第一章+基因工程概述.ppt

基因工程 Gene engineering 湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 袁婺洲,課程內(nèi)容安排,第一章 基因工程概述 第二章 基因工程的載體和工具酶 第三章 基因工程的常規(guī)技術(shù) 第四章 基因在大腸桿菌、酵母中的高效表達(dá) 第五章 轉(zhuǎn)基因植物 第六章 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 第七章 基因治療 第八章 蛋白質(zhì)工程,教材,基因工程，李立家，肖庚富編著，科學(xué)出版社，2004年第一版。21世紀(jì)高等院校教材，國家理科基地教材。,參考書與參考資料,分子克隆實(shí)驗(yàn)指南(III), 美國冷泉港, 2002.科學(xué)出版社 基因工程原理, 吳乃虎編著,1998,第二版.科學(xué)出版社 基因工程學(xué)原理, 馬建崗主編,2001年.西安交通大學(xué)出版社 簡明基因工程原理,賀淹才編著,1999.科學(xué)出版社 基因工程原理，徐晉麟、陳淳、徐沁編著，2007年，科學(xué)出版社 基因工程，樓士林、楊盛昌、龍敏南、章軍編著，2002年，科學(xué)出版社 基因工程，孫明主編，2006年，高等教育出版社 轉(zhuǎn)基因生物安全，曾北危編著，2004年，化學(xué)工業(yè)出版社 基因治療的原理與實(shí)踐，杜寶恒主編，2000年天津科學(xué)技術(shù)出版社 基因工程課件，華東理工大學(xué)精品課程，張惠展。,第一章 基因工程概述,基因工程的發(fā)展簡史 什么是基因工程 基因工程的開端 基因工程的發(fā)展 基因工程的研究意義和應(yīng)用 基因工程在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 基因工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 基因工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 基因工程課程與其他課程之間的關(guān)系 補(bǔ)充材料：關(guān)于克隆人的討論,一 、基因工程發(fā)展簡史,1. 什么是基因工程,指采用類似于工程設(shè)計(jì)的方法，根據(jù)人們事先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，人為地在體外將核酸分子插入質(zhì)粒、病毒或其它載體中，構(gòu)成遺傳物質(zhì)的新組合（即重組載體分子），并將這種重組分子轉(zhuǎn)移到原先沒有這類分子的宿主細(xì)胞中去擴(kuò)增和表達(dá),從而使宿主或宿主細(xì)胞獲得新的遺傳特性，或形成新的基因產(chǎn)物。又叫遺傳工程 (genetic engineering )或重組DNA技術(shù) (recombinant DNA technique)。,基因工程的概念,通俗地說，基因工程，是指將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進(jìn)行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體（受體）內(nèi)，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳并表達(dá)出新產(chǎn)物或新性狀的DNA體外操作程序，也稱為分子克隆技術(shù)。 因此，供體基因、受體細(xì)胞、載體是重組DNA技術(shù)的三大基本元件。,基因工程的基本步驟,1 從復(fù)雜的生物體基因組中，經(jīng)過酶切消化等步驟，分離帶有目的基因的DNA片段，或用酶學(xué)和化學(xué)方法人工合成基因。 2 將外源DNA分子（目的基因或片段）與能夠自我復(fù)制并且具有選擇標(biāo)記的載體分子在體外連接，形成重組DNA分子。,3. 把重組DNA分子引入到適宜的受體（寄主）細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增。 4 從繁殖的大量細(xì)胞群體中篩選和鑒定已經(jīng)獲得重組DNA分子的受體細(xì)胞的克隆。 5 從所篩選的受體細(xì)胞克隆提取已擴(kuò)增的目的基因后，或再將其克隆到表達(dá)載體上，導(dǎo)入寄主細(xì)胞，以便在新的背景下實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)，產(chǎn)生人們所需的物質(zhì)；或?qū)⒁褦U(kuò)增的目的基因作進(jìn)一步的分析研究。,限制性核酸內(nèi)切酶,基因工程的流程圖,2. 基因工程的開端,理論上三大發(fā)現(xiàn)：遺傳物質(zhì)是DNA，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)與半保留復(fù)制機(jī)理以及中心法則的發(fā)現(xiàn)。 技術(shù)上三大發(fā)明：限制性核酸內(nèi)切酶及各種工具酶的發(fā)現(xiàn)；載體分子的研究與發(fā)現(xiàn)；逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn),基因工程誕生的標(biāo)志,1972年， P.Berg領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，在世界上第一次成功地實(shí)現(xiàn)了DNA的體外重組。他們使用限制性核酸內(nèi)切酶EcoR I，在體外對猿猴病毒SV40的DNA和噬菌體的DNA分別進(jìn)行酶切，然后再用T4DNA連接酶把兩種酶切的DNA片段連接起來，從而獲得了世界上第一個(gè)體外重組的雜種DNA分子。他們因此獲得1980年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)(同Sanger、Gilbert分享)。 1973年， S.Cohen等人將大腸桿菌的抗四環(huán)素的質(zhì)粒PSC101和鼠傷寒沙門氏菌的抗鏈霉素和磺胺的質(zhì)粒RSF1010 ，在體外用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRI切割，連接成新的重組質(zhì)粒，然后轉(zhuǎn)化到大腸桿菌中，在含四環(huán)素和鏈霉素的平板培養(yǎng)中，選出了抗四環(huán)素和鏈霉素的重組菌落。這是基因工程發(fā)展史上第一次實(shí)現(xiàn)重組體轉(zhuǎn)化成功的實(shí)驗(yàn)，基因工程從此誕生了。,第一個(gè)轉(zhuǎn)化成功 的重組DNA分子,基因工程的發(fā)展： 1. 1972-1976年，日本人，somatostatin(抑促生長素)； 2. 1978年，美國人，生長激素基因（HGH）； 3. 1980年，美國/瑞士人，a干擾素基因； 4. 1984年，日本人，白細(xì)胞介素2（IL-2）； 基因工程的騰飛： 1. 1982年，美國人，大鼠生長激素基因轉(zhuǎn)入小鼠； 2. 1983年，美國人，Ti質(zhì)粒導(dǎo)入植物細(xì)胞（細(xì)菌Neor基因） 3. 1990年，美國人，腺苷脫氨酶（ADA）基因治療，重度聯(lián)合免疫缺陷癥（SDID） 4. 1991年，美國倡導(dǎo)，人類基因組計(jì)劃109bp，15年時(shí)間30億USD； 5. 1997年，美國人，威爾穆特克隆多利綿羊和轉(zhuǎn)基因波莉綿羊,3. 基因工程的發(fā)展,二、基因工程的研究意義和應(yīng)用,1.基因工程在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,1. 醫(yī)學(xué)：抗病毒、抗癌因子、新型抗生素、疫苗、抗衰老保健品、心臟血管藥物、生長因子診斷劑 2. 輕工食品：氨基酸、助鮮劑、甜味劑、淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶。油脂或脂肪酸等 3. 能源：石油二次開采、纖維素分解、太陽能轉(zhuǎn)換 、乙醇高效生產(chǎn) 4. 環(huán)保：微生物生態(tài)種群（石油、農(nóng)藥、尼龍等降解質(zhì)粒） 5. 信息：蛋白芯片、基因芯片 日本政府稱基因工程為戰(zhàn)略工業(yè),大規(guī)模生產(chǎn)生物活性物質(zhì),工程細(xì)胞,基因工程 蛋白質(zhì)工程 途徑工程,發(fā)酵工程 細(xì)胞工程,分離工程,酶工程,分 離 工 程,天然細(xì)胞,天然細(xì)胞,生物活性物質(zhì),酶,美國已批準(zhǔn)上市的基因工程藥物（續(xù)表）,中國已批準(zhǔn)上市的基因工程藥物（續(xù)表）,基因工程與環(huán)保工業(yè),2.基因工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,第二次農(nóng)業(yè)大革命： 1. 抗病毒、抗除草劑、抗廣譜蟲害抗逆植物等； 2. 農(nóng)作物品種改良；高營養(yǎng)、長保存、抗環(huán)境壓力、花卉顏色與形狀； 3. 畜牧業(yè)；高蛋白乳汁、魚生長激素、飼料利用率 4. 固氮,動(dòng)物器官反應(yīng)器：血液反應(yīng)器和乳腺反應(yīng)器,轉(zhuǎn)基因植物,抗除草劑的水稻,3.基因工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用,1. 遺傳性疾?。?腫瘤、心腦血管病、糖尿病、過度肥胖綜合癥、老年癡呆癥、骨質(zhì)疏松癥等 2. 抗衰老：端粒酶編碼基因 動(dòng)物疾病模型的建立 基因診斷 基因治療 器官移植,基因治療,器官移植,三 、基因工程與其他課程的關(guān)系,基因工程與其他課程的關(guān)系,遺傳學(xué) 生物化學(xué) 分子生物學(xué)或分子遺傳學(xué) 發(fā)育生物學(xué) 植物學(xué) 動(dòng)物學(xué) 醫(yī)學(xué),四、補(bǔ)充材料：基因工程對人類本身將產(chǎn)生的影響 關(guān)于克隆人的討論,Clone(克隆)：無性繁殖的集合體,克隆 Clone,克隆是指遺傳上完全相同的分子、細(xì)胞或來自同一祖先的生物個(gè)體的無性繁殖群體。在不發(fā)生突變的情況下，它們的遺傳組成應(yīng)該完全相同。 1997年3月，世界衛(wèi)生組織將克隆定義為： 遺傳上同一的機(jī)體或細(xì)胞系的無性繁殖。,植物細(xì)胞克隆,上帝創(chuàng)造的克隆人,克隆高潮的掀起,1997年2月23日，英國的胚胎學(xué)家伊恩-維爾穆特博士報(bào)道克隆綿羊多利的誕生； 1997年2月25日，德國政府官員要求禁止克隆人；加拿大政府官員要求禁止克隆人； 1997年2月27日，法國總統(tǒng)希拉克反對將克隆技術(shù)應(yīng)用于人類； 1997年3月5日，阿根廷議會立法禁止克隆人；意大利衛(wèi)生部長羅西檳迪宣布禁止克隆實(shí)驗(yàn)；丹麥暫?？寺⊙芯浚?1997年3月7日，阿根廷總統(tǒng)卡洛斯梅內(nèi)姆下令禁止克隆人；日本學(xué)術(shù)審議會禁止為克隆人研究提供經(jīng)費(fèi)；,1997年3月11日，馬來西亞政府反對任何企圖克隆人類的嘗試；世界衛(wèi)生組織總干事中島宏宣稱反對克隆人的研究；歐盟委員會聲明反對克隆人。 美國總統(tǒng)克林頓在維爾穆特克隆羊出現(xiàn)后，召集一群科學(xué)家，限他們在90天之內(nèi)就該不該讓“克隆人”成為可能給出一個(gè)答案； 法國總統(tǒng)密特朗在聽到杰里豪關(guān)于人體胚胎復(fù)制的消息時(shí)曾打電話說：“這個(gè)消息令人毛骨悚然?！?一波未平，一波又起。1998年1月6日，美國科學(xué)家里查德堂而皇之地在美國科學(xué)雜志上公開聲明，準(zhǔn)備進(jìn)行克隆人的研究！ 比爾蓋茨說：“當(dāng)然應(yīng)該克隆人。如果誰第一個(gè)掌握了這個(gè)技術(shù)，他就是我真正的、也是唯一的競爭對手。” 英國和俄羅斯也不反對克隆人。,意大利醫(yī)生塞維里諾安蒂諾里3/9/02,法國科學(xué)家布里吉特布瓦瑟利耶2002年12月25日通過電話告訴法新社，世界上第一個(gè)克隆嬰兒“夏娃”已經(jīng)降生。03年1月3日她又宣布，第二個(gè)克隆人降生。,被傳說的克隆嬰兒,克隆人的正面影響,再生人類，撫平喪子之痛 試管嬰兒，不孕者的救星 冷凍胚胎，優(yōu)生選擇 代理母親，借腹懷胎 復(fù)制明星，圓追星夢 添加基因，創(chuàng)基因貴族 基因再造，器官移植,世界上第一例試管嬰兒名叫露易斯-布朗，是1978年7月25日在英格蘭誕生的； 1985年4月，我國臺灣也誕生了第一例試管嬰兒；1988年8月，我國北京醫(yī)科大學(xué)也報(bào)道了試管嬰兒的誕生。,試管嬰兒,克隆人的正面影響,再生人類，撫平喪子之痛 試管嬰兒，不孕者的救星 冷凍胚胎，優(yōu)生選擇 代理母親，借腹懷胎 復(fù)制明星，圓追星夢 添加基因，創(chuàng)基因貴族 基因再造，器官移植,冷凍受精卵，篩選胚胎,訂做親愛寶貝-愛麗絲的故事：對冷凍胚胎的身高，體重，外表，生理及身體的特征，天生的性格與智能特征，易患復(fù)雜及傳染疾病的先天傾向，單一基因嚴(yán)重異常的概率等作一預(yù)測與綜合評價(jià)，從而決定選擇哪一個(gè)受精卵進(jìn)行胚胎移植。,克隆人的正面影響,再生人類，撫平喪子之痛 試管嬰兒，不孕者的救星 冷凍胚胎，優(yōu)生選擇 代理母親，借腹懷胎 復(fù)制明星，圓追星夢 添加基因，創(chuàng)基因貴族 基因再造，器官移植,代理孕母,到1996年4月為止，美國比佛利山“代理孕母暨捐卵中心”已經(jīng)安排了456例代理孕母寶寶的誕生；而在肯塔基州，代理孕母協(xié)會也已安排了500多例寶寶出生。美國的代理孕母產(chǎn)業(yè)方興未艾，從Internet 網(wǎng)上可找到美國代理孕母中心公司的網(wǎng)址： 上面列有各州代理孕母中介商和全套服務(wù)的經(jīng)紀(jì)商。,克隆人的正面影響,再生人類，撫平喪子之痛 試管嬰兒，不孕者的救星 冷凍胚胎，優(yōu)生選擇 代理母親，借腹懷胎 復(fù)制明星，圓追星夢 添加基因，創(chuàng)基因貴族 基因再造，器官移植,克隆人的正面影響,再生人類，撫平喪子之痛 試管嬰兒，不孕者的救星 冷凍胚胎，優(yōu)生選擇 代理母親，借腹懷胎 復(fù)制明星，圓追星夢 添加基因，創(chuàng)基因貴族 基因再造，器官移植,器官再造,艾妮莎艾亞拉（Anissa Ayala）的故事： 1988年的春天，艾妮莎還是一名高二的學(xué)生時(shí)，突然患了骨髓淋巴癌。要徹底治療，必須徹底清除其原有的骨髓干細(xì)胞，換以新的相容的骨髓細(xì)胞。艾妮莎的父母四處奔走，搜尋骨髓捐贈(zèng)者，但兩年的努力均告失敗。艾妮莎的45歲的父親與42歲的母親決心與命運(yùn)一博，再度懷孕，于1990年4月生下了艾妮莎的妹妹瑪瑞莎。14個(gè)月以后，妹妹與姐姐做了骨髓移植手術(shù)，艾妮莎終于健康地活下來了。,克隆人的負(fù)面影響,社會問題：基因父母，生父母，養(yǎng)父母 倫理問題：媽媽 還是 姐姐 或？ 人的價(jià)值問題：買賣的商品而非愛的結(jié) 晶？ 個(gè)性的發(fā)揮等。 人的進(jìn)化問題 預(yù)防犯罪,