02 基因工程讲义 02
基因工程专题知识讲座
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基因工程专题知识讲座
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5´ 内切酶 3´
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(recBCD)
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内切酶
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DNA侵扰 (recA)
基因工程专题知识讲座
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一、同源重组
发生在同源序列间重组称为同源重组 (homologous recombination)，又称基础重组。 是最基础DNA重组方式，经过链断裂和再连 接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或 双链片段交换。
以E.coli同源重组为例，了解同源重组机 制Holliday模型。
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DNA 5´
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Holiday中间体
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内切酶
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基因工程专题知识讲座
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第一节
高中生物基因工程课件
毒性和提高免疫原性。
基因工程疫苗的应用
03
预防传染病，如乙型肝炎疫苗、人乳头瘤病毒疫苗等，降低人
群发病率。
基因工程抗体
基因工程抗体的种类
包括单克隆抗体、双特异性抗体、人源化抗体等。
基因工程抗体的制备
通过基因工程技术克隆和表达抗体的重链和轻链可变区基因，与适 当的恒定区基因融合，在哺乳动物细胞中表达。
公众参与与透明度
加强公众参与和透明度，促进利益相关方的对话 和协商，共同制定符合各方利益的决策。
3
国际合作与协调
加强国际合作与协调，共同制定国际性的伦理准 则和法律法规，促进全球范围内的公平和平等。
谢谢
THANKS
生物固氮
通过基因工程技术将固氮基因转入植物，提高植 物的固氮能力，减少化肥使用。
生物农药
通过基因工程技术生产具有杀虫、杀菌作用的生 物农药，减少化学农药的使用。
基因编辑技术
利用基因编辑技术如CRISPR-Cas9等对作物进行 精确的基因改造，提高作物的抗逆性和产量。
05 基因工程与环境保护
CHAPTER
生物的遗传性状。
基因工程原理
基因工程基于分子生物学和遗传学 原理，通过改变生物体的基因组， 实现对生物性状的遗传改良。
基因工程操作步骤
基因工程的操作步骤包括基因克隆 、载体构建、受体细胞转化、基因 表达和产物分离纯化等。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源
基因工程的未来发展
基因工程起源于20世纪70年代，当时 科学家发现了限制性内切酶和DNA连 接酶，为基因操作提供了工具。
基因工程在土壤修复中的应用
土壤修复是指通过各种手段改善土壤质量，降低土壤污染 对环境和人体健康的影响。基因工程技术可以帮助我们培 育出具有特定功能的植物，用于土壤修复。
《基因工程说课》课件
CATALOGUE
目 录
• 基因工程简介 • 基因工程的基本技术 • 基因工程实验操作流程 • 基因工程的安全与伦理问题 • 未来展望
01
CATALOGUE
基因工程简介
基因工程的定义
基因工程是指通过人工操作将外源基因导入细胞或生物体内，以改变其遗传物质， 从而达到改良生物性状、生产生物制品或治疗遗传性疾病目的的技术。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它利用分子生物学和分子遗传学的原理和技 术，对生物体的遗传物质进行操作和改造。
基因工程的基本操作包括基因克隆、基因转移、基因表达和基因沉默等，这些技术 为人类提供了强大的工具来探索和利用生命系统的奥秘。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源可以追溯到20世纪70 年代初期，当时科学家们开始探索限制 性内切酶和DNA连接酶等基本工具，
健康风险
基因工程可能对人类健康产生负面 影响，如基因治疗中的副作用。
安全风险
基因工程可能被用于制造生物武器 或生物恐怖主义。
基因工程的伦理问题
人类基因编辑
基因资源与知识产权
基因工程应用于人类胚胎编辑可能引 发一系列伦理问题，如设计婴儿等。
基因资源属于全人类共享的遗产，涉 及知识产权和利益分配问题。
为基因操作奠定了基础。
1973年，美国科学家斯坦利·柯恩和赫 伯特·博耶利用限制性内切酶和DNA连 接酶，成功地将SV40病毒的DNA切割 并重新连接，从而实现了第一个重组
DNA分子。
自此以后，基因工程技术不断发展，逐 渐形成了完整的理论体系和技术体系， 并在医学、农业、工业和基础研究中得
到了广泛应用。
基因歧视
基因信息可能被用于歧视某些人群， 如保险、就业等方面。
《基因工程的原理》 讲义
《基因工程的原理》讲义一、什么是基因工程基因工程，简单来说，就是一种在分子水平上对基因进行操作的技术。
它就像是一把神奇的“分子剪刀”，能够让我们按照自己的意愿，对生物的基因进行剪裁、拼接和重组，从而创造出具有新特性的生物。
基因是生命的蓝图，它决定了生物的各种特征和功能。
而基因工程则为我们提供了一种直接干预和改变这些蓝图的手段。
通过基因工程，我们可以将一个物种的基因转移到另一个物种中，赋予后者原本不具备的特性。
二、基因工程的基本工具要实现基因工程，就需要一些特殊的工具，就像工匠需要合适的工具才能打造出精美的作品一样。
1、限制性内切酶限制性内切酶就像是一把极其精准的“分子剪刀”，能够识别特定的核苷酸序列，并在这个位置将 DNA 分子切断。
不同的限制性内切酶识别的序列不同，这使得我们能够在特定的位置对 DNA 进行切割，为后续的基因重组做好准备。
2、 DNA 连接酶当我们把基因片段切割下来之后，需要把它们重新连接起来。
这时候，DNA 连接酶就派上用场了。
它能够将两个 DNA 片段的末端连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。
3、载体基因片段很小，很难直接进入细胞发挥作用。
这时候就需要一个载体来帮忙，常见的载体有质粒、噬菌体和病毒等。
载体就像是一辆“小货车”，能够把我们需要的基因片段装载起来，并运输到目标细胞中。
三、基因工程的基本步骤1、目的基因的获取首先，我们要确定需要的基因，也就是目的基因。
这可以通过从生物的基因组中直接分离，或者利用 PCR 技术（聚合酶链式反应）进行扩增得到。
2、基因表达载体的构建将获取的目的基因与载体连接，构建成基因表达载体。
这一步就像是把货物装到货车上，并且要确保货物能够在货车上稳定存在，并且能够在合适的时候被卸载下来。
3、将目的基因导入受体细胞这一步就是要把装载着目的基因的载体“小货车”开到受体细胞里。
常用的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法等，对于动物细胞，可以采用显微注射法，对于微生物细胞，可以用感受态细胞法。
基因工程的原理和技术讲解培训课件
显微注射技术
提纯基因表达载体 体外显微注射入受精卵
受精卵移植
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1.将重组DNA导入植物细胞
农杆菌转化法 基因枪法
2.将重组DNA导入动物细胞 显微注射技术（最多、最有效） 3.将重组DNA导入微生物细胞 Ca2+处理，以增加细菌细胞壁的通透性。
第二节 基因工程的原理和技术
一、教学目标： 1.了解基因工程的基本原理。 2.描述重组DNA技术的基本步骤。 二、教学重点、难点： 基因工程的基本原理和基本操作步骤。
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一、基因工程处，的请联原系理网站和或本操人删作除。步骤：
原理：让人们感兴趣的基因（目的基因）在 宿主细胞中稳定和高效表达。 ①目的基因的获取； ②形成重组DNA分子； ③重组DNA 导入受体细胞；
C．①②③④
D．①②④⑥
3本.文基档因所工提供程的又信息叫仅基供因处参，考拼请之接联用系，技网不术站能。或作本为科人学删除依据。，请勿模仿；如有不当之 (1)在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之 一是：以目的基因转录的 信使RNA为模板，逆转录 成互 补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA(目的。基因)
酵母菌和动植物细胞等。
• 将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
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（1）将重组DNA导入植物细胞
农杆菌转化法 基因枪法
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《基因工程的原理》 讲义
《基因工程的原理》讲义一、什么是基因工程基因工程，简单来说，就是一种在分子水平上对基因进行操作的技术。
它就像是一个极其精细的“基因手术”，通过一系列的技术手段，对生物体的基因进行剪切、拼接、重组和改造，从而实现对生物遗传特性的定向改变。
要理解基因工程，首先得知道基因是什么。
基因是具有遗传效应的DNA 片段，它就像一个神秘的密码本，决定了生物体的各种性状，比如我们的外貌、身高、性格，甚至是容易患上某些疾病的倾向。
而基因工程的出现，让我们有了主动去解读和改写这个“密码本”的能力。
不再是被动地接受自然的遗传安排，而是能够按照我们的意愿，去塑造和优化生物的特性。
二、基因工程的基本工具就像进行任何一项复杂的工程都需要特定的工具一样，基因工程也有它必不可少的“工具包”。
1、限制性内切酶限制性内切酶，也被形象地称为“分子剪刀”。
它能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点将 DNA 分子切断。
就好像一把精准的剪刀，能够在长长的 DNA 链条上找到我们想要的位置，然后干净利落地剪断。
不同的限制性内切酶识别的核苷酸序列是不一样的，这就为我们在基因操作中提供了多种选择，能够根据具体的需求来剪切 DNA。
2、 DNA 连接酶有了剪断的操作，自然还需要把断开的 DNA 片段重新连接起来。
这时候就轮到 DNA 连接酶登场了，它像是一个“基因胶水”，能够把两个具有相同末端的DNA 片段连接在一起，形成一个完整的DNA 分子。
3、运载体当我们把想要的基因片段剪切并连接好之后，还需要一个“运输工具”把它们送到目标细胞中去，这个“运输工具”就是运载体。
常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
运载体就像是一辆辆小货车，它们能够携带我们精心准备的基因片段，顺利地进入到受体细胞中，并且能够在受体细胞中稳定地存在和复制。
三、基因工程的基本操作步骤1、目的基因的获取这是基因工程的第一步，也是关键的一步。
目的基因就是我们想要的那段具有特定功能的基因。
基因工程的基本内容优秀课件
特点：特异性。
即一种限制性内切酶只能识别一种特定 的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的切点上 切割DNA分子。
基因工程的基本内容优秀课件
（二）基因操作的工具
• 基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶） 大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别
2）用同一种限制酶切断目的基因，使其 产生相同的黏性末端。
3）将切下的目的基因片段插入质粒的切 口处，再加入适量DNA连接酶，形成 了一个重组DNA分子（重组质粒）
目的基因与运载体的结合过程，实际 上是不同来源的基因重组的过程。
基因工程的基本内容优秀课件
• 步骤二：目的基因与运载体结合
基因工程的基本内容优秀课件
1）反转录法：
目的基因的mRNA
以目的基因转录成的信 使RNA为模板，反转录 成互补的单链DNA，然 后在酶的作用下合成双 链DNA，从而获得所需 的基因。
反转录
单链DNA(cDNA)
合成
双链DNA (即目的基因)
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3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：
根据已知蛋白质的氨 蛋白质的氨基酸序列
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（二）基因操作的工具
• 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ 关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶 关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶 关键步骤三的工具：基因的运载工具——运载体
基因工程的基本内容优秀课件
（二）基因操作的工具
• 基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
2）植物细胞： 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管
基因工程课件
05
基因工程的伦理与法规问题
伦理问题
人类基因组编辑
尽管有可能治愈某些遗传疾病，但人类基 因组的编辑可能会带来不可逆转的后果，
对人类基因库产生长远影响。
A 基因歧视
基因工程可能导致基于基因信息的 歧视，特别是在就业、保险、教育
等领域。
B
C
D
生物安全与生物武器
基因工程可能产生具有高度传染性和杀伤 力的生物武器，对人类安全构成威胁。
法规执行困难
由于基因工程技术的复杂性和专 业性，法规的执行可能面临挑战 ，例如如何界定和处罚违规行为 。
跨国公司的监管
跨国公司在不同国家开展业务时 可能面临复杂的法律和监管环境 ，这可能对公司的运营和投资决 策产生影响。
06
未来展望与挑战
技术创新与发展趋势
基因编辑技术的优化
随着基因编辑技术的发展，未来有望实现更为精确和高效 的基因编辑，为基因治疗、生物育种等领域提供更多可能 性。
基因隔离
基因工程可能会加剧社会不平等，导致基 因“精英”与大多数人的隔离。
法规问题
缺乏全球统一的法规 目前尚无全球统一的基因工程法 规，各国对基因工程的监管存在 差异，这可能导致不公平竞争和 市场混乱。
公众参与和透明度 公众对基因工程的了解和参与程 度可能影响法规的制定和执行， 同时保证透明度也有助于维护公 众信任。
DNA上的特定位点并与之结 合，从而调节转录的效率和
时间。
表观遗传学
表观遗传学研究的是在不改 变DNA序列的情况下，通过 调节基因表达来实现遗传性 状的改变。这包括DNA甲基 化、组蛋白修饰和微RNA等 机制。
基因克隆与鉴定
克隆化
基因克隆是将目的基因插入到载体中并导入 到宿主细胞中，使目的基因在宿主细胞中复 制、扩增和表达的过程。
2-基因工程课件
切割位置
识别结构
5‘…G-C-T-G-A-A-T-T-C-G-A-G…3’ 3‘…C-G-A-C-T-T-A-A-G-C-T-C…5’
识别序列：限制性核酸内切酶在双链DNA上能够识
别的特殊核苷酸序列。（同分子中识别序列短的出 现几率大，反之亦然）
稀切酶：能够识别长序列及富集GC和AT的识别序列 （几率小）的内切酶。
第一节
基因工程概述
一、基因及其发展简史
二、基因工程涵义
三、基因工程的一般步骤
1、基因概念
基因是DNA分子上具有遗传效应的
特定核苷酸序列。
指导人体内重要物质蛋白质等的合 成，维持着人体的正常生理功能。 如果一个基因不正常，甚至基因中 一个非常小的片断不正常，就可以 引起发育异常、疾病，甚至死亡。
1973年由H.O Smith和D. Nathans提议的命名系统
由三部分构成，即菌系编号、菌株名、分离顺序。
（1）用属名的第一个字母（大写）和种名的前两个字母（小写） 组成的3个字母的略语表示寄主菌的物种名，斜体书写。
大肠杆菌（Escherichia coli）用Eco表示；
流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）用Hin表示。
6
5端
5端
磷酸二酯键
7
3端
3端
碱基处于螺 旋的内侧
2、基因发展简史
1865 孟德尔的豌豆实验
发现了遗传规律：
同对因子分离
异对因子自由组合
首次提出了“遗传因子”（即基因）
现代遗传学之父，奥地利生 物学家格雷戈尔· 孟德尔
基因工程课件
节能减排：利用 基因工程技术， 培育出能够高效 利用能源、减少 废气排放的微生 物，促进节能减 排。
保护生物多样性： 通过基因工程手 段，保护濒危物 种，维护生物多 样性，促进生态 系统的稳定和可 持续发展。
04
基因工程的安全性与伦 理问题
基因工程的安全性问题
基因治疗中可能出现的免疫 排斥反应
基因编辑技术可能带来的脱 靶效应
生物仿制药的研发与市场前景
农业改良
提高农作物的产量和品质 培育抗病、抗虫、抗旱等新品种 实现精准农业和智能化农业 促进农业可持续发展
生态环保
减少农药使用： 通过基因工程培 育抗病、抗虫的 农作物，减少农 药的使用，降低 对环境和人体的 危害。
治理污染：通过 基因工程技术， 将污染物降解的 酶基因导入微生 物中，实现对污 染物的生物降解 和治理。
基因工程是一种基于分子遗传学的技术 通过改变生物体的遗传物质来实现对生物性状的改良 基因工程的基本操作步骤包括基因克隆、基因表达和基因编辑 基因工程在医学、农业、工业等领域有着广泛的应用
基因工程的发展历程
基因工程的起源
基因工程的发展阶段
基因工程的应用领域
基因工程的前景展望
基因工程的应用领域
疾病治疗
基因治疗：通 过改变或修复 基因来治疗疾
病的方法
基因药物：利 用基因工程技 术生产能够治 疗疾病的蛋白
质药物
基因检测：通 过检测基因变 异来预测疾病 风险和指导治
疗
基因疫苗：利 用基因工程技 术生产的疫苗
来预防疾病
生物制药
基因工程在生物制药中的应用
重组蛋白药物的生产
基因治疗和细胞治疗的发展
违反法规的后果 与处罚措施
05
基因工程原理2
1.重组DNA技术:又称遗传工程，用人工手腕在体外改造，从头组合脱氧核糖核酸（DNA）分子，包括对DNA分子的精细切割、部份序列的去除、新序列的加入和连接、DNA分子扩增、转入细胞的复制繁衍、挑选、克隆、鉴定和序列测定等等，并使它们在适当的细胞中增殖的遗传操作。
这种操作可把特定的基因组合到载体上，并使之在受体细胞中增殖和表达。
2.遗传作图（genetic mapping）：是指应用遗传学技术构建能显示基因和其他序列待征在基因组上位置的图。
3.克隆：一个一路前体通过无性繁衍而形成的一群基因结构相同的细胞或个体。
对于基因克隆，则指一个基因反复扩增后产生的多个拷贝。
4.穿梭载体：在不同类型受体细胞(如酵母与细菌、细菌与动物细胞等)中都能够进行复制的克隆载体。
5.表观遗传（epigenetics）：是指DNA序列不发生转变，但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种改变是细胞内除遗传信息之外的其他可遗传物质发生的改变，且这种改变在发育和细胞增殖进程中能稳固传递。
途径是通过修饰基因、控制基因、蛋白质的功能和特性等；更能通过细胞周期及增值周期去影响基因转变的现象。
6.中心法则(genetic central dogma)：克里克于1958年提出的阐明遗传信息传递方向的法则，是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的进程。
也能够从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制进程。
这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。
在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的进程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充。
7.等位基因:在一对同源染色体的同一基因座上的两个不同形式的基因。
等位基因控制相对性状的显隐性关系及遗传效应。
8.焦磷酸测序：是一种基于聚合原理的DNA测序（肯定DNA中核苷酸的顺序）方式。
依赖于核苷酸掺入中焦磷酸盐的释放，而非双脱氧核苷三磷酸参与的链终止反映。