第一章 基因工程绪论1

基因工程原理GeneEngineering山东理工大学生命科学学院1授课计划（32学时；10-17周）第一章绪论（2）第二章基因工程的工具酶（4）第三章基因载体的选择与构建（4）第四章目的基因的制取（4）第五章重组DNA导入受体细胞（4）第六章重组体的鉴定（4）第七章聚合酶链反应（2）第八章基因文库的构建（4）第九章目的基因的表达（3）2参考书基因工程学原理马建岗基因工程原理徐晋麟基因工程龙敏南基因工程概论张惠展分子克隆生物学期刊杂志网络资源34你吃它还是它吃你？！5虫中之王---真正的大虫人类新伙伴6看什么看，都是人类的错！7ABZ81953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。目前的分子生物学，在分子水平（核酸）上，研究生物的生长、分化、死亡以及遗传和变异的内在规律。

9本世纪70年代初，基因工程学诞生。特点：以重组DNA的技术，在短时间内改造生物遗传特性。它填补了生物种属间不可逾越的鸿沟，使人类有可能按照需要定向培育生物新品种、新类型乃至创造自然界从未有过的新生物。本课程就是讲述在核酸水平上对基因进行研究和操作所涉及的方法、技术和策略的原理。102007.11.8日本研究人员认为，恐惧可能与嗅觉有关。研究人员确认并移除了老鼠大脑嗅球上的某些感受器，结果这些老鼠变成了一群无所畏惧的啮齿动物。

11美国基因科学家称合成拥有人工DNA新生命体把生殖支原体(MycoplasmaGenitalium)的DNA序列简化了五分之一，染色体含有三百八十一个基因、五十八万碱基对。植入一个活菌细胞中，该细胞将会被新染色体控制，成为一个近乎全新的生命体。制造设计基因组的技术未来可能会带来非常可观的裨益，譬如用来制造人们目前意想不到的替代能源，像纯粹用蔗糖分解的丁烷和丙烷，或者创造出能吸收二氧化碳的细菌，以纾缓全球暖化。12第一章绪论一重组DNA技术与基因工程二基因工程发展史三基因工程的巨大意义

四基因工程的安全性五基因工程的基本过程《基因工程原理》13一重组DNA技术与基因工程BiologicalEngineering生物工程Geneengineering

基因工程RecombinationDNAtechnique

重组DNA技术Clone

克隆areidenticalorganisms,cells,ormoleculesdescendedfromasingleancestor.

分子克隆(Molecularcloning)、基因克隆(Genecloning)

141.重组DNA技术重组DNA技术是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基石。152.基因工程的定义

基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。16GenerationofDNAFragmentJoiningtoavectororcarriermoleculeIntroductionintoahostcellforamplificationSelectionofrequiredsequence3.Generalprocessofgeneticengineering17WhatdoweneedtomakerecombinantDNA?

RestrictionEnzymesDNAligaseAvectorAhostAnefficienttransductionprocedure184.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。19二基因工程的发展历史

1.基因工程产生的背景

理论基础:40年代，遗传信息的携带者是DNA；

50年代，DNA双螺旋模型和半保留复制机制；

50年代~60年代，中心法则、操纵子学说、遗传密码关键技术：

DNA分子的体外切割与连接；载体的发现。

1975-1977，Sanger发明了快速的DNA测序技术

202.基因工程的诞生

1972年，美国Berg和Jackson：SV40(猴空泡病毒40)+λ

第一个重组DNA分子1973年，斯坦福大学Cohen和Boyer，第一次成功的基因克隆实验

21EcoRIBoyer和Cohen的实验pSC101pR6-5大肠杆菌22pSC101抗四环素pR6-5抗卡那霉素DNA连接酶重组DNA分子EcoRI抗卡那霉素基因23243.基因工程的发展

1977年，在大肠杆菌中表达了通过化学合成的人的生长激素抑制素基因(Somatostatin)。1978年，美国的Genentech公司开发出利用大肠杆菌生产人胰岛素的先进生产工艺，揭开了基因工程产业化的序幕。

254.基因工程的腾飞

80年代，基因工程研究深入到高等动植物1982年，转基因小鼠问世1983年，细菌新霉素抗性基因转基因植物获得成功1990年，人类基因治疗开始，人类基因组计划开始实施1997年，克隆羊出世2001年，HGP测序基本完成

261972年,P.Berg:构建第一个DNA重组分子1997年,动物克隆:克隆羊多莉1977年，基因工程产品的出现

H.W.Boyer,第一个基因工程产品(生长激素释放激素

)1973年,S.S.Cohen:第一个基因克隆实验2001年，人类基因组计划275.基因工程的成就（1）Itakara等使化学合成的激素抑制素基因与大肠杆菌β一半乳糖(苷)酶基因和PBR322质粒重组到一起，然后转化到大肠杆菌中，结果产生含激素抑制素的嵌合型蛋白质，经溴化氰处理后，有活性的激素抑制素便释放出来。这是真核生物的人造基因首次在原核生物中表达。28（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。29ThevaluesofGeneticEngineeringBasicresearchongenestructureandfunctionProductionofusefulproteinsbynovelmethodsGenerationoftransgenicplantsandanimalsMedicaldiagnosisandtreatment30三、基因工程的巨大意义

农业：转基因植物、动物医学：基因工程药物、基因诊断、治疗工业：工业用酶制剂环境：降解污染物……31Applications

：AgriculturePlantsImprovedNutritionalValue----oils,fats,proteinsDisease/PestResistance----BtCornHerbicide-resistant(抗除草剂)----Round-upreadyImprovedYieldsDroughtResistanceExtremeHeatorColdResistanceSoilVariety----sandy,saltyAntibiotics32转基因植物获得新的性状33无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻34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35Btcotton

Bacillusthuringiensis

苏云金杆菌toxinisaninsecticidalproteinBttoxinshavebeenusedasbiopesticidessincethe1960sBtcropsarenowbeinggrowninternationally:cottonmaizepotato36Applications

：AgricultureAnimalsPotentialSourcesofFunctionallyModifiedFoodsandBioreactorsMeatImprovementModifiedMilkandMilkIngredientsProductionofhGH（人体生长激素）

37把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠。38392008年，科学家下村修、马丁·查尔菲、钱永健因为发现和研究绿色荧光蛋白(GFP)的贡献而获得诺贝尔化学奖，该蛋白现已成为当代生物科学最重要的工具。追踪蛋白质的活动情况，了解蛋白质在什么时候产生，不同蛋白质在细胞里的互动形态等。钱永健专注於癌细胞的研究工作，利用荧光蛋白的技术，追踪细胞外的蛋白酶，以发展出新的对比剂与治疗方法。40Applications

–HumanHealthPharmaceuticalsproducedbygeneticengineeredorganismsare:TissuePlasminogen（血纤维蛋白溶酶原）Activator(TPA)----dissolvebloodclots,stroke/heartattacksHumanInsulin胰岛素----Diabetes，firstcommercialrecombinantDNAproduct“Humulin”HumanGrowthHormone----DwarfismHumanCoagulationFactorVIII----Hemophilia血友病Hepatitis（肝炎）BVaccine----firstsyntheticvaccineforpublicuse41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！42Genentech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interferon

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与瑞士Roche医药公司合并（$2.1billion）43安进公司(Amgen)全球最大生物制药企业之一“安进公司”（Amgen）。1989年6月安进公司的第一个产品重组人红细胞生成素(erythropoietin，简称EPO)获得美国FDA批准，用于治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血和HIV感染治疗的贫血．1991年2月公司第二个产品重组粒细胞集落刺激因子(filgrastim，G-CSF)获得美国FDA批准44在哺乳动物肾脏和肝脏产生的一种分子质量为46kDa的糖蛋白细胞因子。能刺激幼稚红细胞的增生，血红蛋白化和红细胞的成熟。人体缺氧时，此种激素生成增加，并导致红细胞增生。EPO兴奋剂正是根据促红细胞生成素的原理人工合成，它能促进肌肉中氧气生成，从而使肌肉更有劲、工作时间更长.erythropoietin;erythrogenin;EPO45美国已批准上市的基因工程药物（2000）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近４００种处于各期临床研究阶段，约２０００种处于临床前研究开发阶段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上市120余种46中国已经批准上市的基因工程药物（2000）rhuINFa1b(外用）rhuINFa1brhuINFa2arhuIFNa2brhuINF

rhuIL2rhuG-CSFrhuGM-CSFrSKrhuEPObFGF（外用）18种472000年生物技术公司销售业绩前10名排名公司销售收入（亿美元）1Amgen（安进）32.02Genentech13.03Serono8.464Immunex8.295Biogen7.616Genzyme6.0