基因程1基因工程概述

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1、基因工程基因工程苏州农业职业技术学院食品系生物技术教研室Gene Engineering 基因工程发展史基因工程发展史 Gene engineering 1968年 沃纳.阿尔伯,丹尼尔.内森和汉密尔.史密斯第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶.为此,三人共享了1978年诺贝尔生理和医学奖.1974年 科学界肯定了在19671967年由5个实验室同时发现的连接DNA片段的酶,并命名为DNA连接酶.1973年 美国斯坦福大学科恩从大肠杆菌中取出两种带有不同基因的质粒,将两种基因经过“裁剪”,“拼接”后放入同一个质粒的大肠杆菌内,能表现出双重性.这标志着基因工程的首次胜利.1974年 科恩将金色

2、葡萄球菌的质粒与大肠杆菌质粒进行拼接放入大肠杆菌内,使大肠杆菌获得了对青霉素的抗药性,从而实现了外来基因性状在大肠杆菌体内的表达.20世纪70年代,第一家遗传技术公司成立利用基因重组技术制造蛋白质用于治疗人类的疾病.基因工程发展史基因工程发展史 Gene engineering 1983年 世界上第一例转基因植物在美国成功培植.1996年 转基因作物首次进行了商业种植.迄今,全世界已有50个国家开展了转基因植物种植,品种有60多种植物.在美国转基因食品达到4000多种,已成为日常的生活用品.2003年 为期13年的人类基因组计划(1990年10月1日启动)的人类基因组序列图绘制成功.人类基因组

3、计划与曼哈顿原子弹计划(1942)和阿波罗登月计划(1969)一起被称为20世纪三大科学工程.基因工程的基本内容基因工程的基本内容 Gene engineering 基因工程又叫做基因工程又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组技术重组技术。这种。这种技术是在生物体外，通过对技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。产生出人类所需要的基因

4、产物。基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果人类需要的基因产物人类需要的基因产物n重组重组DNADNA技术流程技术流程剪切剪切?剪切剪切?拼接拼接?导入导入?表达表达?基因操作的工具基因操作的工具 Gene engineering 基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶限制性内切酶（一种限（一种限制酶只能识别一种特定制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割在特定的切点上切割D

5、NA分子）分子） 基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶 基因的运输工具基因的运输工具运载体运载体（如质粒、（如质粒、噬菌体和动植物病噬菌体和动植物病毒等）毒等） DNA连接酶连接酶 Gene engineering 连接的部位：连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。不是氢键（梯子的踏板）。基因的运载体基因的运载体 Gene engineering 运载体必须具备的条件：运载体必须具备的条件： 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；、具有多个限制酶切点，以便与外源

6、基因连接； 3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 外源基因导入受体细胞需要运输工具外源基因导入受体细胞需要运输工具运载体运载体。运载体的作用：运载体的作用： 1、作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。、作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。复制。 质质 粒粒 Gene engineering 质粒是基因工质粒是基因工程最常用的运载体，程最常用的运载体，它广泛

7、地存在于细它广泛地存在于细菌中，是细菌染色菌中，是细菌染色体外能够自主复制体外能够自主复制的很小的环状的很小的环状DNA分子，大小只有普分子，大小只有普通细菌拟核通细菌拟核DNA的的百分之一。百分之一。 质粒能够质粒能够“友好友好”地地“借居借居”在宿主细胞中。一在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。但是，质粒的复制则只能在宿主细胞内完成。的作用。但是，质粒的复制则只能在宿主细胞内完成。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤 Gene engineering 提取目的基因提取目的基因 从供体细胞的DNA中直接分离基因（

8、如“鸟枪法”）人工合成基因反转录法化学合成法 目的基因是人们所需要转移目的基因是人们所需要转移或改造的基因。如苏云金芽孢杆或改造的基因。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。素基因、干扰素基因等。三种目的基因提取方法的优缺点三种目的基因提取方法的优缺点仅限于合成核苷酸对较少的仅限于合成核苷酸对较少的简单基因简单基因专一性专一性最强最强化学化学合成法合成法操作过程麻烦，操作过程麻烦，mRNAmRNA很不稳很不稳定，要求的技术条件较高

9、定，要求的技术条件较高专一性强专一性强反转录法反转录法工作量大，盲目，分离出来工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因的有时并非一个基因操作简便操作简便广泛使用广泛使用鸟枪法鸟枪法缺缺 点点优优 点点目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达 检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。 常用的受体细胞有常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、大肠杆菌、

10、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。动植物细胞等。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤 Gene engineering 目的基因导入受体细胞的方法目的基因导入受体细胞的方法1、将细菌用、将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的处理，以增大细菌细胞壁的通透性。通透性。2、使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。、使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。3、目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，、目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。间内就能获得大量的目的基因。基因操作的

11、基本步骤基因操作的基本步骤 Gene engineering 基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤 Gene engineering 基因工程的成果与发展前景基因工程的成果与发展前景 Gene engineering 基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生生产基因工程药品生产基因工程药品用于基因诊断与基因治疗用于基因诊断与基因治疗 基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种为人类开辟新的食物来源为人类开辟新的食物来源基因工程与环境保护基因工

12、程与环境保护用于环境监测用于环境监测用于被污染环境的净化用于被污染环境的净化基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生 Gene engineering 我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物1 1、基因工程药品的生产、基因工程药品的生产 微生物生长迅微生物生长迅速，容易控制，适速，容易控制，适于大规模工业化生于大规模工业化生产。如利用大肠杆产。如利用大肠杆菌生产胰岛素、干菌生产胰岛素、干扰素、白细胞介扰素、白细胞介素素2 2等。既增加等。既增加产量，又降低成本。产量，又降低成本。基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生 Gene engineering 2 2、基因诊断、基因

13、诊断基因诊断是用放射性同位素基因诊断是用放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分子等标记荧光分子等标记的的DNADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分子杂交原理，鉴定被检分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。生物芯片生物芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂芯片杂交就可以得出病变图谱。交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就

14、可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。 基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生 Gene engineering 3 3、基因治疗、基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。 取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内基因工程与农牧业、食品工

15、业基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering 生长快、肉质好的生长快、肉质好的转基转基因鱼因鱼( (中国中国) )乳汁中含有乳汁中含有人生长激素人生长激素的的转基因牛转基因牛( (阿根廷阿根廷) )基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转鱼抗寒基因的番茄基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering 基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业 Gene engineering 基因工程与农牧业、食品工业基因工程与

16、农牧业、食品工业 Gene engineering 基因工程与环境保护基因工程与环境保护 Gene engineering 1 1、环境监测、环境监测 基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检测探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。环境中的病毒、细菌等污染。 利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。2 2、环境污染治理、环境污染治理基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细

17、菌”能吞食和分解能吞食和分解多种污染环境的物质。多种污染环境的物质。1、有些转基因食物含的一些物质，可、有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。能会影响人体健康。2、大量的转基因生物进入自然界后很、大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。一些超级生物，从而造成基因污染。3、如有些作物插入抗虫基因，杀死环、如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。境中有益的生物。基因工程的弊端基因工程的弊端 Gene engineering Gene engineering 将供体生物的将供体生物的DNADNA用限制酶

18、切用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。就算成功了。该法最大的缺点是带有很大的该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。生物中去。鸟枪法直接分离基因Gene engineering 逆转录法：以信使逆转录法：以信使RNARNA为模板，在逆转录酶的为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(DNA(基因基因) )。 人工基因合成法人工基因合成法 Gene engineering 蛋白质蛋白质 mRNA 单链单链DNA 双链双链DNA 肽链肽链: 甲硫氨酸甲硫氨酸 脯氨酸脯氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸2.2.化学合成法化学合成法：Gene engineering