基因工程-1-前言PPT课件

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基因治疗临床试验所涉及的疾病
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二、基因工程的应用
2.基因工程与工农业
2.1转基因植物
植物转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分离 到的目的基因，通过各种方法转移到植物的基因 组中，使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状， 如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。
➢植物抗虫基因工程 ➢抗病基因工程 ➢植物抗逆基因工程 ➢植物品质改良的基因工程 ➢植物生物反应器
基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序
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列，它是遗传物质的最小功能单位。 4
第一节 基本概念
2.基因工程
(gene engineering) 用人工方法,对
DNA(基因)分子在体 外(in vitro)进行切割、 连接、组成重组DNA 分子.再导入生物体内, 并使其在异种生物内 复制、表达,从而使受 体生物获得新的遗传 性状,这一全过程称为 基因工程.
3.
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实践上的三大实验
重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异
源表达实验
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限制性内切酶的发现
1970年H· Smith 首次分离了Ⅱ型限制酶HindIII
1978年诺贝尔奖
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基因克隆质粒载体的应用
pSC101（plasmid Stanley Cohen)
➢ 复制单元 ➢ 抗生素抗性基因 ➢ 外源DNA克隆位点
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第一例基因治疗临床实验
腺苷脱氨酶基因
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基因治疗死亡病例
1999年 一位18岁青年盖幸格接受基因治 疗仅仅4天便不幸死亡。
2002年 法国两名接受免疫缺陷基因治疗 的儿童，又莫名其妙地患上了白血病
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基因治疗临床试验批准数年度变化曲线
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SIII 光滑型 有致病性
RII 粗糙型 无致病性
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DNA双螺旋结构的发现
1953年 Watson and Crick，Nature 1962年诺贝尔奖
威尔金斯
弗兰克林
这个构造拥有一些全新的特征，对生物学来说具有相当的意义。
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遗传信息传递方式的发现 1968年诺贝尔生理学或医学奖得主
粒一粒在染色体上排列而成，且互不重叠
➢ 20世纪40年代，随着遗传物质DNA的发现，及1953年，
DNA双螺旋的结构解析，认为基因是具有一定遗传效应 的DNA片段
➢ 20世纪60年代，发现基因是可分的，功能上有差别的。 ➢ 20世纪70年代，发现断裂基因、重叠基因、跳跃基因，
使对基因的认识更加深入。
➢ 微生物农药替代合成农药、化肥
微生物杀虫剂、杀菌剂、农用抗生素等
➢ 含油土壤及废水的治理
降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的“超级细菌”
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部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
2. 技术上的三大发明
限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶
3. 实践上的三大实验
重组DNA实验、
科恩模型实验、
真核基因异源表达实验
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1972年，斯坦福大学化 学家P.Berg完成世界上 第一个重组DNA实验
SV40
λDNA
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1973年，美国 斯坦福大学医 学院遗传学家 Cohen，世界 上第一个基因 工程实验
第一节 基本概念
3.遗传工程(genetic engineering)
凡是用人工的方法改造生物遗传性的技术
都称为遗传工程.
基因工程 分子水平上的遗传工程
遗 细胞融合
传
细胞水平上的遗传工程
工 花粉育种
程 常规育种 个体水平上的遗传工程
有性杂交
第一节 基本概念
4.生物工程(bioengineering、biotechnology)
一．基因工程的诞生
1. 理论上的三大发现
遗传物质的发现 DNA双螺旋结构的发现 遗传信息传递方式的发现
2. 技术上的三大发明
限制性内切酶、质粒载体、逆转录酶
3. 实践上的三大实验
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重组DNA实验、科恩模型实验、真核基因异 源表达实验
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遗产物质的发现
1944 年 T· Avery肺炎双球菌的体外转化实验
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逆转录酶的发现 1970 Baltimore and Temin同时发现
Baltimore（巴尔的摩） Temin（谭明）
1975年诺贝尔奖
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第二节 基因工程的诞生与发展史
一．基因工程的诞生
1. 理论上的三大发现
遗传物质的发现、DNA双螺旋结构的发现、 遗传信息传递方式的发现
1971 怀疑
1973 诞生
74-76 争论
77 发展
82 高潮
平稳发展
第三节 基因工程的研究内容及应用
酶切
供体细胞
载体分子
分 离
酶切
连接 DNA重组分子
外源DNA 外源基因
受体细胞
转化 扩增
重组转化子
鉴定与表达
重组产物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ离纯化
工程菌或细胞培养
工程菌 或细胞蛋白产物
工具酶 (技术工人) 载体 (交通工具)
第一节 基本概念 第二节 基因工程的诞生与发展史 第三节 基因工程的研究内容与应用
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第一节 基本概念
1.基因
➢ 1866年，孟德尔将控制性状的遗传因素称之为遗传因子。 ➢ 1909年，约翰生首次提出Gene一词，提出基因型与表
现型的区别
➢ 1910年以后，摩尔根提出遗传粒子理论，认为基因是一
①基因工程
②细胞工程(细胞培养、细胞融合)
生 物 工 程
③酶 工 程
酶的生产 酶的分离纯化 酶的固定化 酶的修饰改造 (蛋白质工程) 选种育种
培养条件
④发酵工程 设计反应器
(微生物工程) 产物回收
废水处理
基因工程在生命科学中的地位
生命科学 分子生物学
遗传工程 基因工程
生物工程
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第二节 基因工程的诞生与发展史
➢ 提高动物生长率方面 （超级鼠）
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“人心猪”
“人心猪”指的并不是拥有人类心脏的猪，而是指拥
2021/6/7 有可直接移植到人体的器官的猪。
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二、基因工程的应用
3 环境污染净化
➢ 基因工程技术应用于降解农药
净化农药(如DDT)
➢ 基因工程技术开发吞食有毒废弃物的细菌
以PCBs (聚氯联苯)为食物的细菌
目前正在研究和开发的基因工程多肽药物大约 2000多种,其中127种投放市场, 近2000种正在 临床前研究.
—生长激素释放抑制素 50万头羊脑=9升E.coli=50mg
—胰岛素
100kg猪胰脏=10L E.coli=1g
—生长激素
250万头羊垂体=10L E.coli=5mg
—干扰素(病毒克星) 8升人血提取1mg，1磅（453g）
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科学家正在解码肥胖基因
法国国家科研中心与英国伦敦帝国学院等研究机构的一项
联合研究发现，人体内一种名为PCSK1的基因发生变异后，
会增加肥胖风险。到2007年底，科学家有望得出一份“肥
胖基因”名单，从遗传角度解释超重现象。
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性别基因诊断
有生物道德学家担心，允许 夫妇选择婴儿性别，会令某 些国家男女不平衡的现象恶 化。
转化
1973年被公认为基因工 程诞生的元年
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1974年，Boyer & Cohen实现了真核生物基因在原核中表达
非洲爪蟾rDNA
3 ×106dal 3.9 ×106dal
EcoRI
4.2 ×106dal
4.8 ×106dal
pSC101 质粒
EcoRI
ori Tcr
EcoRI
ori Tcr
霍利（Holley）
尼伦伯格（Nirenberg）
遗传信息DNA
mRNA
科拉纳2（02K1h/6o/r7ana ）
中心法则
蛋白质
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第二节 基因工程的诞生与发展史
一．基因工程的诞生
1. 理论上的三大发现
遗传物质的发现、DNA双螺旋结构的发现、 遗传信息传递方式的发现
2. 技术上的三大发明
限制性内切酶 质粒载体 逆转录酶
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二、基因工程技术的应用
1.3.1 基因治疗方式 ① 基因增补（gene augmentation） ② 基因修正（gene correction） ③ 基因置换（gene replacement） ④ 基因失活（gene inactivation） ⑤ 免疫调节（immune
adjustment）
=200亿美元；基因工程：1磅<1亿美元。
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二、基因工程技术的应用
1.基因工程与人类医疗保健 1.2基因诊断
利用现代生物学和分子遗传学的技术方法，直 接检测基因结构及表达水平是否正常，从而 对疾病作出诊断的方法。
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发现新的II型糖尿病基因
2008年科学家对II型糖尿病基因进行了密切研究，并揭开 了其中的秘密。最终10个基因可能与增加患糖尿病的风 险有关，这些发现将帮助专家精确锁定那些易患2型糖尿 病的人群。
宿主(场地)
基因克隆 (建造)
本课开设内容 围绕一个中心,弄清三个问题 基因工程基本过程(七步骤)
目的基因的获得
目的基因与载体连接
重组DNA导入宿主 重组体的筛选
鉴定(验收)
重组体的鉴定
表达(生产)
基因表达
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基因产物分离纯化
切 连 转 筛 查 产 收
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二、基因工程技术的应用
1.基因工程与人类医疗保健 1.1基因工程药物
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发现骨关节炎相关的基因
著名权威医学杂志《自然基因》(Nature Genetics)期
刊2007年发表一项研究调查结果，中国与日本的研究
人员发现一种分泌蛋白质的基因GDF5异变，是骨关
节炎的主要原因。
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发现儿童自闭症相关基因
发现自闭症病儿具有 的变异型ENGRAILED 2基因，是没有自闭症 的正常儿童所具有的 两倍，存在着统计学 上的显著差异。尽管 还不清楚是否变异 ENGRAILED 2基因本 身导致了自闭症，但 这明确表明一种相应 的基因或DNA变异与 自闭症相关联。
BT玉米的开发
苏云氏杆菌
产生毒害剂的基因 除害剂基因与质粒结合 基因重组
BT 玉米
含转基因的幼苗
植物细胞与重组基因 重组基因在细菌中
细菌共同培养
培养扩增细菌
二、基因工程的应用
2.2转基因动物
➢ 建立人类疾病的动物模型 ➢ 器官移植的动物供体 ➢ 作为生物反应器
转基因奶牛产促红细胞生成素 40多亿美元
不过这种技术费用高昂，不 太可能在发展中国家普及， 即使在美国也不是人人可以 负担得起。
然而，这可能形成一种“设 计婴儿”的风潮，导致将来 只有穷人的后代才会肥胖又 秃头，造成不同的“基因阶 级”。
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二、基因工程技术的应用
1.基因工程与人类医疗保健
1.3基因治疗
将正常基因转入患者机体内,取代致病的突变 基因表达所缺乏的基因产物,或通过基因调控 的手段,有目的地抑制异常基因表达或重新开 启已关闭的基因,达到治疗遗传病、肿瘤、艾 滋病、癌症的目的。
欢 迎 学 习 本 课 程，请 多 提 宝 贵 意 见！
基因工程原理和方法
基因工程原理与方法
第一章 基因工程绪论 第二章 基因工程的工具酶
第三章 基因工程的载体
第四章 基因工程的受体
第五章 基因克隆 第六章 外源基因的高效表达 第七章 植物基因工程 第八章 动物基因工程
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第一章 绪论
EcoRI
ori
EcoRI
Tcr
获得转化子
第二节 基因工程的诞生与发展史
二．基因工程的发展史
1. 基因工程的禁忌
2. 1974年 呼吁所有涉及重组DNA的实验应该暂
停
3. 1975年 只能使用试管中才能存活的实验细菌
进行
4. 1976年 严格禁止涉及致癌基因的重组DNA研
究
2. 基因工程的腾飞
1979年 宣布放松“守则”准许克隆病毒致癌基因 1982年 美国科学家育成超级鼠 1982年 基因工程产物人胰岛素进入市场 2021/6/7 1990年 首次基因治疗重度联合免疫缺陷症成功 21