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,第一节基本概念第二节基因工程的诞生与发展史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(geneengineering)用人工方法,对DNA(基因)分子在体外(invitro)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(geneticengineering)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,4.生物工程(bioengineering、biotechnology),基因工程,酶的固定化,细胞工程(细胞培养、细胞融合),酶工程,酶的生产,酶的分离纯化,酶的修饰改造(蛋白质工程),发酵工程(微生物工程),选种育种,设计反应器,培养条件,产物回收,废水处理,生物工程,第一节基本概念,基因工程在生命科学中的地位,生命科学,分子生物学,遗传工程,基因工程,生物工程,第二节基因工程的诞生与发展史,基因工程的诞生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技术上的三大发明限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶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,遗产物质的发现1944年TAvery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,DNA双螺旋结构的发现1953年WatsonandCrick，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,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DNAmRNA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,基因工程的诞生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技术上的三大发明限制性内切酶质粒载体逆转录酶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,限制性内切酶的发现1970年HSmith首次分离了型限制酶HindIII,1978年诺贝尔奖,基因克隆质粒载体的应用,pSC101（plasmidStanleyCohen),复制单元抗生素抗性基因外源DNA克隆位点,逆转录酶的发现1970BaltimoreandTemin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,基因工程的诞生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技术上的三大发明限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶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,3106dal,4.2106dal,3.9106dal,4.8106dal,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,基因工程的发展史基因工程的禁忌1974年呼吁所有涉及重组DNA的实验应该暂停1975年只能使用试管中才能存活的实验细菌进行1976年严格禁止涉及致癌基因的重组DNA研究基因工程的腾飞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,1971197374-767782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=10LE.coli=1g生长激素250万头羊垂体=10LE.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,2008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,著名权威医学杂志自然基因(NatureGenetics)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,发现自闭症病儿具有的变异型ENGRAILED2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ENGRAILED2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,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,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。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。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（geneaugmentation）基因修正（genecorrection）基因置换（genereplacement）基因失活（geneinactivation）免疫调节（immuneadjustment）,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