第1章生物技術的發展.ppt

生物技術的發展 王鳳英 副教授 國立新竹教育大學 生物技術的發展與未來? 生物技術將在21世紀成為全球經濟與產業的主力，同時也影響日常生活。 由於生物技術在遺傳操作上的能力，衍生了在社會、倫理及法律上的問題。 新科技對人類所創造的進步與滿足。 判斷生物技術所衍生的種種問題 對於人類社會或倫理上的可能衝擊。 『生物技術』的定義 廣義的『生物技術』可說是無所不包，人類日常生活上的食衣住行，幾乎全部離不開生物技術的影響 『生物技術』的定義：利用生物 (動物、植物或微生物) 或其產物，來生產對人類醫學或農業有用的物質或生物。 傳統的生物技術 早在數千年前，埃及人就用生物技術的方法來生產啤酒、酒類、醬油、泡菜、豆腐乳、紅糟肉、養樂多、味精等利用微生物加工食品。 酒類所含的酒精與風味、醬油或泡菜、紅糟肉的抗血脂物質等，都是微生物的代謝產物 青黴素，則是青黴菌為了抵抗周遭環境各種細菌，被人類利用來消滅入侵人體的細菌。 兩種生技領域的差異 『傳統的生物技術』與現代的生物技術之差別 『現代生物技術』運用生物化學、分子生物學以及分子遺傳學等現代科技改變生物個體的遺傳形質；控制生物的代謝或生理，以達到生產有用物質之目的。 現代生物技術是使用『細胞與分子』層次的微觀手法來進行操作，不同於傳統以『整體』動物、植物或微生物的飼養、交配或篩選方式 。 現代生物技術 從 1953 年在劍橋大學發現 DNA 的雙螺旋構造開始，遺傳學走進分子層次 接著是五十年的基因操作、轉殖與表現，把整個生物學帶入數百年所未見的狂潮。這個運動在『人類基因圖譜』解密的喝采聲中達到高潮。 生物技術之特點 生物技術涉及的科技種類，是『跨領域』極強的綜合學問。動物、植物、微生物以及人體，都可成為生物技術的探討對象 以微觀至分子與細胞，甚至奈米級的原子層次，到組織、個體、群落甚至整個生態系。 複製生物的倫理問題，以及基因改造物體的安全與法律問題，進入法學與哲學中。 基因操作 在發現 DNA 的雙螺旋構造後不久，生命公式出現了： 所有生物細胞內的運作，都要靠蛋白質為其工作機器，而蛋白質是依 DNA 所攜信息的指示，經由 RNA 所合成出來的 生命信息的流動是： DNA→RNA→蛋白質； 發現 DNA 雙螺旋構造，此為生命表現 改變 DNA改變蛋白質 改變 DNA 即有可能改變該生物的蛋白質表現，也就會改變該細胞的外在性狀。 當外來基因的 DNA 放到大腸菌中，發現宿主大腸菌會『認養』此外來基因，並且遵循『中心教條』表現出此基因的蛋白質。 大腸菌認養外來基因須先經過一『歸化』手續，即外來基因必須接在一種大腸菌所特有的環形核酸中，稱為 質體 (plasmid)； 被『夾帶』入細菌內，在宿主菌內複製表現。 質體是一種獨立的環形核酸 質體是一種獨立的環形核酸，擁有若干個基因，並可自行製造蛋白質，因此也服從『中心教條』的規律。很多質體帶有抗藥性基因，會產生某些酵素類的蛋白質，酵素可以水解抗生素，使抗生素失去藥效。 質體可以自由進出大腸菌，且能在新的大腸菌中複製自己，會把原來所含的基因轉移到新大腸菌宿主中，是細菌取得抗藥性的方法之一 。 分子群殖 『種瓜得瓜，種豆得豆』，『種分子得分子』。 分子群殖 (molecular cloning) 技術可利用質體為載具，把目標基因如上述方法送入宿主菌中，然後大量複製自己。 大腸菌中通常可複製達百多個；而且當大腸菌分裂時，質體也會跟著複製，該段基因的數目也如數增加 。 種植核酸分子 每個菌落有 1,000 隻大腸菌，而每隻大腸菌內含有 100 個重組質體，則每個菌落就有 1×100×1000 個質體 這種把一個分子『放大』成數萬個分子的過程，真是有如在種植核酸分子。 複製與增殖 早期的遺傳工程操作中，大部分的基因都還不是很清楚，因此必須把細胞的全部核酸一一切成無數小片段，然後每一段分別接入一個質體中 這一大群接有外來基因的重組質體，再各自送入大腸菌中表現，並複製與增殖 . 一宿主菌只能收容一重組質體 每宿主菌只能收容一個重組質體，而每一個重組質體只含有一段核酸片段；因此這樣所得到的每一個細菌群落，雖然質體數目被放大很多，但都只含有單一種核酸片段。 重組質體的數目在宿主菌中放大，每個菌落中的核酸含有足夠的分子數目，可用專一性的探針，挑出含有所要外來基因片段的群落，就可分離得到含有目標基因的純種細菌。 核酸的剪接 核酸的剪接精確有效，這是利用酵素的專一性辨識能力，及其催化能力。 有一大群名為『限制酶』的酵素，可以在核酸長條分子上面的特定位置切開，每種限制酶可辨認核酸上不同位置，使用適當的限制酶，在指定的位置切開核酸；核酸連接是由一群叫做『接合酶』的酵素，把兩段核酸接在一起。 基因群殖及表現 用分子群殖方法，得到某一目標基因的核酸片段之後，就有