普通生物学——生命科学通论.pptx

第八讲 基因工程学习目标1、掌握基因工程的原理和过程2、了解基因工程在工农业、医药卫生等的应用3、了解基因工程产品和食品的可能潜在风险4、了解生物制药的原理和方法5、了解药物基因组学的内容一、基因工程的概念genetic engineering定义：又称为重组DNA技术，指将某些特定的基因或DNA片断，通过载体或其它手段送入受体细胞，使它们在受体细胞中增殖并表达的一种遗传学操作。目的:是生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并能稳定遗传。基因工程的概念重要特征：1、可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新性状2、某一段DNA可在受体细胞内进行复制，为制备大量纯化的DNA片段提供了可能基因工程的概念应用价值：1、工业中的应用2、在医学中的应用3、农林牧渔业中的应用4、生命科学基础理论研究二、基因工程技术路线1、DNA片段的取得（目的基因的分离和制备）2、DNA片段和载体的连接——重组体DNA3、外源DNA片段引入受体细胞——基因克隆和基因文库4、选择基因（目的基因）5、目的基因表达切接转选表达（一）DNA片段的获得1、从基因所在的生物体直接取得限制性内切酶（restriction enzymes）2、人工合成DNA片段（DNA合成仪）3、PCR反应合成DNA4、 mRNA反转录成cDNA5、用机械的方法超声波、粘性末端、平整末端200多种限制性内切酶，切点各不相同（二）DNA片段和载体的连接——重组体DNA载体：细菌中的质粒、温和噬菌体重组体DNA：载体DNA+引入的DNA粘性末端平整末端连接酶（三）重组体DNA引入受体细胞受体:大肠杆菌、真核细胞转基因动物（transgenic animals）：接受了外源基因，发生了性状改变的动物克隆（clones）、无性繁殖系:基因文库（gene library）（四）选择基因分子杂交（molecular hybridization）：基因序列遗传学方法：性能免疫学方法：蛋白质探针（probes）:根据所需基因的核苷酸顺序制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记合成，蛋白质——核苷酸顺序mRNA——cDNA原位分子杂交（五）目的基因的表达目的基因在插入载体后，在其编码顺序的5’端有能被受体细胞识别的启动基因顺序及能和核糖体结合的顺序。则该目的基因就可以表达，从而使是因工程得以实现。基因工程技术路线2三、应用生命科学基础理论研究中的应用农林牧副渔中的应用工业中的应用在医学中的应用（一）在基础研究中的应用几乎在所有生命科学分支学科中得到应用DNA computationMolecular Computation by DNA Hairpin Formation, by Kensaku Sakamoto, et al（2000）DNA-Based Computer Takes Aim at GenesDennis Normile（2002）（二）在农业上的应用1.增加农作物产品的营养价值，如：增加种子、块茎的蛋白质含量，改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。2.提高农作物抗逆性能如：抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。3.提高光合作用效率将是提高农作物产量的一个有效方法。4.生物固氮的基因工程。若能把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。5.增加植物次生代谢产物产率。植物次生代谢产物构成全世界药物原料的 25% ，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。6.运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。7.其它。（三）在工业中的应用啤酒酿造白酒和黄酒的酿造和酒精生产干酪“吃油”工程菌纤维素酶（四）在医学中的应用1.基因工程用于生产蛋白质类药物治疗糖尿病的胰岛素，是一种 51 个氨基酸残基组成的蛋白质1982 年美国 EliLilly 公司推出基因工程制造的人胰岛素，商品名为(Humulin)。干扰素用于治疗肝炎等病毒感染性疾病，有良好疗效。1 升发酵液中所得的干扰素相当于过去从 1000 升人血中所得。生产成本也大为降低。目前用基因工程生产的蛋白质药物已达数十种，许多以前本不可能大量生产的生长因子，凝血因子等蛋白质药物，现在用基因工程办法便可能大量生产。? 正在开发的350种生物技术药物中，1/3以上用于肿瘤，其中有30种用于黑素瘤，20种用于结直肠癌，13种用于乳腺癌，13种用于前列腺癌。　正在开发的疫苗有77种，用于预防或治疗HIV感染、AIDS、结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、多发性硬化、中风。　正在开发的生物技术药物中，有29种用于HIV感染、AIDS和AIDS相关疾病；19种用于自身免疫性疾病，其中11种用于类风湿性关节炎、