[工程科技]12讲-生物技术.ppt

第12讲 生物技术 第一节 生物技术概述 第二节 基因工程 第三节 其它生物技术 第一节 生物技术概述 生物技术将主导人类历史的第三次技术革命 第一次技术革命 工业革命 解放人的双手 第二次技术革命 信息技术 扩展人的大脑 第三次技术革命 生物技术 改造生命本身 生物技术的发展为人类带来了巨大的利益和财富，将是未来经济发展的新动力。 生物工程简史 传统发酵酿酒、制酱、制醋技术 1860年，Pausteur单一霉菌纯粹培养技术 1878年，啤酒酵母单一培养技术 1881年，细菌的纯粹培养技术 1929年，发现抗菌素“盘尼西林” 1946年，用细菌生产出氨基酸 1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功 1953年，Walson和Crick提出了DNA双螺旋结构 1972年，Stanford大学构建了第一个重组DNA分子 1977年，世界上第一家遗传工程公司在旧金山成立 1982年，首例基因工程产品——人胰岛素上市 什么是生物工程？ 生物工程是生物技术的总称，是对生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平、个体水平进行不同层次的创造性设计和改造，使之能定向组建具有特定性状的新物种或新品系，从而造福人类的现代应用技术。 研究生物工程的意义： 使人类进入了按照自己的需要人工创造新生物的伟大时代。 世界新技术革命的三大支柱之一（信息、材料、生物工程），具有相当大的发展潜力。 生物工程的内容和特点 生物工程的四大体系： 基因工程 细胞工程 蛋白质工程 发酵工程 生物工程的显著特点： 高技术（精细和密集的复杂技术） 高投入（尤其是前期科研投入高） 高利润 第二节 基因工程 基因工程就是将不同生物的外源DNA(基因）插入到载体分子上，形成“杂种”DNA分子，导入受体细胞中扩增和表达，从而得到期望的由这个外源基因所编码的蛋白质。 重组DNA技术，又称为基因或分子克隆技术，是基因工程的核心技术。该技术包括了一系列的分子生物学操作步骤。 2.1 理论上的三大发现和技术上的三大发明导致了基因工程的诞生 理论上的三大发现： DNA为遗传物质 DNA双螺旋结构的发现和DNA半保留复制机制 遗传密码与中心法则 技术上的三大发明： 限制性内切酶和连接酶 载体 逆转录酶 限制性内切酶——DNA的“手术刀” 限制性内切酶：生物工程中最重要的工具酶，主要从原核生物中提取；它能识别双链DNA分子中的特异性核苷酸序列，使它在特定的位点水解。 Arber、Smith和Nathans因为在发现限制性内切酶方面的开创性工作而共同获得了1978年的诺贝尔奖 该种酶已经发现和鉴定了200多种 EcoRI和T4连接酶 载体——运送基因的工具 载体是运送目的基因片段进入宿主细胞的工具，目前最常用的载体包括细菌质粒、噬菌体、cosmid质粒和YAC载体等。 质粒是细菌细胞中自然存在于染色体外可以自主复制的一段环状DNA分子。进入到宿主细胞中的一个质粒可以大量增加其拷贝数。 细菌质粒pUC18 2.2 重组DNA的一般操作步骤 1、获得目的基因 2、构建重组DNA分子 3、转化受体细胞 4、筛选和鉴定转化子 5、培养转化细胞获得所需的遗传性状或产物 （1）获得目的基因 细胞内总DNA的提取 紫外分光光度计测定DNA溶液的纯度和浓度 基因文库的构建 反转录人工合成cDNA PCR法——同时完成目的基因的寻 找和扩增 PCR的发明是DNA操作技术的革命 美国Mullis教授1988年发明了PCR技术 1993年获得诺贝尔奖 （2）构建重组DNA分子 （3）将重组DNA引入宿主细胞 转化：某一基因型细胞从周围介质中吸收另一基因型细胞的DNA，而使其基因型和表型发生相应变化的现象。 转染：除去蛋白质外壳的病毒核酸感染细胞或原生质体的过程。 转导：用噬菌体做载体，将一个细胞的基因传递给另一个细胞的过程. 基因枪法 显微注射 农杆菌介导 （4）对转化子的筛选 筛选：从大量携带重组体DNA的宿主细胞中分离出携带目的基因的细胞。 筛选方法： 遗传学方法——对于带有抗药性基因的质粒，可通过检测受体菌是否由敏感状态变成抗药状态进行筛选. 免疫学方法——用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳性克隆的方法 Southern杂交——转化子的分析 将老鼠的基因转到大肠杆菌中 将老鼠的基因转到大肠杆菌中 2.3 基因工程应用 基因工程在医学上被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白质－肽类药物。 基因工程技术提高奶酪产量 转基因农作物 2002年全球转基因作物种植情况 转基因动物 转基因动物首先在小鼠获得成功。现在转基因动物技术已用于牛、羊，使得从 牛/羊 奶中可以生产蛋白质药物。称为“乳腺反应器”工程。 例如：从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA