国家精品课程基因工程课件chapter13
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基因工程ppt课件
的 基
出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有
本 内
相应变化的个体进一步培养、研究。
容
例：用棉铃饲喂棉
铃虫，如虫吃后不出现
中毒症状，说明未摄入
中
央
电
教
馆
资
源
中 心
21
目的基因或摄入目的基 因未表达。如虫吃后中 毒死亡，则说明摄入了 抗虫基因并得到表达。
基 因 工 程 的 基 本 内 容
中
央
电
教
馆
资
央
电
教
馆
资
源
中 心
15
提取目的基因
将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。
取出 DNA
用限制酶 切断DNA
目前被较广泛 提取使用的目的基 因有：苏云金杆菌 抗虫基因、人胰岛 素基因、人干扰素 基因、种子贮藏蛋 白基因、植物抗病 基因等。
提取目的基因的方法（一）
基 直接分离基因——鸟枪法
因 工
将供体生物的DNA用限制
程 的
酶切割为许多片段，再用运载
基 本Biblioteka 体将这些片段都运载到受体生
内 物的不同细胞中去。只要有一
容 个细胞获得了需要的目的基因
并得以表达，基因工程就算成
功了。
中 央
该法最大的缺点是带有很
电 教
大的盲目性，工作量大，成功
馆
资 源
率低。且不能将真核生物的基
中 心
16 因转移到原核生物中去。
用限制酶 切成许多
源
中 心
22
几种限制性内切酶
返回
基 因 工 程 的 基 本 内 容
中
央
电
教
《基因工程》PPT教学 ppt课件
PPT课件
36
典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、 抗病毒的转基因小麦、甜椒
PPT课件
37
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
3.抗逆转基因植物
PPT课件
38
4.利用转基因改良植物的品质
PPT课件
39
富含赖氨酸的转基因玉米
基转 因入 的荧 发光 荧素 光酶 烟蛋 草白
PPT课件 不会引起过敏的转基因大4豆0
原 理： 基因重组
表达水平： DNA分子水平
过程：
意义： 1、定向改造某些性状
2、克服远缘杂交
PPT课件
3
原核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游 启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶结合位点
启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起 始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。
将目的基因导入 农杆菌介导的遗传转化法
植物细胞
基因枪法
方法
将目的基因导入 动物细胞
——显微注射法
将目的基因导入——感受态细胞吸收DNA分子
微生物细胞
(氯化钙法)
PPT课件
24
(四)目的基因的检测与鉴定 ——检查是否成功 ①形态检测
检测— ②分子检测
PPT课件
25
非目的基因片段 GACATAGCTACA CTGTATCGATGT
PPT课件
1
我们主要讨论4个问题：
1. 什么是基因工程——基因工程的概念。
2. 为什么能进行基因工程——基因工程的原理和技术。 3. 怎样进行基因工程——4大步骤 4. 基因工程的应用和前景
PPT课件
2
1、概念：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
基因工程-PPT课件
干扰素 1200 升人血 2－3 万美元 / 病人
1 升发酵液 200－300 美元 / 病人
国外生物医药的发展
➢1976年第一家基因工程技术开发药物的公司建立。 ➢1982年第一个基因工程药物重组人胰岛素正式生产，推向市场。 ➢2019年全球生物技术公司总数已达4284家，美国占34％。 ➢2019年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破400亿美元。 ➢2019年市场上的生物技术药物达到200种左右，而在研的药物为600种。 ➢全世界已有2.5亿人使用生物技术药物和疫苗。
• 曼哈顿计划 • 阿波罗计划
20世纪科学史上3个里程碑
HGP的意义
• 了解生命的起源与进化 – 认识种属之间和个体之间存在差异的起因 – 五种“模式生物” 基因组的研究：大肠杆菌、酵母、 线虫、果蝇和小鼠
• 解码生命，认识自身 – 了解生命体生长发育的规律
• 认识疾病产生的机制，掌握生老病死规律 – 疾病的诊断和治疗
甜椒在栽培的过 程中，容易受病毒的 感染。我国科学工作 者，采用转基因技术， 培育出抗病毒的甜椒。
油菜是人们食用油的主要来源之一。一般油菜 籽的含油量约为40％左右。通过转基因技术，培育 出来的油菜籽，可以大大地提高它的出油率。而且 油的纯度质量更好。
玉米是主要粮食之一，又可以提炼油脂，也可以 用作食品和工业的原料以及作饲料，浑身是宝。人们称 它是含金的植物。如今培育出转基因玉米，品质更好， 产量更高。
淋巴细胞ADA酶恢复至正常水平的5%-10% 维持免疫系统功能,改善病人症状
遗传缺陷病人
腺病毒 adenovirus
修正基因
插入修正基因
感染病人細胞
取出病人細胞
修正基因转入到患者体内
注射修正基因
基因工程简介PPT课件
了重度联合免疫缺陷症（SDID）的基因治疗； 1985年提出，1990年启动的人类基因组计划； 1996年，体细胞核移植--克隆多利绵羊……
19
三、基因工程的研究意义和应用
20
1、基因工程在功能基因组学研究中的应用
① 基因定位和基因功能研究； ② 基因表达调控的顺式元件和反式因子的鉴定和转录调控机制的研究； ③ 发育的遗传学和基因组学； ④ 非编码DNA与RNA的类型、含量、分布及所包含的信息与功能； ⑤ 基因转录、蛋白质合成和翻译后事件的相互协调。 ⑥ 在大分子功能复合体中蛋白质间的相互作用； ⑦ 人类蛋白质组学研究； ⑧ 个体间单核苷酸多态性变异（SNPs, Single-based DNA variations
8
限制性核酸内切酶
外源基因或DNA片段
载体
基
因
含有外源基因的重
工
组载体DNA分子
程
的
转化受体细 胞并筛选
流
程
图
外源 基因表达
基因功能与表 多肽类或抗体类 动植物性状改良
达调控研究
基因工程产品 与人类基因治疗
9
二 、基因工程发展简史
1. 基因工程诞生的背景
• 理论上三大发现：遗传物质是DNA、 DNA的双螺旋结构与半保留复制机 理以及中心法则的发现。
5
通俗地说，基因工程就是指将一种供体生 物体的目的基因与适宜的载体在体外进行拼接 重组，然后转入另一种受体生物体内，使之按 照人们的意愿稳定遗传并表达出新的基因产物 或产生新的遗传性状的DNA体外操作程序。也 称为分子克隆技术。
三大基本元件：供体基因、受体细胞、载体。
6
2、基因工程的基本流程
1） 从复杂的生物体基因组中，经过不同的技 术方法（酶切法、逆转录法、化学合成 法、 PCR法），分离获得目的基因的DNA片段；
19
三、基因工程的研究意义和应用
20
1、基因工程在功能基因组学研究中的应用
① 基因定位和基因功能研究； ② 基因表达调控的顺式元件和反式因子的鉴定和转录调控机制的研究； ③ 发育的遗传学和基因组学； ④ 非编码DNA与RNA的类型、含量、分布及所包含的信息与功能； ⑤ 基因转录、蛋白质合成和翻译后事件的相互协调。 ⑥ 在大分子功能复合体中蛋白质间的相互作用； ⑦ 人类蛋白质组学研究； ⑧ 个体间单核苷酸多态性变异（SNPs, Single-based DNA variations
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限制性核酸内切酶
外源基因或DNA片段
载体
基
因
含有外源基因的重
工
组载体DNA分子
程
的
转化受体细 胞并筛选
流
程
图
外源 基因表达
基因功能与表 多肽类或抗体类 动植物性状改良
达调控研究
基因工程产品 与人类基因治疗
9
二 、基因工程发展简史
1. 基因工程诞生的背景
• 理论上三大发现：遗传物质是DNA、 DNA的双螺旋结构与半保留复制机 理以及中心法则的发现。
5
通俗地说，基因工程就是指将一种供体生 物体的目的基因与适宜的载体在体外进行拼接 重组，然后转入另一种受体生物体内，使之按 照人们的意愿稳定遗传并表达出新的基因产物 或产生新的遗传性状的DNA体外操作程序。也 称为分子克隆技术。
三大基本元件：供体基因、受体细胞、载体。
6
2、基因工程的基本流程
1） 从复杂的生物体基因组中，经过不同的技 术方法（酶切法、逆转录法、化学合成 法、 PCR法），分离获得目的基因的DNA片段；
《基因工程简介》课件
前沿的学科，将对医学、农业、环境和能源等领域带来深刻的变革和进步。了解基因工程的基本概 念、应用和挑战，是我们迎接未来科技发展的重要一步。
基因转导
将外源基因导入目标细胞，实 现基因功能的调控和表达。
基因编辑
利用CRISPR-Cas9等技术，对基 因组中的特定位置进行精确编 辑和改造。
基因工程的伦理和风险问题
1 伦理问题
基因工程涉及对生命和基因的控制，引发伦理和道德层面的反思和讨论。
2 风险问题
基因工程可能带来环境风险和基因突变等潜在问题，需要严格的安全评估和监管。
《基因工程简介》PPT课 件
基因工程是一门研究控制和改变生物基因组的学科。通过改变生物体基因组 的结构和组织，可以产生改善农作物、生产药物、治疗疾病等社会需求的生 物。
基因工程的定义
基因工程是一种重要的生物技术，利用现代分子遗传学和基因组学知识，设 计和操作基因的技术，以改变生物体的特征，实现对生命过程和物质转化的 控制。
农业生产
基因工程可以改良农作物，提高产 量和耐性，解决粮食安全和环境问 题，为农业生产带来巨大变革。
基因编辑
通过基因编辑技术，可以精确修改 和调整生物基因组，开辟了新的治 疗疾病和改良物种的途径。
基因工程的主要技术方法
基因克隆
将感兴趣的基因从一个物种转 移到另一个物种，以实现基因 的功能研究和应用。
3 社会问题
基因工程引发公众关注和争议，涉及科技发展与社会责任之间的平衡问题。
基因工程的未来发展趋势
精准医学
基因工程将深化个体基因组研究， 实现个体化治疗和预防，推动精 准医学的发展。
生物能源
基因工程技术有望提升生物能源 的生产效率，推动可再生能源的 发展和应用。
基因转导
将外源基因导入目标细胞，实 现基因功能的调控和表达。
基因编辑
利用CRISPR-Cas9等技术，对基 因组中的特定位置进行精确编 辑和改造。
基因工程的伦理和风险问题
1 伦理问题
基因工程涉及对生命和基因的控制，引发伦理和道德层面的反思和讨论。
2 风险问题
基因工程可能带来环境风险和基因突变等潜在问题，需要严格的安全评估和监管。
《基因工程简介》PPT课 件
基因工程是一门研究控制和改变生物基因组的学科。通过改变生物体基因组 的结构和组织，可以产生改善农作物、生产药物、治疗疾病等社会需求的生 物。
基因工程的定义
基因工程是一种重要的生物技术，利用现代分子遗传学和基因组学知识，设 计和操作基因的技术，以改变生物体的特征，实现对生命过程和物质转化的 控制。
农业生产
基因工程可以改良农作物，提高产 量和耐性，解决粮食安全和环境问 题，为农业生产带来巨大变革。
基因编辑
通过基因编辑技术，可以精确修改 和调整生物基因组，开辟了新的治 疗疾病和改良物种的途径。
基因工程的主要技术方法
基因克隆
将感兴趣的基因从一个物种转 移到另一个物种，以实现基因 的功能研究和应用。
3 社会问题
基因工程引发公众关注和争议，涉及科技发展与社会责任之间的平衡问题。
基因工程的未来发展趋势
精准医学
基因工程将深化个体基因组研究， 实现个体化治疗和预防，推动精 准医学的发展。
生物能源
基因工程技术有望提升生物能源 的生产效率，推动可再生能源的 发展和应用。
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10
基因治疗的关键
外源基因的安全导入； 外源基因高效正确的表达。
2009-11-26
11
基因治疗的条件
疾病的发病机制及相应基因的结构功能 清楚 已克隆正常基因，且明确该基因表达与 调控机制 导入基因具有合适的受体细胞，并能有 效表达 具有安全有效的转运载体和方法
2009-11-26 12
病毒介导转移法
临床方案
腺相关病毒 腺病毒 电穿孔 基因枪 疱疹病毒 脂质体 脂质体/腺相关病毒 脂质体/腺病毒 裸 DNA Poxvirus 逆转录病毒包装细胞 逆转录病毒 逆转录病毒/基因枪 RNA 转移 其它转染 总计 4 71 2 4 1 73 2 1 16 26 20 158 1 1 7 387 1.1% 17.9% 0.5% 1..0% 0.3% 18.4% 0.5% 0.3% 4.0% 6.6% 5.1% 39.9% 0.3% 0.3% 1.8% 100.0% 36 437 20 35 0 735 0 3 69 130 408 1217 6 30 101 3227
病 毒 介 导 基 因 转 移 (virus mediated gene transfer) 是指以病毒为载体，将外源性目的基因 通过基因重组技术，组装到病毒载体上，并使重 组病毒感染受体宿主细胞，完成基因转移。
2009-11-26
13
逆转录病毒(retrovirus)
☺ 优点
能高效转染宿主细胞，转染率可达100％ 宿主范围广泛 可转染大量细胞并长期停留，病毒基因和所 载的外源基因都能表达
6
基因治疗(gene therapy)
运用DNA重组技术 修复患者细胞中有 缺陷的基因，使细 胞恢复正常功能而 达到治疗疾病的目 的。
2009-11-26
7
基因治疗的策略
基因修正(gene correction)：定点导入外源正 常基因，代替有缺陷的基因，对靶 细胞基因组无任何改变。属于直接 治疗。 基因添加(gene augmentation)：非定点导入外 源正常基因，而没有去除或修复有 缺陷的基因。属于间接治疗。
第十三章
基因治疗
2009-11-26
1
手术治疗
矫正畸形 器官和组织移植 手术切除肿瘤组织
2009-11-26
2
药物治疗
原则：补其所缺 去其所余
出生前治疗
羊水中甲基丙二酸含量增高，胎儿可能患甲基丙 二酸症，会引起新生儿发育迟缓和酸中毒，应在出 生前和出生后给母体和患儿注射大量VB12。
2009-11-26
Ashanti was the first patient to be treated with gene therapy.
Ashanti de Silva
Injections repeated 7 times in first 10.5 months ADA: 1%
2009-11-26
25%
33
基因治疗的临床应用
2009-11-26
29
抑癌基因疗法
2009-11-26
30
抑癌基因疗法
程序化死亡
2009-11-26 31
基因治疗的临床应用
ADA缺乏症 French Anderson (NIH) September 14, 1990
LTR
2009-11-26
ADA
SV40
neo
LTR
32
基因治疗的临床应用
TdR
cytosol TK HSV1TK
dTMP
cytosol dTMP-K HSV1TK HSV1TK
dTDP
cytosol dNDP-K
dTTP
GCV HSV1TK
GCVMP
GCVDP
cytosol dNDP-K
GCVTP
2009-11-26
22
“自杀基因” 疗法
“ 自杀基因 ” (suicide gene) 的产物可将一种 无害的药物(前药物)转化成有毒性的底物。 旁观者效应(by-stander effect)
可感染分裂和非分裂细胞 病毒颗粒稳定，易于浓缩和纯化 可导入多种靶细胞，并持续表达 无致癌性
2009-11-26
19
靶细胞的选择
易于取材 便于体外培养 便于进行遗传技术操作 安全回输 ☺ 皮肤成纤维细胞
2009-11-26
20
反义核酸在基因治疗中的作用
应用DNA和RNA的碱基互补可形成同源或异源双 链的原理，人工合成反义RNA(或DNA)，和mRNA互 补，使其灭活，阻止其翻译成蛋白质，达到治疗疾病 的目的。
2009-11-26
23
“自杀基因” 疗法
2009-11-26
24
“自杀基因” 疗法
2009-11-26
25
“自杀基因” 疗法
2009-11-26
26
“自杀基因” 疗法
2009-11-26
27
多抗药性基因疗法
多抗药性(MDR)基因
2009-11-26
28
抑癌基因疗法
基因替代疗法
野生型抑癌基因的失活和肿瘤的发生密切 相关，将野生型抑癌基因导入肿瘤细胞，替代 和补偿有缺陷的抑癌基因，以抑制肿瘤的生长 或逆转其表型，称为“基因替代疗法”。
病例
1.1% 13.3% 0.6% 1.1% 0 22.4% 0 0.1% 2.1% 4.0% 12.4% 37.1% 0.2% 0.9% 3.1% 100.0%
2009-11-26
38
存在的问题及解决方法
导入基因的持续表达 导入基因的高效表达 安全性问题
2009-11-26
39
2009-11-26 8
基因治疗的基本方式
体细胞基因治疗：使患者症状消失或得 到缓解，但有害基因仍能传给后代。
2009-11-26
9
基因治疗的基本方式
体细胞基因治疗：使患者症状消失或得 到缓解，但有害基因仍能传给后代。 生殖细胞基因治疗：可根治遗传病，使 有害基因不再在人群中散布。
2009-11-26
3
药物治疗
原则：补其所缺 去其所余 出生前治疗 症状前治疗
患儿甲状腺功能低下，应给予甲状腺素终 生服用，以防患儿智能和体格发育障碍。
2009-11-26
4
药物治疗
原则：补其所缺 去其所余 出生前治疗 症状前治疗 现症病人治疗
2009-11-26
5
饮食疗法
原则：禁其所忌 产前治疗 现症病人治疗
2009-11-26
缺点
病毒容量有限(7 kb) 随机插入 有致癌作用
2009-11-26
仅对分裂期细胞有效
14
逆转录病毒(retrovirus)
逆转录病毒载体的构建(缺陷型病毒)
5’
U3 R U5
ψ
病毒核心 抗原基因
Байду номын сангаас
逆转录酶 基因
外壳蛋白 基因
LTR
gag
pol
env
U3 R U5
LTR
3’
小鼠白血病病毒(Mo-MLV)
ψ-
ψ+
Packaging protein RNA
Virus
2009-11-26
Recombinant virus
17
DNA病毒
☺ 优点
插入DNA片段较长 宿主范围广，不需要正在分裂的细胞 不整合，减少插入突变的潜在危险
缺点
需反复给药 具有免疫原性
2009-11-26 18
DNA病毒
腺病毒(adenovirus)载体的优点 复制缺陷型病毒
2009-11-26
15
逆转录病毒(retrovirus)
逆转录病毒载体的构建(缺陷型病毒)
5’
U3 R U5
ψ
外源目的基因
LTR
U3 R U5
LTR
3’
小鼠白血病病毒(Mo-MLV)
2009-11-26 16
逆转录病毒(retrovirus)
逆转录病毒载体的包装
Helper virus Packaging cell RNA
乙型血友病
薛京伦 (复旦大学) 1991, 腺病毒 皮肤成纤维细胞 Factor IX: 5%
2009-11-26
34
基因治疗的临床应用
肿瘤的基因治疗 细胞因子
1984～1987年，淋巴激活的杀伤细胞(LAK) 1986年，肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)结合IL-2 1991年，肿瘤坏死因子(TNF)治疗黑色素瘤
反义RNA表达载体 反义RNA(或DNA)的体外显微注射 用脂质体运送反义RNA 其它方法：磷酸钙共沉淀法；电转染法；逆转录病毒 介导等 21
2009-11-26
“自杀基因” 疗法
“ 自杀基因 ” (suicide gene) 的产物可将一种 无害的药物(前药物)转化成有毒性的底物。
单纯疱疹病毒的胸腺嘧啶激酶(HSV1TK)
2009-11-26
35
基因治疗的临床应用
肿瘤的基因治疗 细胞因子 “自杀基因”
1992年，HSV-TK 和 GCV
2009-11-26
36
基因治疗的临床应用
肿瘤的基因治疗 细胞因子 “自杀基因” 肿瘤抑制基因 pRB, p53, p16, p21, p27
2009-11-26
37
基因治疗临床实验的载体系统 (1999.09.10)