基因工程及应用课件

基因工程及应用

随着社会的发展，人们的需求越来越趋于多样化，人们希望按照自己的意图改变物种的基因，以期获得新的性状、得到新的生物产品。经典遗传学主要通过自然选育来挑选已发生自发突变的新变种；通过用物化因子（如辐射、药物处理等）来进行人工诱变，得到所需的性状；通过细胞杂交使得某种突变性状得以显现，从而寻找新类型。但所有这些，都具有相当大的偶然性，效率不高，难以真正看到基因。由于经典遗传学所研究的基因不能离开染色体而独立进行复制，所以基因拷贝数的增加是有限的；由于染色体减数分裂受同源性的支配，远缘杂交难以实现。人们强烈希望新的育种方式出现。在疾病防治方面，有许多严重威胁人类健康的病症，如遗传性疾病、心血管病、恶性肿瘤、免疫系统疾病等，病因还不太清楚。解决这些问题，必需依赖于生命科技甚至整个科学技术的革命.

在上世纪中下叶，科学进步的机遇终于到来，这就是分子生物学理论的创立和突破性进展，特别是基因工程（遗传工程）-----DNA体外重组技术的出现。一、基因工程的基本内容

基因工程，确切地讲就是重组DNA技术，指在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成杂合DNA或称嵌合DNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。基因工程，或称遗传工程，兴起于20世纪70年代。人类实现对基因进行自如地操作、转移和改造的理想，是在核酸限制性内切酶、载体质粒、连接酶和其它修饰酶被陆续发现以后。在此基础上，核酸和蛋白质序列测定、基因体外快速突变、DNA的人工合成等，则使得基因工程逐渐成熟和发展。二、基因工程的基本程序质粒：环状DNA分子，它的分子量较小，可以自由地进入细菌细胞，还能独立自主地复制，具有一套与细胞核染色体相对独立的遗传信息。基因工程的基本程序是：（1）获得目的基因（外源DNA片段）（2）将目的基因连接到载体上，得杂化载体；（3）将杂化载体（环状的DNA）引入宿主细胞（受体细胞），使目的基因及载体上其它基因得以转录和翻译。载体质粒外源DNA片段外源DNA插入剪切引入宿主细胞选出含有重组DNA的细胞扩增abbAAb

例题解析1、

农业上大量使用化肥存在许多负面影响，“生物固氮”已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的

，这类物质的化学本质是

。（2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析：①固氮基因已经整合到水稻细胞的

中。②写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。酶蛋白质DNA

转录翻译DNA（固氮基因）RNA蛋白质2、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05μg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的

，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来

。（2）酵母菌能用

方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产

。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。基因产生干扰素出芽干扰素3、细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是abd和ABD，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。（1）从细胞的结构看，细菌属于

生物。（2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有

的特点。（3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种

。（4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共套

。（5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有

原核专一性基因重组遗传密码相对的独立性4、“人类基因组计划”的研究工作已经历时10年，投资近百亿美元。一开始它是一项“国际参与，免费分享”的国际合作研究项目，现在由于其潜在的巨大经济价值，使得它还未完成时，争抢就已经开始，而且愈演愈烈的趋势。起步本已较晚的我国生物科技人员还面临着经费严重不足等巨大困难，但是他们说：“我们的民族已经在信息产业的上游-----软件和硬件上受制于人，我们再也不能让我们的子孙后代在这个领域付出代价！”当该课题组的杨焕明、汪键在没有研究经费的情况下找袁隆平帮忙时，袁隆平爽快地道：“拿合同来”。（1）从细胞学上讲，基因的载体是

其排列特点是

。（2）文中的“基因序列”指

，因为它代表控制生命活动的全套

，所以基因序列的测定对于探索生命奥秘意义重大：（3）“编码基因”一词中的“编码”，是指为生命活动的体现者

编码。（4）文中袁隆平是我国的

专家，他使用的方法主要是

。（5）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是

和

的障碍。染色体线性排列基因脱氧核苷酸的排列顺序遗传密码蛋白质水稻杂交育种缩短育种时间克服远缘杂交现今医学分为传统医学、基于“生物-医学模式”近代发展起来的西医，20世纪西医又发展到“社会-心理-生物医学”或综合医学模式，后基因组时代系统生物学的兴起，形成了系统医学在全球的迅速发展，成为继传统医学、西医学之后中、西医学汇通的未来医学。当代中国医学类专业比较优秀的学校有北京大学、华中科技大学、郑州大学等学校。中医即中国传统医药学，是现今医学分为传统医学、基于“生物-医学模式”近代发展起来的西医，20世纪西医又发展到“社会-心理-生物医学”（高血压心脏病糖尿病）或综合医学模式，后基因组时代系统生物学的兴起，（传染病丙肝乙肝甲肝）形成了系统医学在全球的迅速发展，成为继传统医学、西医学之后中、西医学汇通的未来医学。当代中国医学类专业比较优秀的学校有北京大学、（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）华中科技大学、郑州大学等学校。（肺血液血小板红血球白血球）中医即中国传统医药学，是形成于数千年前的中国，是建立在人们与疾病长期斗争的经验总结及阴阳五行、八纲脏腑辨证基础上，运用朴素辩证法及思辨推理方法，认识机体、自然、疾病三者关系，发展起来的（传染病丙肝乙肝甲肝）一门以“功能人”包括功能脏器为概念的独特的医学哲学理论体系。（肺炎青霉素肝炎）在治疗上，除了药物外，还有针灸、推拿气功、（高血压心脏病糖尿病）耳针等特殊疗法，它是世界传统医学中最完善的一种医学理论体系。它为人类尤其为中国人民（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）健康和民族繁衍做出了巨大贡献。（肺血液血小板红血球白血球）西医学是最近三四百年来建立在解剖学、生物学及现代科学技术基础上、发展起来的一门以“解剖人、肉体人”为概念的、新兴的现代医学科学理论体系。主要采用科学实验方法，从宏观到微观，直至目前的分子基因层次水平，发展极为迅速，超过其它任何一门医学科学，成为世界医学史上的主流。可见中西医学，一个是以“功能人”为概念的独特的哲学医学理论体系，一个是以“解剖人、肉体人”为概念的新兴的现代医学科学理论体系，二者都不是以完整人为研究对象的科学，从理论讲二者都不是科学的，势必影响各自发展。事实也证明这一切，（高血压心脏病糖尿病）中医长期停滞不前、（高血压心脏病糖尿病）疗效也不确实。西医尽管发展到目前的基因分子层次，但疾病发病率居高不下，对绝大部分疾病发病原因认识不清、发病机理弄不明白，治疗受到制约，在小小SARS、禽流感面前竟束手无策，在糖尿病、癌症、心脑血管疾病、尿毒症等相当多疾病面前更是不得不求助或借助中医治疗。一个是疗效不确实，一个是有些甚至相当多疾病无法治疗，这就是中西医学结合的缘由。然而，由于二者是两套理论、两股道上跑的车（肺血液血小板红血球白血球），风马牛不相及，从理论上讲就没有结合的可能，只是形式上的融合罢了。（肺炎青霉素肝炎）故出现西医对治疗不了的疾病只好求助中医，而中医则往往采用西医诊断中医治疗，以及中西治疗法一块用的局面。（高血压心脏病糖尿病）至于（传染病丙肝乙肝甲肝）循证医学、比较医学、后现代医学、行为医学等所谓“医学”，都称不上一门独立的医学科学，关于这一点在灵魂医学有关章节中将有相关点评。总之，目前以中西医学为主的世界各种医学科学都存在不完整性的瑕疵，即都是以不完整的人为研究对象的医学科学，故不能解决目前存在于中西医学甚至人文社会科学史上一切疑难模糊问题，成为阻碍医学科学前进的羁绊。的确，要解决目前存在于中西医学甚至人文社会科学上一切疑难模糊问题，显然已完全超出了中（肺血液血小板红血球白血球）西医学所涉及的范畴，我们必须跳出中西医学的理论框架，建立起一个新的医学理论体系-东方医学和西方医学（即西医）的融合形成现代系统医学。西医学是最近三四百年来建立在解剖学、生物学及现代科学技术基础上、（高血压心脏病糖尿病）发展起来的一门以“解剖人、肉体人”为概念的、新兴的现代医学科学理论体系。主要采用科学实验方法，（传染病丙肝乙肝甲肝）从宏观到微观，直至目前的分子基因层次水平，发展极为迅速，超过其它任何一门医学科学，成为世界医学史上的主流。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）可见中西医学，一个是以“功能人”为概念的独特（高血压心脏病糖尿病）的哲学医学理论体系，一个是以“解剖人、肉体人”为概念的新兴的现代医学科学理论体系，二者都不是以完整人为研究对象的科学，从理论讲二者都不是科学的，势必影响各自发展。事实也证明这一切，中医长期停滞不前、疗效也不确实。（肺血液血小板红血球白血球）西医尽管发展到目前的基因分子层次，但疾病发病率居高不下，对绝大部分疾病发病原因认识不清、发病机理弄不明白，治疗受到制约，在小小SARS、禽流感面前竟束手无策，（传染病丙肝乙肝甲肝）在糖尿病、癌症、心脑血管疾病、尿毒症等相当多疾病面前更是不得不求助或借助中医治疗。一个是疗效不确实，（肺炎青霉素肝炎）一个是有些甚至相当多疾病无法治疗，这就是中西医学结合的缘由。然而，由于二者是两套理论、两股道上跑的车，（高血压心脏病糖尿病）风马牛不相及，从理论上讲就没有结合的可能，只是形式上的融合罢了。故出现西医对治疗不了的疾病只好求助中医，而中医则往往采用西医诊断中医治疗，以及中西治疗法一块用的局面。（肺血液血小板红血球白血球）至于循证医学、比较医学、后现代医学、行为医学等所谓“医学”，都称不上一门独立的医学科学，关于这一点在灵魂医学有关章节中将有相关点评。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）中、西医学的起源大致相同。主要包括：①救护、求食的本能行为。如动物受伤（传染病丙肝乙肝甲肝）会舐其伤口、遇热会避入水中，人与动物一样有着本能救护。（高血压心脏病糖尿病）人类的求食本能在寻找食物时，逐渐发现了葱、姜、蒜、粳米、（肺炎青霉素肝炎）薏米等虽为食物或调味品，却具有治病作用；②生活经验创造了医学。先古人类通过劳动制造出利器，从而产生了砭石、骨针等医疗器具，逐渐掌握了运用工具治疗疾病的经验。与此同时，人们发现活动肢体可以舒筋活络，强身健体，“导引术”、“五禽戏”的形成，也是古代人们积累生活经验后产生的保健养生观；③医、巫的合与分。由于原始人受制于智力尚未开化，对自然界的变化（传染病丙肝乙肝甲肝）以及宇宙间的一切反常现象，（肺血液血小板红血球白血球）心存恐惧，难以做科学、合理的解释，因而误以为有超自然的力量主宰其中。（高血压心脏病糖尿病）故巫、医合流曾是中、西医学共有的一段历史。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）医学教材（肺血液血小板红血球白血球）东、西方文化历史背景是中、西医学形成、发展的土壤。公元2世纪东、西方的两位医学巨匠张仲景和盖伦，传承了不同的学术思想，创建了迥异的医学范式，发展和完善了不同的理论体系，使中、西医学各自走向了两条完全不同的发展道路。（肺炎青霉素肝炎）在汉代医学家张仲景所著述的《伤寒杂病论》之前，（传染病丙肝乙肝甲肝）就有《内经》、《难经》、《本草经》等古典医药典籍。张仲景总结了汉代以前的医学成就，继承了《内经》等基本理论和丰富的医药知识，结合自己的临床实践，（肺血液血小板红血球白血球）写成了《伤寒杂病论》。其贡献在于确立了中医学辨证论治的理论体系，为后世中医临床医学的发展，奠定了坚实的基础。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）在西方，盖伦的一生生活在罗马帝国时安东尼父子的执政期。彼时，（高血压心脏病糖尿病）罗马帝国的繁荣，为盖伦的医学成就、以及西方医学的昌盛，提供了可靠的政治、经济、科技和文化保证。盖伦继承希波克拉底的学术思想，著述200余部著作，（肺血液血小板红血球白血球）现存的83部著作中，内容涉及解剖、生理、病理、卫生、药物、《希波克拉底文集》研究、哲学、语言学、逻辑学、数学、历史、法律等。倡导实证医学，他的科学方法论（传染病丙肝乙肝甲肝）具有重视实验、疾病局部定位思想、重视形式逻辑、强调演绎法等特点，对后世西医学的（肺血液血小板红血球白血球）发展影响深远。（肺炎青霉素肝炎）（高血压心脏病糖尿病）编辑本段东西方医学差异中、西医学运用不同的思维模式诊治疾病，其基本理论各成体系并有根本差异。（肺血液血小板红血球白血球）中西医学的差异不仅仅是有否实证的科学理念，最主要的是两种文化体系的差别。从理论上讲，（高血压心脏病糖尿病）中西医学是两种不可能统一的医学体系。“中体西用”曾成为中西医汇通派的指导思想，但由于两种医学的根基不同，硬在中医之体上套上西医之用，近一个世纪的事实证明，（肺血液血小板红血球白血球）“汇通医学的体用判断脱离了中西医学的事实认识，（传染病丙肝乙肝甲肝）以价值认识代替了事实认识，决定最终结果劳而无功”，因此，中、西医学应并存共荣而不必强求统一。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）

古代(经典)中医史中国的中医学起源于三皇五帝时期，（肺血液血小板红血球白血球）相传伏羲发明了针灸并尝试草药。在公元前3000多年，中国的轩辕黄帝写下了人类第一部医学著作——《祝由科》，后世人在这部医药著作的基础上不断增补删改，（高血压心脏病糖尿病）逐渐形成了后来的《黄帝内经》和《黄帝外经》，并由祝由科里将纯粹的医药分离了出来，形成了后来的中医学。（肺血液血小板红血球白血球）而其中的《黄帝内经》则在世界上第一个提出了“不治已病治未病”这一防病养生保健康的预防医学观点。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）轩辕黄帝早在周代(公元前1046年－公元前（传染病丙肝乙肝甲肝）771年)就建立了世界上第一个医院和医疗制度，周代的医疗机构设有医师、上士、下士、府（管药库）、史（管记录）、徒若干人。（肺血液血小板红血球白血球）下面又分食医（管饮食卫库）、疾医（内科）、疡医（外科）、兽医四种，这是世界上最早的医学分科。医师总管医药行政，并在年终对医生进行考核；（肺炎青霉素肝炎）《周礼》记载“岁冬则稽其事，以制其食”，就是说，医生每年都要（传染病丙肝乙肝甲肝）通过年终考核增减俸禄。当时的患者已经分科治疗，而且建立病历。“死终则各书其所以，（高血压心脏病糖尿病）而入于医师”，规定在死者病历上要写明死因，（肺血液血小板红血球白血球）然后送交医师存档，以便总结医疗经验，提高医疗技术。这也是世界上最早的病历制度。（肺炎青霉素肝炎）在春秋战国（公元前770年－前221年）时期名医辈出，秦国有名医医缓，齐国有长桑和他的徒弟扁鹊。扁鹊发明了中医独特的辨证论治，并总结为“四诊”方法，即“望、闻、问、切”。扁鹊看病行医有“六不治”原则：（肺血液血小板红血球白血球）一是依仗权势，骄横跋扈的人（传染病丙肝乙肝甲肝）不治；二是贪图钱财，不顾性命者不治；三是暴饮暴食，饮食无常者不治；四是病深不早求医者不治；五是身体虚弱不能服药者不治；六是相信巫术不相信医道者不治。后世则尊称他为神医扁鹊。春秋战国时流行的主要医学著作有《黄帝内经》、（肺血液血小板红血球白血球）《黄帝外经》、《扁鹊内经》、《扁鹊外经》、《白氏内经》、《白氏外经》和《旁篇》这七本，合成（高血压心脏病糖尿病）“七经”。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）在秦朝（公元前221年—公元前207年）出现了世界上最早的专门法医——"令史"。（肺血液血小板红血球白血球）秦律规定，死因不明的案件原则上都要进行尸体检验，司法官如果违法不进行检验，将受到（传染病丙肝乙肝甲肝）处罚。秦代的《封诊式》对法医鉴定的方法、程序等有较为详细的记载。在人命案件中，（高血压心脏病糖尿病）鉴定检验的主要内容有尸体的位置、创伤的部位、数量、方向以及大小等。令史检验完成之后，（肺血液血小板红血球白血球）必须提交书面报告，称为“爰书”，是世界上最早的法医鉴定和现场勘察报告。秦代还在世界上第一个建立传染病医院——“疠迁所”，并制定了最早的治疗传染病的隔离制度。据1975年湖北省云梦睡虎地出土秦简中记载：当时规定，凡经医生在给病人检查后发现有鼻梁塌陷、（肺血液血小板红血球白血球）手上无汗毛、声音沙哑、（传染病丙肝乙肝甲肝）刺激鼻腔不打喷嚏等症状者，一律送至疠迁所隔离治疗。这说明中国古代对传染性疾病的治疗措施，很早就已经是得力有效的。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）到了西汉时期(公元前202年－（高血压心脏病糖尿病）公元8年)，（传染病丙肝乙肝甲肝）中医的阴阳五行理论已经非常完备，名医则有太仓公淳于意和公乘阳庆。东汉出现了著名医学家张仲景和华佗。（肺血液血小板红血球白血球）张仲景完善了中医的辨证理论，他还是世界上第一个临床医学大师，被尊称为医圣。（肺炎青霉素肝炎）他著有《伤寒论》《疗妇人方》、《黄素方》、《口齿论》、《平病方》等等医书，最终流传下来（肺血液血小板红血球白血球）的医书被并被后人编纂为《伤寒杂病论》（高血压心脏病糖尿病）和《金匮要略》（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）近代、现代医学史近代的医学（肺血液血小板红血球白血球）西方近代医学是指文艺复兴以后逐渐兴起的医学，一般包括16世纪、17世纪、18世纪和19世纪的欧洲医学。（肺炎青霉素肝炎）16世纪封建社会后期，手工业和商业发展，手工工厂出现，生产力的增长也促进对新市场的寻找。1492年哥伦布发现新大陆,1497年达·伽马发现好望角,1519～1522（传染病丙肝乙肝甲肝）（高血压心脏病糖尿病）年麦哲伦环绕世界一周。许多药物（如鸦片、（肺血液血小板红血球白血球）樟脑、松香），由东方传入欧洲，美洲发现后，欧洲也有了金鸡纳、愈创木、可可果。由于资本主义的兴起，首先在意大利形成了资产阶级的知识分子。他们的特点是敢于向教会（传染病丙肝乙肝甲肝）思想挑战，反对宗教迷信的束缚。他们的口号是：“我是人，人的一切我应该了解”，以此来反对神学的统治。他们一方面传播新文化,一方面竭力钻研和模仿古代希腊的文化,因此此时期（肺血液血小板红血球白血球）称为“文艺复兴”。1543年哥白尼出版《天体运行论》，是科学史上文艺复兴的开始。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）①医学革命。文艺复兴运动中，怀疑教条、反对权威之风兴起。于是，医界也产生了一场以帕拉切尔苏斯（高血压心脏病糖尿病）(1493～1541)为代表的医学革命。中世纪的医学校中,（肺血液血小板红血球白血球）主要讲阿维森纳的《医典》,以及加伦和希波克拉底的著作。教师照本宣科，一切墨守成规，毫无生气。文艺复兴（传染病丙肝乙肝甲肝）的狂潮，很快就波及医学领域。帕拉切尔苏斯指出人体的生命过程是化学过程。他在巴塞尔大学任教时主张用流行的德语写书和讲演，使医学易为大众所接受，这是一件伟大的改革。他重视实践，反对烦琐的经院哲学，反对中世纪顽固的传统和权威观念，（肺血液血小板红血球白血球）他说：“没有科学和经验，谁也不能成为医生。我的著作不是引证古代权威的著作，（高血压心脏病糖尿病）而是靠最大的教师──经验写成的”。他勇敢地向墨守成规和盲目崇拜进行斗争，公开焚毁了加伦和阿维森纳的著作。（肺炎青霉素肝炎）①细胞病理学。19世纪初细胞学说提出，到（肺血液血小板红血球白血球）19世纪中叶德国病理学家R.菲尔肖倡导细胞病理学，将疾病研究深入到细胞层次。他学说的（传染病丙肝乙肝甲肝）基本原理包括：细胞来自细胞；机体是细胞的总和；疾病可用细胞病理来说明。（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）②细菌学的建立。19世纪中叶，由于发酵工业的需要，由于物理学、化学的进步和显微镜的改进，细菌学诞生了。（肺血液血小板红血球白血球）现代科学技术，不是单单研究一个个事物，一个个现象，而是研究事物、现象的变化发展过程，研究事物相互之间的关系。由“整理材料”的科学，发展成为严密综合起来的体系。近代医学经历了16～17世纪的奠基，18世纪的系统分类，（高血压心脏病糖尿病）19世纪的大发展，到20世纪与现代科学技术紧密结合，发展为现代医学。20（肺血液血小板红血球白血球）世纪医学的特点是一方面向微观发展，如分子生物学；一方面又向宏观发展。在向宏观发展方面（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌），又可分为两种：一是人们认识到人本身是一个整体；二是把人作为一个与自然（高血压心脏病糖尿病）环境和社会环境密切相互作用的整体来研究。20世纪以来，基础医学方面成就最突出的是基本理论的发展，它有力地推进了临床医学和预防医学。治疗和预防疾病的有效（肺血