第一节基因工程

1、. 基因工程的概念基因工程的概念1.2 基因工程的一般过程与技术基因工程的一般过程与技术剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达1 1、筛选含有目的基因的受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞2 2、目的基因的表达、目的基因的表达主要是指主要是指_编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因目前被广泛提取使用的目的基因有：目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因人胰岛素基因等。人胰岛素基因等。也可以是一些就有调控作用的因子。也可以是一些就有调控作用的因子。目的基因的获取方法目的基因的获取方法 基因文库中获取（基因文库中获取（从已有的物种中从已有的物种中直接分离

2、直接分离） 人工合成人工合成 用用PCR技术扩增技术扩增鸟枪法、散弹射击法鸟枪法、散弹射击法供体供体细胞细胞DNADNA限限制制酶酶许多许多DNADNA片段片段载入载入运运载载体体导入导入受体受体细胞细胞扩增扩增产生产生特定特定性状性状分分离离目目的的基基因因从基因文库获得从基因文库获得该法最大的该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低成功率低。基因文库基因文库 基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库如如:cDNA文库文库目的基因的mRNA逆转录逆转录单链DNA合成合成双链DNA（目的基因）蛋白质氨基酸序列推测推测mRNA的核苷酸序列推测推测

3、结构基因的核苷酸序列化学化学合成合成目的基因逆转录法化学合成（根据已知氨基酸序列直接合成DNA）利用PCR技术扩增目的基因原理原理: :DNADNA双链复制双链复制前提前提: :要有一段已要有一段已知目的基因知目的基因的脱氧核苷的脱氧核苷酸序列，以酸序列，以便合成便合成引物引物。 核心核心( (二二) )基因表达载体的构建基因表达载体的构建目的：使目的基因在受体细胞中目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在稳定存在，并且，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和表达和发挥作用发挥作用。a a、目的基因、目的基因b b、启动子、启动子c c、终止子、终止子d

4、 d、标记基因、标记基因检测目的基因是否导入受体细胞检测目的基因是否导入受体细胞，从而将含目的基因的细胞筛选出从而将含目的基因的细胞筛选出来来位于基因的末端位于基因的末端, ,终止转录终止转录位于基因的首端位于基因的首端, ,是是RNARNA聚合酶聚合酶识别和结识别和结合位点，驱动转录合位点，驱动转录质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）同一种同一种过程：过程：: :( (三三) )转化受体细胞转化受体细胞1 1、转化、转化 2

5、2、方法、方法将目的基因导入将目的基因导入植物植物细胞细胞将目的基因导入将目的基因导入动物动物细胞细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物微生物细胞细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞法感受态细胞法目的基因进入目的基因进入_内，并且在内，并且在 受体细胞内维持受体细胞内维持_和和_的过程的过程受体细胞受体细胞稳定稳定表达表达( (四四) )目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达检查是否成功检查是否成功1 1、筛选含有目的基因的受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞A A、检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入、检测标记基因的有无来判

6、断目的基因是否导入B B、从核酸、蛋白质水平筛选（分子水平）、从核酸、蛋白质水平筛选（分子水平）检测检测检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNADNA上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出检测目的基因是否转录出mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质方法方法方法方法方法方法DNADNA分子杂交分子杂交DNADNA与与RNARNA分子杂交分子杂交抗原抗体杂交抗原抗体杂交( (四四) )目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达检查是否成功检查是否成功1 1、筛选含有目的基因的受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞A A检测标记基因的有

7、无来判断目的基因是否导入检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入B B从核酸、蛋白质水平筛选从核酸、蛋白质水平筛选通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。鉴定鉴定抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等3、转基因动物作的供体1、提高：2、改良品种： 遗传病的治疗：基因工程药物、基因治疗。遗传病的治疗：基因工程药物、基因治疗。 基因治疗基因治疗：指利用遗传学的原理治疗人类：指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。利用正常的基因置换或弥补缺陷的疾病。利用正常的基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。基因的治疗方法。目前人类基因治疗主要集中

8、在遗传性疾病、肿瘤及某目前人类基因治疗主要集中在遗传性疾病、肿瘤及某些传染性疾病。至些传染性疾病。至1997年初，全世界共记录了年初，全世界共记录了2103例例基因治疗病例（美国基因治疗病例（美国1700例）。其中例）。其中68%是治疗肿瘤是治疗肿瘤的，的，19%是治疗遗传病的，是治疗遗传病的，12%治疗传染性疾病等。治疗传染性疾病等。 五、基因芯片五、基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯

9、片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。技术。环 境 保 护转基因生物转基因生物 安全吗？安全吗？二、对转基因生物安全性的争论二、对转基因生物安全性的争论焦点：食物安全、生物安全、环境安全焦点：食物安全、生物安全、环境安全源头：科学水平的限制源头：科学水平的限制转基因植物可能会扩散到转基因植物可能会扩散到种植区以外，成

10、为野生种种植区以外，成为野生种类或杂草类或杂草可能成为可能成为“入侵的外来入侵的外来物种物种”可能重组出对人类或其他可能重组出对人类或其他生物有害的病原体。生物有害的病原体。有可能使杂草成为除不有可能使杂草成为除不掉的掉的“超级杂草超级杂草”扩散到种植区以外的转扩散到种植区以外的转基因农作物生命力很差基因农作物生命力很差 新性状的表现，必须有一新性状的表现，必须有一定的水、肥等条件，以及定的水、肥等条件，以及配套的种植技术。配套的种植技术。由于存在生殖隔离，转由于存在生殖隔离，转基因农作物很难与其他基因农作物很难与其他植物杂交。植物杂交。花粉传播的距离有限，时花粉传播的距离有限，时间有限。间有

11、限。H1N1H1N1亚型猪流感病毒毒株，亚型猪流感病毒毒株，该毒株包含有猪流感、禽该毒株包含有猪流感、禽流感和人流感三种流感病流感和人流感三种流感病毒的基因片断毒的基因片断. . 新闻报道不实，增加了新闻报道不实，增加了公众对转基因农作物的公众对转基因农作物的恐惧感。恐惧感。（可能会影响生态系统（可能会影响生态系统中原有的动态平衡）中原有的动态平衡）加剧环境污染加剧环境污染（危害其他动植生存或（危害其他动植生存或人体健康）人体健康）1.1.趋利避害，而不能因噎废食趋利避害，而不能因噎废食。2.2.完善相应的法令法规，利用法制手段确完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。保转基因

12、生物的安全性。 3.3.增强科学家的法制意识，提高科学家的增强科学家的法制意识，提高科学家的研究道德水平。研究道德水平。一、生物武器一、生物武器1、什么是生物武器、什么是生物武器?战争中用来伤害人、畜，毁坏农作物的致病微生物战争中用来伤害人、畜，毁坏农作物的致病微生物及其毒素（也称为生物战剂），装有生物战剂的各及其毒素（也称为生物战剂），装有生物战剂的各种器材（如炸弹、炮弹、导弹弹头和气溶胶发生器、种器材（如炸弹、炮弹、导弹弹头和气溶胶发生器、布洒器等等）总称为生物武器布洒器等等）总称为生物武器 致病菌致病菌 炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌 病毒病毒 天花病毒、鼠痘病毒天

13、花病毒、鼠痘病毒 生化毒剂生化毒剂 肉毒杆菌毒素肉毒杆菌毒素 基因重组的致病菌基因重组的致病菌 重组蜡状杆菌重组蜡状杆菌,重组流感病毒重组流感病毒,新型鼠新型鼠痘病毒痘病毒2.生物武器的种类生物武器的种类生物武器往往是那些传染力强、致死迅速的微生物生物武器往往是那些传染力强、致死迅速的微生物3、病原体散布的途径、病原体散布的途径 （直接）或者通过（食物、生活必需品（直接）或者通过（食物、生活必需品）等散布到敌方）等散布到敌方生物武器可能是一种烟雾或一包粉末，也可能是一群老生物武器可能是一种烟雾或一包粉末，也可能是一群老鼠或苍蝇，病原体通过空气、食物甚至皮肤等渠道侵入鼠或苍蝇，病原体通过空气、食

14、物甚至皮肤等渠道侵入人、畜体内，迅速或缓慢致死，也可大规模毁伤农作物。人、畜体内，迅速或缓慢致死，也可大规模毁伤农作物。生物武器与其他武器的区别是拥有生命力，能够在宿主生物武器与其他武器的区别是拥有生命力，能够在宿主体内繁殖，并随宿主移动散布到不同的地方。体内繁殖，并随宿主移动散布到不同的地方。生物武器离我们并不遥远，不论是历史上的生物武器离我们并不遥远，不论是历史上的事件，还是现实中的事件；也不论是中国，事件，还是现实中的事件；也不论是中国，还是外国。还是外国。4、生物武器的特点、生物武器的特点第一，致病力强，传染性大；第一，致病力强，传染性大；第二，有潜伏期，一般潜伏期的症状不明显，难以及

15、时第二，有潜伏期，一般潜伏期的症状不明显，难以及时发现；发现；第三，污染面积大，危害时间长，杀伤范围达数百至第三，污染面积大，危害时间长，杀伤范围达数百至数千平方公里；数千平方公里；第四，传染途径多；第四，传染途径多；第五，生物武器造价低，技术难度不大，隐秘性强，第五，生物武器造价低，技术难度不大，隐秘性强，可以在任何地方研制和生产。可以在任何地方研制和生产。二、禁止生物武器公约二、禁止生物武器公约 1972 1972年年4 4月月1010日日, ,苏联苏联, ,美国美国, ,英国分别签英国分别签署了署了 ; 19981998年年1111月月2525日中国也加入了这一公约日中国也加入了这一公约. .蛋白质是一切生命活动的体现者。基因控制蛋白质的合成第三节第三节 蛋白质工程蛋白质工程一、蛋白质工程的概念一、蛋白质工程的概念通过物理化学与生物化学等技术了解通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组技术辅助设计、基因定点诱变和重组技术DNA技术改造基因，以定向改造天然技术改造基因，以定向