基因工程原理和方法

歡迎學(xué)習(xí)本課程，請多提寶貴意見！基因工程原理與方法第一章基因工程緒論第二章基因工程的工具酶第三章基因工程的載體第四章基因工程的受體第五章基因克隆第六章外源基因的高效表達(dá)第七章植物基因工程第八章動(dòng)物基因工程第一節(jié)根本概念第二節(jié)基因工程的誕生與開展史第三節(jié)基因工程的研究內(nèi)容與應(yīng)用第一章緒論

第一節(jié)基本概念

1.基因1866年，孟德爾將控制性狀的遺傳因素稱之為遺傳因子。1909年，約翰生首次提出Gene一詞，提出基因型與表現(xiàn)型的區(qū)別1910年以后，摩爾根提出遺傳粒子理論，認(rèn)為基因是一粒一粒在染色體上排列而成，且互不重疊20世紀(jì)40年代，隨著遺傳物質(zhì)DNA的發(fā)現(xiàn)，及1953年，DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)解析，認(rèn)為基因是具有一定遺傳效應(yīng)的DNA片段20世紀(jì)60年代，發(fā)現(xiàn)基因是可分的，功能上有差別的。20世紀(jì)70年代，發(fā)現(xiàn)斷裂基因、重疊基因、跳躍基因，使對基因的認(rèn)識(shí)更加深入?；蚴且粋€(gè)含有特定遺傳信息的核苷酸序列，它是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。2.基因工程(geneengineering)

用人工方法,對DNA(基因)分子在體外(invitro)進(jìn)行切割、連接、組成重組DNA分子.再導(dǎo)入生物體內(nèi),并使其在異種生物內(nèi)復(fù)制、表達(dá),從而使受體生物獲得新的遺傳性狀,這一全過程稱為基因工程.第一節(jié)基本概念

3.遺傳工程(geneticengineering)凡是用人工的方法改造生物遺傳性的技術(shù)都稱為遺傳工程.基因工程分子水平上的遺傳工程細(xì)胞融合花粉育種常規(guī)育種有性雜交遺傳工程細(xì)胞水平上的遺傳工程個(gè)體水平上的遺傳工程第一節(jié)基本概念

第二節(jié)基因工程的誕生與開展史基因工程的誕生理論上的三大發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)遺傳信息傳遞方式的發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的三大創(chuàng)造限制性內(nèi)切酶、質(zhì)粒載體、逆轉(zhuǎn)錄酶實(shí)踐上的三大實(shí)驗(yàn)重組DNA實(shí)驗(yàn)、科恩模型實(shí)驗(yàn)、真核基因異源表達(dá)實(shí)驗(yàn)遺產(chǎn)物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)1944年T·Avery肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)SIII光滑型有致病性RII粗糙型無致病性DNA雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)1953年WatsonandCrick，Nature這個(gè)構(gòu)造擁有一些全新的特征，對生物學(xué)來說具有相當(dāng)?shù)囊饬x。

1962年諾貝爾獎(jiǎng)威爾金斯弗蘭克林

遺傳信息傳遞方式的發(fā)現(xiàn)1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主遺傳信息DNA

mRNA

蛋白質(zhì)霍利（Holley）科拉納（Khorana）尼倫伯格（Nirenberg）中心法則第二節(jié)基因工程的誕生與開展史基因工程的誕生理論上的三大發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、DNA雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)、遺傳信息傳遞方式的發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的三大創(chuàng)造限制性內(nèi)切酶質(zhì)粒載體逆轉(zhuǎn)錄酶實(shí)踐上的三大實(shí)驗(yàn)重組DNA實(shí)驗(yàn)、科恩模型實(shí)驗(yàn)、真核基因異源表達(dá)實(shí)驗(yàn)限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)1970年H·Smith首次別離了Ⅱ型限制酶HindIII1978年諾貝爾獎(jiǎng)基因克隆質(zhì)粒載體的應(yīng)用pSC101（plasmidStanleyCohen)復(fù)制單元抗生素抗性基因外源DNA克隆位點(diǎn)逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)1970BaltimoreandTemin同時(shí)發(fā)現(xiàn)Baltimore（巴爾的摩）Temin（譚明）1975年諾貝爾獎(jiǎng)第二節(jié)基因工程的誕生與開展史基因工程的誕生理論上的三大發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、DNA雙螺旋構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)、遺傳信息傳遞方式的發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的三大創(chuàng)造限制性內(nèi)切酶、質(zhì)粒載體、逆轉(zhuǎn)錄酶實(shí)踐上的三大實(shí)驗(yàn)重組DNA實(shí)驗(yàn)、科恩模型實(shí)驗(yàn)、真核基因異源表達(dá)實(shí)驗(yàn)1972年，斯坦福大學(xué)化學(xué)家P.Berg完成世界上第一個(gè)重組DNA實(shí)驗(yàn)SV40λDNA1973年，美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)家Cohen，世界上第一個(gè)基因工程實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化1973年被公認(rèn)為基因工程誕生的元年非洲爪蟾rDNApSC101質(zhì)粒EcoRIEcoRI3×106dal4.2×106dal3.9×106dal4.8×106dalTcrTcrTcroriorioriEcoRIEcoRIEcoRI1974年，Boyer&Cohen實(shí)現(xiàn)了真核生物基因在原核中表達(dá)獲得轉(zhuǎn)化子第二節(jié)基因工程的誕生與開展史基因工程的開展史基因工程的禁忌1974年呼吁所有涉及重組DNA的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該暫停1975年只能使用試管中才能存活的實(shí)驗(yàn)細(xì)菌進(jìn)展1976年嚴(yán)格制止涉及致癌基因的重組DNA研究基因工程的騰飛1979年宣布放松“守那么〞準(zhǔn)許克隆病毒致癌基因1982年美國科學(xué)家育成超級鼠1982年基因工程產(chǎn)物人胰島素進(jìn)入市場1990年首次基因治療重度聯(lián)合免疫缺陷癥成功1991年美國倡導(dǎo)下啟動(dòng)人類基因組方案1997年美國人威爾英特克隆多利綿羊1971197374-767782懷疑誕生爭論發(fā)展高潮平穩(wěn)發(fā)展

供體細(xì)胞載體分子外源DNA外源基因分離酶切酶切連接轉(zhuǎn)化擴(kuò)增DNA重組分子受體細(xì)胞鑒定與表達(dá)重組轉(zhuǎn)化子工程菌或細(xì)胞蛋白產(chǎn)物工程菌或細(xì)胞培養(yǎng)重組產(chǎn)物分離純化第三節(jié)基因工程的研究內(nèi)容及應(yīng)用本課開設(shè)內(nèi)容

圍繞一個(gè)中心,弄清三個(gè)問題

基因工程基本過程(七步驟)工具酶

(技術(shù)工人)

載體

(交通工具)宿主(場地)基因克隆(建造)鑒定(驗(yàn)收)

表達(dá)(生產(chǎn))目的基因的獲得目的基因與載體連接重組DNA導(dǎo)入宿主重組體的篩選重組體的鑒定基因表達(dá)基因產(chǎn)物分離純化切

轉(zhuǎn)篩

查

產(chǎn)

收

連

二、基因工程技術(shù)的應(yīng)用

1.基因工程與人類醫(yī)療保健

1.1基因工程藥物目前正在研究和開發(fā)的基因工程多肽藥物大約2000多種,其中127種投放市場,近2000種正在臨床前研究.—生長激素釋放抑制素50萬頭羊腦=9升E.coli=50mg—胰島素100kg豬胰臟=10LE.coli=1g—生長激素250萬頭羊垂體=10LE.coli=5mg

—干擾素(病毒克星)8升人血提取1mg，1磅（453g）=200億美元；基因工程：1磅<1億美元。二、基因工程技術(shù)的應(yīng)用

1.基因工程與人類醫(yī)療保健1.2基因診斷利用現(xiàn)代生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的技術(shù)方法，直接檢測基因結(jié)構(gòu)及表達(dá)水平是否正常，從而對疾病作出診斷的方法。

發(fā)現(xiàn)新的II型糖尿病基因2021年科學(xué)家對II型糖尿病基因進(jìn)展了密切研究，并揭開了其中的秘密。最終10個(gè)基因可能與增加患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)將幫助專家準(zhǔn)確鎖定那些易患2型糖尿病的人群。發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的基因

著名權(quán)威醫(yī)學(xué)雜志?自然基因?(NatureGenetics)期刊2007年發(fā)表一項(xiàng)研究調(diào)查結(jié)果，中國與日本的研究人員發(fā)現(xiàn)一種分泌蛋白質(zhì)的基因GDF5異變，是骨關(guān)節(jié)炎的主要原因。發(fā)現(xiàn)兒童自閉癥相關(guān)基因發(fā)現(xiàn)自閉癥病兒具有的變異型ENGRAILED2基因，是沒有自閉癥的正常兒童所具有的兩倍，存在著統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。盡管還不清楚是否變異ENGRAILED2基因本身導(dǎo)致了自閉癥，但這明確說明一種相應(yīng)的基因或DNA變異與自閉癥相關(guān)聯(lián)。科學(xué)家正在解碼肥胖基因

法國國家科研中心與英國倫敦帝國學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)一種名為PCSK1的基因發(fā)生變異后，會(huì)增加肥胖風(fēng)險(xiǎn)。到2007年底，科學(xué)家有望得出一份“肥胖基因〞名單，從遺傳角度解釋超重現(xiàn)象。性別基因診斷有生物道德學(xué)家擔(dān)憂，允許夫婦選擇嬰兒性別，會(huì)令某些國家男女不平衡的現(xiàn)象惡化。不過這種技術(shù)費(fèi)用高昂，不太可能在開展中國家普及，即使在美國也不是人人可以負(fù)擔(dān)得起。然而，這可能形成一種“設(shè)計(jì)嬰兒〞的風(fēng)潮，導(dǎo)致將來只有窮人的后代才會(huì)肥胖又禿頭，造成不同的“基因階級〞。二、基因工程技術(shù)的應(yīng)用

1.基因工程與人類醫(yī)療保健1.3基因治療將正?；蜣D(zhuǎn)入患者機(jī)體內(nèi),取代致病的突變基因表達(dá)所缺乏的基因產(chǎn)物,或通過基因調(diào)控的手段,有目的地抑制異常基因表達(dá)或重新開啟已關(guān)閉的基因,達(dá)到治療遺傳病、腫瘤、艾滋病、癌癥的目的。

二、基因工程技術(shù)的應(yīng)用

1.3.1基因治療方式基因增補(bǔ)（geneaugmentation）基因修正（genecorrection）基因置換（genereplacement）基因失活（geneinactivation）免疫調(diào)節(jié)（immuneadjustment）第一例基因治療臨床實(shí)驗(yàn)腺苷脫氨酶基因基因治療死亡病例1999年一位18歲青年蓋幸格接受基因治療僅僅4天便不幸死亡。2002年法國兩名接受免疫缺陷基因治療的兒童，又莫名其妙地患上了白血病基因治療臨床試驗(yàn)批準(zhǔn)數(shù)年度變化曲線

基因治療臨床試驗(yàn)所涉及的疾病

2.基因工程與工農(nóng)業(yè)2.1轉(zhuǎn)基因植物植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指把從動(dòng)物、植物或微生物中分離到的目的基因，通過各種方法轉(zhuǎn)移到植物的基因組中，使之穩(wěn)定遺傳并賦予植物新的農(nóng)藝性狀，如抗蟲、抗病、抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等。二、基因工程的應(yīng)用植物抗蟲基因工程抗病基因工程植物抗逆基因工程植物品質(zhì)改良的基因工程植物生物反應(yīng)器

BT玉米的開發(fā)蘇云氏桿菌產(chǎn)生毒害劑的基因除害劑基因與質(zhì)粒結(jié)合

BT玉米含轉(zhuǎn)基因的幼苗植物細(xì)胞與重組基因重組基因在細(xì)菌中基因重組細(xì)菌共同培養(yǎng)培養(yǎng)擴(kuò)增細(xì)菌

2.2轉(zhuǎn)基因動(dòng)物二、基因工程的應(yīng)用建立人類疾病的動(dòng)物模型器官移植的動(dòng)物供體作為生物反應(yīng)器

轉(zhuǎn)基因奶牛產(chǎn)促紅細(xì)胞生成素

40多億美元

提高動(dòng)物生長率方面（超