由于动物细胞工程的复杂性和精确性，促进大规模动物细胞培养的新技术和新工艺不断涌现。关键技术包括无血清细胞培养基的开发，灌注悬浮培养、贴壁细胞培养、固定化细胞培养等培养技术的应用等。植物细胞工程主要是指植物细胞培养技术，以前称为植物组织培养，是在适当的培养基上对植物组织、器官或细胞进行无菌培养的技术。最常见的植物细胞培养技术包括愈伤组织培养、悬浮细胞培养、器官培养、基本分生组织培养、原生质体培养和固体细胞培养。，33，植物细胞结构，34，4，染色体工程，将单个染色体或染色体组转入或转出受体细胞，从而形成新的染色体组合和遗传组成。广泛用于培育优良品种，如多倍体育种。胚胎工程是以生殖细胞和胚胎细胞为对象的细胞工程操作。主要技术包括体外受精、胚胎移植、胚胎切割等。干细胞与组织工程。干细胞是在动物体内具有分化潜能并能自我更新的细胞。它们分为胚胎干细胞和组织干细胞。37，7，转基因和生物反应器，(1)转基因动物，(2)转基因植物。38、两细胞培养的设施、条件和方法，主要介绍细胞工程实验室的设置和所需的基本条件。细胞工程实验室与其他普通实验室的主要区别在于，需要严格的无菌环境来避免微生物和其他有害因素的影响。一般来说，它应该能够执行六项任务：无菌操作，培养，准备，清洁，消毒灭菌，和储存。39、2.1细胞工程实验室、无菌手术室、无菌手术室的设置是一个相对密封、防尘、抗菌的工作空间，在结构和消毒方面有基本要求。2.1.1动物细胞工程实验室设备，40，洁净工作台，41，2。培养室和观察室需要干净无尘。孵化可以在能够控制温度的孵化器或温室中进行，大多数实验室使用孵化器。在制备室的这个区域，主要进行培养溶液和相关液体的制备。使用天平、酸度计、磁力搅拌器等设备完成配制后，应在无菌操作台上进行过滤和灭菌。储藏室的主要设备包括冰箱、液氮罐、储物柜和其他器具。对储藏室的要求是容易进入。清洗消毒室应区别于其他房间，主要包括消毒柜、干燥箱和纯水制备设备，用于所有细胞培养容器的清洗、制备、消毒和纯水制备。45、2.1.2植物细胞工程实验室的设置植物细胞工程实验室不仅有与动物细胞工程实验室相似的无菌手术室、制备室、清洗消毒室，而且有其特殊的设置，如培养室、温室和有光照条件的驯化室。无菌手术室2和培养室培养室的温度应可控，一般保持在25左右。3.鉴定室4、清洗室5、灭菌室6、准备室7、驯化移植室。47，2.2常用仪器和设备，1，洁净工作台。48，2。倒置显微镜使用倒置显微镜定期检查培养细胞容器中的细胞生长，及时调整培养条件。如果发现污染，可以根据污染类型决定补救措施和处理计划。如果你能配置一个高质量的相关显微镜和一个摄像系统，效果会更好。当细胞培养中的一些仪器和容器需要干燥，玻璃器皿需要干燥和消毒时，可以使用电烤箱。鼓风电热干燥箱是实验室常用的设备。其优点是温度均匀，效果好，缺点是加热过程慢。水净化装置中细胞培养的水质非常高，所有与培养细胞接触的液体都需要纯水。水可以通过离子交换纯水装置或蒸馏器进行净化。冰箱的细胞培养室必须配备普通冰箱或冷藏柜，最好配备低温冰箱(-20)。前者用于储存各种溶液和组织样品的短期保存等。而-20低温冰箱用于储存需要冷冻以保持生物活性并长期储存的制剂，如酶、血清、配置抗生素等。52，6，压力蒸汽灭菌器7，细胞计数板和电子细胞计数器8，过滤灭菌装置9，离心机10，移液管和吸管11，离心管12，移液管13，天平。53，2.2.2动物细胞工程实验室常用仪器设备，1，培养箱2，显微操作仪3，细胞融合仪4，细胞冷冻库5，培养容器6，手术器械，54，2.2.3植物细胞工程实验室的常用仪器和设备，1。光照培养箱2个，人工气候箱3个，摇床4个，培养瓶，55，2.3实验室生物安全。在进行细胞和组织培养时，尤其是培养含有病原体的生物材料时，不仅要保证培养物不受污染，还要保证培养物不会对实验室人员和环境造成污染。清洗的主要目的是从培养容器中去除影响细胞生长的杂质、微生物和其他成分。清洁后的玻璃器皿应干净、透明、无油且无任何残留物质。清洗后的容器在消毒前必须紧密包装，以便消毒和储存，防止消毒后落入灰尘和再次被污染。清洗消毒、严格的消毒灭菌是保证细胞培养成功的关键。细胞培养中主要使用两种消毒方法，即物理消毒和化学消毒。不同的消毒方法适用于不同的物品，如消毒室或洁净工作台台面等大面积的紫外线消毒法，玻璃器皿的高压蒸汽消毒法，含耐热成分的培养基和试剂的过滤消毒法，实验室和消毒室台面和物体表面的化学消毒法。58，过滤消毒器，59，3.1清洗，3.1.1清洗玻璃器皿，3.1.2清洗橡胶塞，3.1.3清洗塑料制品，3.1.4清洗g6消毒器，3.1.5清洗不锈钢消毒器，3.1.6包装，60，3.1.1清洗玻璃器皿，玻璃器皿最常用于组织细胞培养。一般的玻璃器皿清洗包括四个步骤：浸泡、刷洗、酸洗和漂洗。清洁后的玻璃器皿应干净、透明、无油渍和任何残留物质。在使用新瓶子之前，它们需要浸泡在清水中以软化和溶解附件。在新玻璃器皿的生产过程中，玻璃表面经常是碱性的，带有一些对细胞有毒的物质(如铅和砷)，同时经常有大量的灰尘。你可以用自来水擦洗，然后用稀盐酸浸泡一夜。将培养的容器立即浸入水中进行刷洗。擦洗将浸泡过的玻璃器皿放入洗涤剂溶液中，用软刷反复擦洗，去除玻璃器皿内外表面的杂质。应注意两点：第一，防止损伤血管表面光洁度，以免影响细胞生长；第二，不能有死角。酸洗清洗液由浓硫酸、重铬酸钾和蒸馏水制成。它具有很强的氧化性，很强的去污力，对玻璃器皿没有腐蚀性。这是一个关键环节。准备清洗液时要小心，注意安全，防止皮肤烧伤和衣服烧伤。使用、刷洗和浸泡后用水彻底冲洗玻璃器皿，以避免清洗液污染或残留。该洗涤装置最适合洗涤，省力，效果好。如果手动操作，需要用自来水冲洗10次以上。65，3.1.2橡胶塞的清洁，橡胶塞的清洁在新购买的橡胶塞中发现大量滑石粉，这些橡胶塞用自来水清洁，然后用常规方法处理。常规清洗方法：用2%氢氧化钠浸泡在水中，用自来水煮沸10-20分钟，用1%盐酸清洗，用自来水浸泡30分钟，用蒸馏水清洗，晾干2-3次。塑料制品的清洗，塑料自制制品现在大多包装在无毒和经过特殊处理的包装中，打开后可以使用，大多是一次性物品。但是，如果使用后消毒，可以重复使用2-3次，但不能太多。清洗和消毒仍然需要重复使用。67，3 . 1 . 4G 6 G6除菌过滤器的清洗将新的G6除菌过滤器浸泡在玻璃洗涤液中24小时，然后用自来水缓慢洗涤，直到酸碱度约为5.5，然后缓慢洗涤将用过的G6除菌漏斗立即浸泡在水中(注意：过滤器不得干燥)过夜，并缓慢冲洗水24小时或更长时间。当过滤器表面基本畅通时，过滤器在50下干燥。然后将过滤器浸泡在清洗液中24小时，或者填充清洗液并自然过滤。自来水冲洗和后续处理与新型G6除菌过滤器相同。68、针式过滤器、除菌过滤器、69、3.1.5不锈钢除菌过滤器的清洗液擦洗新的或用过的过滤器，然后用自来水冲洗，用去离子水浸泡，最后用三重蒸馏水浸泡24小时，然后干燥。包装材料包括瓦楞包装纸、硫酸纸