基因工程的基本概念.ppt

基因工程的基本概念 D 基因工程的基本形式 A 重组DNA技术的基本定义 B 基因工程的基本定义 gene manipulation, gene cloning, recombinant DNA technology,genetic modification, new genetics, molecular agriculture ⒈概念：一般指利用分子生物学的手段 ，在体外操纵、改造、重建细胞的基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，获得人们所需的性状。 ⒉特点：基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化手段为人类提供有用的产品及服务。 由于基因工程是在分子水平上进行操作，最终是为了创造出人们所需要的新品种，因而它可以突破物种间的遗传障碍，大跨度的超越物种间的不亲和性。 比如在基因工程中最常使用的大肠杆菌，它是一种原核生物，但它却能大量表达来自于人类的某些基因。例如各种人的多肽生长因子基因就可用大肠杆菌来生产。 如果用常规的育种技术来做同一项工作，那么成功的机会应为零。因此，科学家们可以利用基因工程实现人类的各种物种改良的愿望。 因为现在生活在地球上的各种生物都是经过长期的生物进化演变而来，虽然不能说它们都很能适应现在的生态环境，但至少可以说它们基本上都能适应当前的生态环境。 这也就是说，每种生物体内或细胞内都处于精巧的调节控制和平衡之中。当用基因工程方法引入一段外源基因片段后，原有的平衡可能被打破，有可能导致细胞内的生物学功能发生紊乱，最后有可能导致细胞生长缓慢乃至细胞死亡。 很显然，开展基因工程研究的目的既要使细胞象往常一样正常生长，又要使细胞产生甚至大量产生人类所需要的外源基因表达产物。 C 重组DNA技术与基因工程的基本用途 D 基因工程的基本形式 蛋白质工程与基因工程的区别 蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。 基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。 蛋白质工程则更进一步。它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质进行改造。因此，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程而形成的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了进化的过程。 对天然蛋白质改造的几个层次 对天然蛋白质的改造，可以笼统地分为3个层次：小改、中改和大改。 小改? 是对天然蛋白质的一个或几个氨基酸残基进行修改。它往往利用点突变的技术，在维持蛋白质原有功能的基础上，改进某一些性质特点。例如，在核糖核酸酶内部引入二硫键以增强其热稳定性。又如，修改与胰岛素分子间聚合作用有关的表面残基，使其更容易解离成有活性的单体分子，从而使这种胰岛素成为速效型药物。 对天然蛋白质改造的几个层次 中改? 则是对蛋白质分子中某些结构单元或肽段进行分子裁剪，在不同的蛋白质分子之间替换结构单元，以期得到新的功能组合。一个成功的例子是将小鼠的抗体蛋白分子上识别抗原的部分，与人抗体分子上引起免疫反应的功能部分，通过基因拼接的办法结合在一起，得到的嵌合分子既具有鼠的抗体抗原专一性，能引起人的免疫反应、同时又不会引起人体排异反应。这个实验有重要的医学价值，可能提供一条途径，即利用鼠的抗体，通过蛋白质工程来生产能为人体所用的抗体。 对天然蛋白质改造的几个层次 大改? 更确切地说是重新设计与合成自然界本不存在的蛋白质分子。即从蛋白质的氨基酸组成和顺序出发，设计并制造出一个全新的蛋白质，并使之具有特定的空间结构和相应的功能。 “基因专家”请不要制造基因的神话 不久的几年内，可以得到一个完整的人类基因组序列。这是没有疑问的。但是，得到完整的序列虽相当容易，而要读懂它却是极其困难的。人类基因组中究竟有多少个基因？这些基因是如何调控的？这些基因都编码什么样的蛋白质？这些蛋白质又有什么样的结构和功能？彼此之间如何相互反应？只有完整地回答了这些问题，才可以说有了“一本完整地讲述人体构造和运转情况的指南”，而这些工作的难度，比用仪器自动测定基因序列不知要难上多少倍，许多技术问题都还有待解决（比如我们就还无法根据DNA序列百分之百地确定基因，而这是人类基因组计划不能不做的），绝对不是“不久的几年内”就能完成的，甚至在我们的有生之年也未必能见到其完成。而要完整地了解蛋白质、基因的多态性，了解遗传的个体多样性，更是遥遥无期的事。 天生的不都是基因决定的 从事分