基因工程1 基因工程导论

Grifith认为那些加热杀死了的S型细菌的存在导致那些 活的R型细菌发生转化作用。后来，T.Avery进一步弄清了转 化因子的本质是（将S型的DNA加到R型培养物中，使R型转化
为S型。）1934年， T.Avery 在美国的一次学术会议上报道
了他的研究结果，证明了DNA是生物的遗传物质，也证明了 DNA可以把一个细菌的性状转化给另一个细菌。但这一超越 时代的科学成就在当时未得到公认，十年后才得到公开发表。 现在认为， T.Avery 的工作是基因工程的先导。
基因工程的基本过程：
（1）取得目的基因。途径有二： 从生物基因组中分离 人工合成 （2）在体外将带有目的基因的DNA片段，连接到能够自我复制 并具有选择标记的载体分子上，形成重组DNA分子。 （3）将重组DNA分子引入受体细胞（宿主细胞）。 （4）带有重组体的细胞扩增，获得大量的细胞繁殖群体（菌 落）。 （5）从大量携带重组体DNA分子的宿主细胞中分离出携带目的 基因的细胞。 （6）将选出的细胞克隆的目的基因进行进一步研究分析（亚 克隆），并设法使之实现功能蛋白的表达。
基因工程：是一项将一种生物的基因通过基
因载体运送到另一种生物的活细胞中，并使之 增殖（克隆）和行使正常功能（表达），从而 创造生物新品种或新物种的遗传学技术。
基因工程是把外源DNA（片段）引入受体细 胞进行扩增，实质上是从一个DNA片段增殖了 结构和功能完全相同的DNA分子群的过程。所 以基因工程也称为基因克隆（Gene Cloning） 或分子克隆（Molecular Cloning）。
特点：
基因工程（分子水平） 诱变育种（群体水平） 原生质融合（细胞水平）
1.2 基因工程的诞生
现在人们公认，基因工程诞生于1973年。现代分子 生物学领域理论上的三大发现及技术上的三大发明 对基因工程的诞生起到了推动作用。 1.2.1 理论上的三大发现 第一 ：40年代发现了生物的遗传物质是DNA（而不 是蛋白质）。早在1928年，F.Grifth 发现在肺炎球 菌中存在着转化作用（transformation）： 1）S品系 小鼠 死 2）R品系 小鼠 活 3）S加热杀死 小鼠 活 4）将2）+3） 小鼠 死
基因工程
第一章 导 论
1.1 基因工程研究的内容及基本过程
基因（Gene）：是DNA分子的一个区段，是一个含有
特定遗传信息的核苷酸序列，它是遗传物质的最小功能单 位（多数情况下，它编码一种完整的多肽链）。
克隆（Clone）：作名词使用时，是指从一个祖先通过
无性繁殖方法产生的后代（无性系），或具有相同遗传性 状的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体。 作动词使用时，是指从同一个祖先生产这类同一的DNA分 子群或细胞群的过程。
Berg和Cohen作为“助产士”，将基因工程工程接到 了人间。 1972年，美国斯坦福大学的P.Berg领导的研究小组， 在世界上第一次成功地实现了DNA体外重组，获得了包含 猿猴病毒SV40和λ DNA重组的杂种DNA分子（ECORI 酶切， T4 DNA连接酶缝合）。 Berg是重组DNA 或基因工程技术的创始人，1980年 获得Nobel奖。
第一：在细胞中发现了染色体外能自主复制的质粒。 第二：在大肠杆菌中发现了质粒转化系统（基因扩增、表 达）。 第三：发现了工具酶。
（1967年）DNA连接酶：参与DNA裂口的修复（缝纫针） （1970年）限制性核酸内切酶（手术刀） （1970年）逆转录酶：mRNA DNA，打破了中心法则， 使真核基因的制备成为可能(1975年获Nobel奖) 。至此基因 工程诞生的条件已经成熟。
以Nireberg等为代表的一批科学家，确定了遗传信息是 以密码方式传递的，每三个核苷酸组成一个密码子，代表 一个氨基酸。到1965年，全部破译了20种天然氨基酸的64 个密码(1968年获Nobel奖) ，提出了遗传信息从DNA RNA 蛋白质的中心法则，神秘的遗传现象在分子水平 上得到了揭示。
1.2.2 技术上的三大发明
1.3 基因工程的成就与展望
基因工程自诞生以来，取得一批突破性 成果，对医药卫生、农业、能源开发，环境 保护、食品工业等领域产生了巨大的影响。
1）生长激素释放抑制素（Somatostation)
由14个氨基酸组成的多肽激素，可抑制生长
素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，用于治疗肢端
肥大症和急性胰腺炎等。 用化学合成法生产，每克售价50000美元。 1977年，用大肠杆菌生产SMT获得了成功，价Cohen等人，也成功地进行 了一个体外重组实验，并实现了细胞间性状的转移。 PSC101质粒（抗四环素TC r） R6-3质粒（抗新霉素Ne r 和抗磺胺S r ) 分别用EcoR I切割后，连接成重组质粒，然后转化 到大肠杆菌中，在含Tc和Ne的平板中，选出了Tc r Ne r 的菌落。这是基因工程发展史上第一次实现重组体转化 成功的例子。这一年被定义为基因工程诞生的元年。
3）生长激素
由191个氨基酸组成，治疗侏儒症、肌肉萎缩症等。
以前只能从死人的脑下垂体中提取，价格很贵。
1979年，用基因工程技术使细菌生产人生长激素在美 国获得成功。用450斤发酵液得到的生长激素相当于从6 万个尸体的脑下垂体中提取的数量。要治疗一个脑下垂 体机能不全的儿童侏儒症，需要从50具尸体的脑下垂体 中提取的生长激素。1984年开始规模化生产。
第二：50年代弄清了DNA的双螺旋结构和半 保守复制机理。 Walson 和Crick在1953年提出了双螺旋 模型，认为基因是 DNA分子的一个区段， 这一发现标志着分子遗传学的真正开始。
第三：60年代确定了遗传信息的传递方式。 1961年，Monod 和Jacob提出了乳糖操纵子学说，揭示 了原核生物的基因调控机制。
2）胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药，可调节血糖平衡。从 动物胰脏提取胰岛素不能满足需求。 1978年，美国的Lilly 公司和Genentech公司合作， 将人胰岛素的二条肽链的基因引入大肠杆菌，产生A 链
和B链，经二硫健连接后形成人胰岛素。
用2000升培养液能生产100克胰岛素，相当于从一吨 猪胰脏中提取的量。1982年正式批准生产。