第五章 遗传和变异——生命特征的延续与发展

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• 动物基因工程，使动物获得人类所需的某些性 状；使动物具有可遗传的免疫力，对某些疾病 和不良环境产生抗性；生产对人类有价值的产 品—当前动物基因工程的主要方向。
–特异表达系统：乳腺表达系统，奶容易收集；奶中 的蛋白种类少，容易从中纯化所需的外源蛋白；饲 养的家畜奶的产量都不低。血液表达系统，血液采 集方便。
第五章 遗传和变异
• 基因 • 基因在遗传中的作用 • 生物的遗传变异与生物进化 • 遗传和优生 • 基因工程
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教学目的与要求
教学目的与要求：了解遗传因子的发现过 程，掌握基因的本质。掌握基因在生物遗传中 的作用。了解生物的遗传变异在生物进化中的 作用。了解遗传病的种类、诊断和基因治疗的 一般知识。了解基因工程的原理、基本内容和 应用。
– 将重组DNA分子转移到受体细胞内，并令其增殖
– 筛选获得了重组DNA分子的细胞。基因克隆，目 的基因得到大量扩增，而且来源于无性繁殖的同一 个细胞。
– 外源基因（目的基因）表达的检测
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– 第一类，涉及组合一种在自然界尚未发现的， 有产生病毒能力或带有抗菌素抗性基因的新型 有机体。
– 第二类，涉及将肿瘤病毒或其它动物病毒的 DNA引入细菌的实验。
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• 1975年，展开讨论：潜在危险的基因可能偶然逃 出实验室，或成功地寄生在实验工作者的肠道中， 从而导致某种灾难性的后果；过分担忧没有必要， 有危险可以防范，原核生物同真核生物接触，自然 合成重组体类型，没有在自然选择中取得优势。但 在如下三个问题上达成一致：
成本高。现用大肠杆菌生产治疗病毒感染和某些肿 瘤。
– 乙型肝炎疫苗 HBV通过血液传播。我国HBV携带 者至少有1亿人。HBV不能在组织培养细胞中生长， 以前乙肝抗原只能从病毒携带者的血清中分离加热
处理后制成疫苗，成本高，数量少。现用大肠杆菌 生产乙肝病毒的基因工程疫苗。我国wk.baidu.com普及。
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• 植物基因工程 ，培育优良品种，增加粮食产量、改 进粮食品质、减少化肥和农药的使用。
– 新发展的基因工程技术为解决生物、医学和社会问题展 开了乐观的前景。
– 新组成的重组DNA生物体的以外扩散，可能会出现不同 程度的潜在危险。采取防范措施，在严格控制条件下进 行必要的DNA重组实验。
– 目前进行的某些实验，即便在严格控制的条件下，其潜 在的危险性仍然很大。
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• 1976年，美国制定了“重组DNA研究准则”：禁止若 干类型的重组DNA实验，规定了实验的物理防护和生 物防护。物理防护，P1-P4（分别为普通、装备负压柜、 全负压实验室、专用试验楼）。生物防护EK1-EK3（分
– 抗虫作物 抗虫棉和抗虫玉米
– 抗旱植物 抗旱的烟草和番茄
– 改进农产品的品质 提高植物油中的不饱和脂肪酸含量， 增加谷类和豆类种子中的赖氨酸含量。兔毛棉花在我国 培育成功，棉花纤维的质量很好，具有兔毛般的光泽。
– 利用植物生产疫苗和抗体 表达动物蛋白的转基因植物， 生产小鼠抗体的烟草、生产人血清白蛋白的马铃薯和生 产人干扰素的萝卜。目前的热点是用植物来生产疫苗。 也许有一天，人们可以通过吃香蕉而不是打预防针来进 行爱滋病疫苗的接种。
• 开始是从事DNA重组研究的科学工作者担心，后来波及到 群众团体。
• 1973 年 ， 美 国 的 公 众 第 一 次 公 开 表 示 ， 担 心 应 用 重 组 DNA技术可能会培育出具有潜在危险性的新型微生物，而
给人类带来难以预料的后果。
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• 1974年，美国成立重组DNA咨询委员会， 担心重组DNA在人类及其它的生物体内传 播，因而有可能造成或扩大癌症及其它疾 病的发生范围，要求暂停两类的实验：
–基因动物生产的药有：人血红蛋白、人乳铁蛋白等。
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基因工程的方法步骤
• 包括以下5个步骤
– 目的基因的获得，人工合成、PCR法、利用基因杂 交从基因文库中筛选。
– 目的基因与载体DNA片段的体外连接，形成重组 DNA分子 。基因工程载体：目的基因的扩增需要 一种能在细胞中自主复制的载体。质粒（人工改 造）、噬菌体。
别为大肠杆菌在自然环境中一般都是要死亡的、在自然 环境中无法生存）
• 1976年发展出来第一个安全菌株EK12，χ1776菌株，营 养缺陷突变体、细胞壁十分脆弱。
• 1977年，首家专门制造和生产医疗药品的基因工程公司 成立。
• 发展证实，危险并不象担心的。迄今尚未发现重组 DNA危险事例。
• 1979年，允许使用病毒DNA进行重组实验。
• 1984年，美国公布了新条例，有所放宽。
• 1989年，批准了植物基因工a 程。
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基因工程研究进展和应用前景
• 微生物基因工程 ，微生物生长繁殖快、容 易大规模培养
– 人胰岛素 胰岛素是治疗胰岛素依赖性糖尿病的 唯一有效的药物。胰岛素由A、B两条链组成， 分别有21和30个氨基酸。500多万患者。以前 获得500g胰岛素需要800-1000kg的牛胰脏。 1978年，美国Genentech公司成功用大肠杆 菌表达了人的胰岛素基因。1982年美国FDA批 准基因工程胰岛素在美国销售。
教学重点与难点：基因的本质。基因在生物 遗传中的作用。遗传病
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基因工程
• 基因工程概述 • 基因工程的方法步骤 • 基因工程研究进展和应用前景 • 基因工程安全性 基因工程操作及其产品
安全性
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基因工程安全性 基因工程操作及其产品安全性
• 1971年，MIT（美国麻省理工学院）有人提出了将猴肾病 毒SV40DNA同λ噬菌体DNA重组，然后导入大肠杆菌细 胞的设想。反对的理由：带有病毒DNA的重组分子有可能 从实验室逸出，并随着大肠杆菌感染人类的肠道，其后果 将十分严重。 于是研究计划被搁置。
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– 生长激素 缺乏导致侏儒症。191个氨基酸的蛋白 质。生长激素有物种特异性，所以只能用人的生长
激素来治疗侏儒症。以前大多从尸体的脑垂体中获
得，来源非常有限。现在用大肠杆菌生产。我国正 在试产。
– 干扰素 一类抗病毒、抗肿瘤、同时具有免疫调节 功能的蛋白质。根据来源不同可分为α、β、γ三个 亚型。过去靠体外培养的人细胞来生产，产量低，