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文档简介
遗传工程,讲授人:葛娟生命科学学院邮箱:gjuan111,授课计划(24学时),绪论(2)基因操作的主要技术原理(4)基因工程的酶学基础(4)基因工程载体(4)基因的分离与鉴定(4)植物基因工程(3)动物基因工程(3),参考教材1基因工程原理.吴乃虎.科学出版社,2001.2基因工程.楼士林.科学出版社,2002.3基因工程.杨汝德.华南理工大学出版,2003.4分子克隆实验指南(第三版).萨姆布鲁克.科学出版社,2002.5途径工程第三代基因工程.张惠展.中国轻工业出版社,2002.6Gene,Benjamin,OxfordUniversityPress,2004.,成绩评定方式本门课程成绩采用百分制计分,笔试,闭卷。成绩构成:平时成绩10%,课程论文30%、笔试60%。1、平时成绩:考勤占5分,缺勤1次扣1分,扣完为止;课堂讨论、课后习题占5分,积极发言、主动发言者即可得分。2、课程论文:上课期间布置2-3道课程论文,查阅文献独立完成,论文成绩乘以30%计入总成绩。3、笔试试卷分A、B卷,总分100分,闭卷考试,考试成绩乘以60%计入总成绩。,多莉和它的孩子,沃尔小组成功克隆两只恒河猴,吴明杰小组:5只克隆猪,1866年,孟德尔提出了遗传因子(hereditaryfactor)的概念。他将控制豌豆性状的遗传因素称之为遗传因子,形成了基因的雏形。,1909年,丹麦的遗传学家Johanssen根据希腊语“给予生命”之义,创造了“gene”一词,但它只是一个抽象的单位,并不代表物质实体。,“遗传因子/基因”的设想一经提出,便推动人们去寻找,去探索基因在哪里?基因是什么?,1910年,美国遗传学家摩尔根以果蝇为研究材料,发现了连锁交换定律并提出遗传粒子学说,第一次将代表某一特定性状的基因与某一特定的染色体联系起来,即基因位于染色体上。,野生果蝇没有现成的成对性状摩尔根在长期饲养中找到各个性状的突变株,控制不同性状的等位基因,在2#染色体上的位置,触须长/短,身体灰/黑,眼睛红/紫,翅长/短,1944年,美国微生物学家Avery首次证实遗传物质的基础是DNA,基因位于DNA上。,35S标记外壳蛋白质感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞,32P标记DNA感染后放射标记进入大肠杆菌细胞,1953年,Watson和Crick创立DNA双螺旋模型,证实基因是具有一定遗传效应的DNA片段。,ABZ,半保留复制,1955年,Benzer在T4噬菌体的顺反互补实验中,正式使用“顺反子”(cristron)这个术语,并将顺反子与基因在意义上和功能上统一起来。同时证实基因不是最小单位,它仍然是可分的;并非所有的DNA序列都是基因,只有其中某一特定的核苷酸区段才是基因的编码区。,基因(gene):是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。编码蛋白的基因只转录而无翻译功能的基因(tRNA,rRNA)不转录的基因,基因的现代概念移动基因(movablegene)断裂基因(splitgene)假基因(pseudogene)重复基因(repeatedgenes)重叠基因(overlappinggenes)或嵌套基因(nestedgenes),基因的特点:不同基因具有相同的物质基础基因是可以切割的基因是可以转移的多肽与基因之间存在对应关系遗传密码是通用的基因通过复制把遗传信息传递给下一代,第一章绪论遗传性赋予生物种的稳定,保证生物种的延续不断。变异性赋于生物种的进化,保证生物种对各种环境的适应。,基因工程的诞生基因工程的成就基因工程的特征基因工程的研究内容基因工程的安全性基因工程的应用基因工程技术的商业化特点,一、基因工程的诞生,基因工程诞生于1973年。,1、理论上的三大发现,(1)40年代发现了生物的遗传物质是DNA。(2)50年代搞清楚了DNA的双螺旋结构和半保留复制机理。(3)60年代确定了遗传信息的传递方式。,2、技术上的三大发明,(1)限制性核酸内切酶(restrictionenzymes)的发现(2)DNA连接酶(ligase)的发现(3)基因工程载体(vector)的发现,二、基因工程的成就,(1)1977年,Itakara等使有活性的激素抑制素在大肠杆菌中表达,这是真核生物的人造基因首次在原核生物中表达;(2)1978年,Gooddel等使化学合成的人胰岛素基因在大肠杆菌中表达;,(3)1979年,Gooddel等使人生长激素基因在大肠杆菌中表达成功;(4)1980年,Nagata等使干扰素基因在大肠杆菌中表达成功;(5)1981年,从遗传工程菌获得的新产物有动物口蹄疫疫苗、乙型肝炎病毒表面抗原和核心抗原以及牛生长激素等。,三、基因工程的特征,跨物种性外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。无性扩增外源DNA在寄主细胞内可大量扩增,和高水平表达。,四、基因工程研究的内容,1、定义:P1,2基因工程研究内容:(1)从生物有机体复杂的基因组中,分离出带有目的基因的DNA片段;(2)在体外,将带有目的基因的DNA片段连接到能够自我复制并具有选择标记的载体分子上,形成重组DNA分子;(3)将重组DNA分子引入(转)到受体细胞(亦称宿主细胞或寄主细胞);,(4)从大量的细胞繁殖菌落中,筛选出具有重组DNA分子的细胞克隆;(5)将目的基因克隆到表达载体上,导入寄主细胞,使之在新的遗传背景下实现功能表达,产生出所需要的物质。,五、基因工程的安全性,1、基因工程的安全隐患对环境的影响重新组合一种在自然界尚未发现的生物性状,有可能给现有的生态环境带来不良影响。新型病毒的出现制造带有抗生素抗性基因或致病毒能力基因的新型微生物,有可能在人类或其它生物体内传播。,癌症扩散将肿瘤病毒或其它动物病毒的DNA引入细菌有可能扩大癌症的发生范围。人造生物扩散新组成的重组DNA生物体的意外扩散可能会出现不同程度的潜在危险。,2、重组DNA研究的安全准则,公众的担忧1973年,美国公众第一次公开表示担心应用重组DNA技术可能会培养出具有潜在危险性的新型微生物,从而给人类带来难以预料的后果。,专家的态度1974年美国国立卫生研究院(NIH)考虑到重组DNA的潜在危险,提请PaulBerg博士组成一个重组DNA咨询委员会。这个由11名分子生物学和重组DNA权威学者组成的委员会在同年7月发表公开信,要求在没有弄清楚重组DNA所涉及的危险性范围和程度,以及在采取必要的防护措施之前,暂停几类试验(带抗生素抗性和肿瘤病毒及动物病毒)。,制定安全规则1976年6月23日,NIH正式公布了“重组DNA研究的安全准则”。规定了安全防护(物理防护和生物防护)标准以及禁止若干类型的实验。,基因工程的安全措施,(1)实验室的物理安全分4级:P1P4级P1级实验室一般装备良好的普通微生物实验室。P2级实验室在P1级实验室的基础上还装备有负压的安全操作柜。,P3级实验室全负压的实验室,同时装备安全操作柜。P4级实验室专用的实验大楼,周围与其它建筑物应有隔离带。具有最高安全防护措施。,(2)实验室的生物安全分3级(大肠杆菌):EK1EK3级。EK1级的大肠杆菌在自然环境中一般都要死亡。EK2-EK3级大肠杆菌在自然环境中无法存活。,(3)载体的安全应该是失去了自我迁移的能力。不会自动从“安全”的菌株转移到“不安全”的菌株中。容易构建,如pBR322。,六、基因工程的应用,(一)基因工程在农业生产中的应用1.提高植物的光合作用效率2.提高豆科植物的固氮效率3.转基因植物4.转基因动物,转基因植物获得新的性状,中国已经批准进入大田的转基因植物,马铃薯:抗病毒、抗逆、高营养品质水稻:抗病毒、抗虫、抗除草剂棉花:抗虫玉米:抗虫大豆:抗除草剂小麦:抗除草剂、高营养品质番茄:抗病、耐储存甜椒:抗病,辣椒:抗病毒烟草:抗病毒、抗虫番木瓜:抗病毒矮牵牛:改变花色杨树:抗虫微生物:提高固氮效率,(二)基因工程在工业中的应用,1.纤维素的开发利用克隆各种参与纤维素降解的酶的基因,导入酿酒酵母,就可能利用廉价的纤维素来生产葡萄糖,发酵成酒。2.酿酒工业用外源基因改造酿酒酵母,产生优质的啤酒,或用酿酒酵母生产蛋白质等。,(三)基因工程在医药上的应用,1976年,27岁的风险投资人RobertSwanson与UniversityofCalifornia的教授HerbBoyer共饮了几杯啤酒,讨论了基因工程技术的商业前景。讨论结束时,他们决定建立一个公司,并取名为Genentech(GeneticEngineeringTechnology)。第一个基因工程公司在学术界和商业界的满腹怀疑中诞生了!,Genentech的骄人业绩,1976Genentech创立1977首次在微生物里生产了人蛋白生长激素抑制素1978克隆了人胰岛素基因1979克隆了人生长激素素基因1982第一个基因重组药(人胰岛素)上市(转让给Lilly公司)1984第一个VIII因子,转让给CutterBiological1985第一个自己生产的产品(人生长激素)1987生产组织纤溶酶原激活剂(tPA)1990生产interferon1与瑞士Roche医药公司合并($2.1billion),1.用转基因植物或动物生产药物2.用微生物生产药物大肠杆菌或酵母菌生产激素(如胰岛素)、干扰素等3.技术设计高效高特异性的生物制剂应用定点突变技术设计蛋白质或酶的结构,制造出高效高特异性的生物制剂4.研制疫苗制造新型疫苗(如HIV、乙肝、丙肝、霍乱、痢疾、SARS),5.基因诊断6.法医鉴定7.基因治疗(仍在探索阶段)将正常的外源基因导入靶细胞中以弥补靶细胞所缺失或突变的基因、或抑制异常表达的基因。遗传病、肿瘤、心血管病、糖尿病等。,美国已批准上市的基因工程药物(1997.7),胰岛素人生长激素干扰素白细胞介素2粒细胞集落刺激因子粒细胞巨噬细胞集落刺激因子红细胞生成素组织溶纤原激活剂生长激素促生长素抗血友病因子VIII乙型肝炎疫苗甲型肝炎疫苗鼠单克隆抗体,中国已经批准上市的基因工程药物(1998.5),rhuINFa1b(外用)rhuINFa1brhuINFa2arhuIFNa2brhuINFrhuIL2rhuG-CSFrhuGM-CSFrSKrhuEPObFGF(外用),(四)基因工程在环境保护中的应用,1.检测水污染用重组细菌或转基因鱼等检测水污染。2.生物降解用带有重组质粒的“超级菌”分解油(烷烃类)、有机农药污染。,七、基因工程技术的商业化特点,1.技术密集型(1)产品来源于实验室Boyer教授是Genentech的副总裁。(2)科学家往往就是公司的领导人。2.市场扩张迅速20世纪末世界的的总销售额达6000亿美元。,3.投入巨大80年代初,加拿大联邦政府出资参与建立的Allelix生物技术公司,注册资本高达一亿美元!4.风险太高前期的资金投入是极其巨大的,非一般企业所能承受。全世界只有不超过100家生物技术公司有自己的产品,其中真正盈利的公司很少。,我国在“七五”和“八五”计划的10年间,仅就“基因重组人生长激素”一个项目的研发就先后投入了近1.5亿元人民币的经费,这仅仅是一个仿制型的二类新药,而且
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