a生物工程前沿技术 ppt课件
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生物技术与工程课件ppt
总结词
细胞工程的主要技术包括细胞培养、细胞繁殖、基因编辑和细胞融合等。
详细描述
细胞培养是细胞工程的基础技术，通过提供适宜的体外环境，使细胞在体外进行生长和繁殖。基因编辑技术如 CRISPR-Cas9等，可以对细胞基因进行精确的编辑和改造，实现定向的遗传改良。细胞融合技术则是将不同种类 的细胞融合在一起，形成杂种细胞，以实现新的细胞特性的获得。
培养基的配制与灭菌
根据微生物的生长需求，配制适合的 培养基，并进行灭菌处理。
发酵条件的控制
通过调节温度、pH、溶氧等发酵条 件，优化微生物的生长和代谢。
产物分离与提取
利用物理、化学或生物分离技术，提 取和纯化发酵产物。
发酵工程的应用实例
酒精发酵
利用酵母菌进行酒精发酵，生 产乙醇。
抗生素生产
通过微生物发酵，生产抗生素 药物。
通过蛋白质工程研究细胞信号转导过程中的蛋白质相互作用和调控机制。
生物材料与组织工程
利用蛋白质工程设计和制备生物材料和组织工程支架，用于再生医学和组织修复。
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细胞工程的应用实例
总结词
细胞工程在医学、农业、工业等领域有着广泛的应用 ，例如药物研发、组织工程、疫苗生产等。
详细描述
在医学领域，细胞工程可以用于药物研发和生产，通过 大规模培养和繁殖特定细胞，可以生产出大量的药物或 疫苗。在农业领域，细胞工程可以用于转基因作物的研 发和生产，以提高作物的抗病性和产量。在工业领域， 细胞工程可以用于生物燃料的研发和生产，利用微生物 细胞生产燃料酒精和生物柴油等可再生能源。此外，细 胞工程还可以用于组织工程领域，通过培养和繁殖人体 细胞，可以用于修复和替换损伤的人体组织器官。
从生物材料中分离和纯化酶，是酶工程的 重要技术之一。常用的方法包括离心、过 滤、沉淀、萃取等。
细胞工程的主要技术包括细胞培养、细胞繁殖、基因编辑和细胞融合等。
详细描述
细胞培养是细胞工程的基础技术，通过提供适宜的体外环境，使细胞在体外进行生长和繁殖。基因编辑技术如 CRISPR-Cas9等，可以对细胞基因进行精确的编辑和改造，实现定向的遗传改良。细胞融合技术则是将不同种类 的细胞融合在一起，形成杂种细胞，以实现新的细胞特性的获得。
培养基的配制与灭菌
根据微生物的生长需求，配制适合的 培养基，并进行灭菌处理。
发酵条件的控制
通过调节温度、pH、溶氧等发酵条 件，优化微生物的生长和代谢。
产物分离与提取
利用物理、化学或生物分离技术，提 取和纯化发酵产物。
发酵工程的应用实例
酒精发酵
利用酵母菌进行酒精发酵，生 产乙醇。
抗生素生产
通过微生物发酵，生产抗生素 药物。
通过蛋白质工程研究细胞信号转导过程中的蛋白质相互作用和调控机制。
生物材料与组织工程
利用蛋白质工程设计和制备生物材料和组织工程支架，用于再生医学和组织修复。
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细胞工程的应用实例
总结词
细胞工程在医学、农业、工业等领域有着广泛的应用 ，例如药物研发、组织工程、疫苗生产等。
详细描述
在医学领域，细胞工程可以用于药物研发和生产，通过 大规模培养和繁殖特定细胞，可以生产出大量的药物或 疫苗。在农业领域，细胞工程可以用于转基因作物的研 发和生产，以提高作物的抗病性和产量。在工业领域， 细胞工程可以用于生物燃料的研发和生产，利用微生物 细胞生产燃料酒精和生物柴油等可再生能源。此外，细 胞工程还可以用于组织工程领域，通过培养和繁殖人体 细胞，可以用于修复和替换损伤的人体组织器官。
从生物材料中分离和纯化酶，是酶工程的 重要技术之一。常用的方法包括离心、过 滤、沉淀、萃取等。
《生物工程》课件
酶的稳定性
酶在一定的条件下可以保持 稳定，但在某些条件下可能 会失活。
酶工程的基本技术
01
酶的分离与纯化
通过物理、化学或生物的方法将 酶从原料中分离出来，并进行纯
化，得到高纯度的酶。
03
酶的修饰
通过化学或基因工程技术对酶进 行修饰，以提高其稳定性、改变 其催化特性或降低生产成本。
02
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在一定载体 上，使其保持活性并可重复使用
总结词
细胞工程的应用包括制备单克隆抗体、干细胞治疗、 转基因动物和植物的培育等。
详细描述
制备单克隆抗体是细胞工程的重要应用之一，通过杂 交瘤技术将免疫细胞与肿瘤细胞融合，制备出能够产 生单一抗体的杂交瘤细胞。干细胞治疗是利用干细胞 的分化能力，将干细胞移植到病变组织中，以修复和 替代受损的细胞和组织。转基因动物和植物的培育是 通过基因转移技术，将外源基因导入动物或植物的受 精卵中，培育出具有新性状的转基因动物或植物。
资源环境问题
生物工程在生产过程中可能产生环境 污染和资源浪费问题。
如何应对生物工程的挑战
加强伦理道德规范
制定严格的伦理道德规范，确保生物工程技 术的合理应用。
加强技术监管
建立完善的技术监管体系，防止技术误用或 滥用。
完善知识产权制度
制定合理的知识产权制度，保护创新成果， 促进技术转移转化。
推动可持续发展
04
CATALOGUE
酶工程
酶工程的定义与原理
酶工程的定义
酶工程是利用酶的催化性质 ，通过生物技术手段将原料 转化为有用物质的一门技术 。
酶工程的基本原理
酶是一种具有高效催化能力 的蛋白质，能够在温和的条 件下催化化学反应，具有高 度的专一性和选择性。
生物工程进展PPT课件
工业领域
生物催化、生物质能源、生物 材料等。
环保领域
废水处理、固体废物处理、生 态修复等。
基因工程进展
02
基因工程技术
基因克隆技术
通过将外源基因插入到载体中，实现基因的体外复制 和表达。
基因转录技术
利用逆转录酶将RNA逆转录成cDNA，实现基因的克 隆和表达。
基因表达技术
通过构建基因表达载体，将目的基因导入受体细胞， 实现基因的表达和调控。
细胞工程进展
03
干细胞研究
01
02
03
胚胎干细胞
具有发育的全能性，可分 化为任何类型的细胞，为 疾病治疗和组织修复提供 无限可能。
成体干细胞
存在于人体某些组织中， 具有多向分化潜能，可修 复受损组织。
诱导多能干细胞
通过特定因子诱导成熟细 胞逆转为多能干细胞，为 疾病研究和治疗提供新的 途径。
细胞培养与细胞分化
要点二
生物材料的进展
随着科技的不断进步，新型生物材料不断涌现，如可降解 材料、纳米生物材料等，为生物工程领域的发展提供了更 多可能性。
生物反应器的设计与优化
生物反应器的设计
生物反应器是生物工程中的重要设备，其设计需要考 虑多种因素，如微生物或细胞的生长特性、反应条件 等。
生物反应器的优化
为了提高生物反应器的效率和稳定性，需要对其进行 优化，如改进反应器结构、优化操作参数等。
组织工程
组织工程的基本原理
利用生物材料、细胞和生物反应器等技术构建人体组织和器官。
组织工程的应用
用于修复和替换受损的组织和器官，如人工关节、皮肤等。
酶工程进展
04
酶的筛选与改造
酶的筛选
从微生物、动植物等生物资源中筛选具有特定催化功能的酶，是酶工程研究的重要基础。随着基因组 学和蛋白质组学的发展，高通量筛选技术为酶的筛选提供了有力支持，能够快速发现新的酶。
生物科学前沿ppt课件
⑥《NEW PHYTOLOGIST 》
⑦ 《 PLANT BIOTECHNOLOGY JOURNAL》 ⑧ 《植物学报》
⑨ 《生态学报》
⑩ 《遗传学报》
⑩ 《动物学报》 ⑩ 《生理学报》
专题 一
植物学研究新进展
植物学研究趋势与进展
植物通过提供基本的营养、能量等维持人类的健康，是 人类赖以生存的根本。 面对世界人口的日趋增长（2050年，世界人口的数量 将从目前的60亿增加到90亿），日益增长的世界需求，深入 地了解植物的发育和生长对世界的未来至关重要。
贮藏蛋白
（4）目前植物系统进化与分类热门议题：
（1）植物分类，资源采集和数据库建立； （2）系统发育学，系统发育基因组学； （3）生物地理学和谱系地理学；
（4）物种形成，杂交和适应进化；
（5）分子进化，进化遗传学，进化基因组学和进化发育。
…….
2.植物传粉机制研究进展
传粉（pollination）：成熟花粉从雄蕊花药或小孢子囊中散。
黄花大苞姜适应于花粉流动的自花授 粉机制在花的形态和开花特征上都有 所变化。花粉成油质粘液浆状，由粘 丝连接成链珠状。花粉粒表面光滑并 延长成长椭圆球形。柱头呈扁喇叭形， 其中与花药紧贴面凹陷，较其他地方 位臵低，有助于花粉浆团流入其中。 柱头上和花药面均长有毛，朝向柱头 方向，有助于引导花粉浆团流向柱头。
课程内容：
生物科学研究进展
专题 1 专题 2 专题 3 专题 4 植物学研究进展 遗传学研究进展 生理学研究进展 生态学研究进展
专题 5
专题 6 专题 7 专题 8
微生物研究进展
神经生物学研究进展 动物学研究进展 发育生物学研究进展
专题 9
专题10 专题11 专题12
《生物工程》PPT课件
该技术的基本原理是植物细胞的全能性。珊已得到 广泛的应用。如繁殖名贵优良的农作物品种，培养脱毒 苗等。
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17
细胞工程的应用
• ３、试管婴儿
是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工 提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精， 并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其 移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞 生。
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23
细胞工程应用例1、多莉羊答案3
⑶白色、多莉羊的全部核 基因来自白色绵羊。
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24
细胞工程应用例1、多莉羊答案4
⑷全能性
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25
细胞工程应用例1、多莉羊答案5
⑸保护濒危物种，繁育优育 品种，医学上克隆器官等。
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26
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27
9
•酶工程的内容
酶的生产、提取和分离纯化
制成酶制剂 直接利用
制成固定化 酶后利用
酶制剂生产
用于治疗疾病 用于加工和生产
一些产品 用于化验诊断和
水质监控 用于生物工程其
他分支领域
酶制剂的应用
应用
糖尿试纸 酶传感器
葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶， 无色化合物
固定化酶膜，变化器
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10
发酵和发酵工程的概念
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13
微生物的生长
调整期：体积增大，合成微生物所需要的各 种酶、ATP
及细胞组成成分（初级代谢产物）
对数期：细胞数目以等比数列的形式增加，
获得菌种
稳定期：微生物数量最多，获得次级代谢产
物的时期
衰亡期：细胞出现畸形，多种形态，开始裂
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17
细胞工程的应用
• ３、试管婴儿
是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工 提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精， 并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其 移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞 生。
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23
细胞工程应用例1、多莉羊答案3
⑶白色、多莉羊的全部核 基因来自白色绵羊。
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细胞工程应用例1、多莉羊答案4
⑷全能性
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细胞工程应用例1、多莉羊答案5
⑸保护濒危物种，繁育优育 品种，医学上克隆器官等。
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9
•酶工程的内容
酶的生产、提取和分离纯化
制成酶制剂 直接利用
制成固定化 酶后利用
酶制剂生产
用于治疗疾病 用于加工和生产
一些产品 用于化验诊断和
水质监控 用于生物工程其
他分支领域
酶制剂的应用
应用
糖尿试纸 酶传感器
葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶， 无色化合物
固定化酶膜，变化器
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10
发酵和发酵工程的概念
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13
微生物的生长
调整期：体积增大，合成微生物所需要的各 种酶、ATP
及细胞组成成分（初级代谢产物）
对数期：细胞数目以等比数列的形式增加，
获得菌种
稳定期：微生物数量最多，获得次级代谢产
物的时期
衰亡期：细胞出现畸形，多种形态，开始裂
《生物工程技术》PPT课件
1、生物工程技术在品种改良中的应用.
〔1〕细胞技术：
理论依据："全能性",把植物体的某个器官, 甚至单个细胞分离出来后单独培养都能 分化再生出完整植株,
"变异频率"比传统的用物理、化学方法 要高, 实现"短、平、快"育种,常规育种 比较"慢".
目前已育成投产的：玉米和烟草抗除草 剂的种子,我国在作物育种细胞技术方面 处于世界领先行列,已有明显效益的有以 下几种：
胚状体可从悬浮培养的单细胞得到,也可 通过试管培养的愈伤组织、花粉或胚囊 而获得.胚状体一般在培养物的表面产生, 共形状与合子胚类似,但胚状体却是无性 繁殖的产物.
自从1968年F· C·斯图尔德和J·赖尔 特分别对胡箩卜诱导出了胚状体,30多年 来约在200多种植物上培养出了胚状体 .
我国利用组织培养法已成功地在烟草、 水稻、小麦、 玉米、甘蔗、棉花等作物 上诱导出了胚状体.将胚状体包埋在一个 能提供营养的胶质种衣里,便成了所谓的 "人工种 子".
如美国用转基因烟草表达出天花粉蛋白,用 于治疗艾滋病,
韩国用转基因植物质产胰岛素.
欧洲一些国家研究用植物生产干扰素.
2、生物工程技术在良种繁育中的应用
〔1〕快速繁殖
〔2〕人造种子：
人工种子是人们模仿天然种子结构制造出 来的生命有机体,它能象种子一样萌发再 生,长成植物.人工种子的核心"部件"是一 个被外层物包埋的具有类似种胚功能的 胚状体.胚状体不同于一般的种子胚.种胚 是由该植物雌雄配子融合后形成的合子 细胞进一步分化形成的,是种子的生命所 在.而胚状体是由非合子细胞分化形成的 类似于胚的结构,所以,又称"体细胞胚"、 "不定胚"或"花粉胚".
Biotechnology-生物工程 PPT课件
DNA Sequencing: Determining the Order of Nucleotides
DNA sequence for gene from cress plant
Arrows show differences in DNA sequences related to inherited breast cancer
restriction enzyme
Each bacterial cell carries a different recombinant plasmid
Tools for Producing Recombinant DNA
Probe: sequence of DNA that is complementary to the gene of interest; Used to locate a copy of the gene by hybridization
AGCTTAGCGAT TCGAATCGCTA
Denature DNA by heating Add Probe Probe Binds to gene
AGCTTAGCGAT AATCGC TCGAATCGCTA
Using the Probe to Find the Gene of Interest
Applications of Biotechnology Transgenic Bacteria
Use of the Restriction Enzyme Bam H1
5’— G G A T C C — 3’ 3’— C C T A G G — 5’ Results in
sticky end
5’— G 3’— C C T A G
sticky end
DNA sequence for gene from cress plant
Arrows show differences in DNA sequences related to inherited breast cancer
restriction enzyme
Each bacterial cell carries a different recombinant plasmid
Tools for Producing Recombinant DNA
Probe: sequence of DNA that is complementary to the gene of interest; Used to locate a copy of the gene by hybridization
AGCTTAGCGAT TCGAATCGCTA
Denature DNA by heating Add Probe Probe Binds to gene
AGCTTAGCGAT AATCGC TCGAATCGCTA
Using the Probe to Find the Gene of Interest
Applications of Biotechnology Transgenic Bacteria
Use of the Restriction Enzyme Bam H1
5’— G G A T C C — 3’ 3’— C C T A G G — 5’ Results in
sticky end
5’— G 3’— C C T A G
sticky end
《生物工程技术》课件
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基因治疗
利用基因工程技术将正常的基因导入病变细胞中，以补偿缺陷或异 常的基因，从而达到治疗疾病的目的。
03
细胞工程
细胞工程的定义与原理
总结词
细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，通过细胞水平的操作，在细胞整体、亚细胞及 分子水平上改变生物遗传与表达性状，以获得新物种或新品系的现代生物技术。
通过调控基因的表达水平来改变生物 体的性状，包括启动子选择、增强子 利用等手段。
基因工程的应用实例
转基因作物
通过将抗虫、抗病、抗除草剂等外源基因导入作物中，培育出抗 逆性更强、产量更高、营养价值更丰富的转基因作物。
转基因动物
通过基因工程技术将外源基因导入动物体内，实现对其性状的改良 或创造新性状，如转基因猪、转基因牛等。
06
蛋白质工程
蛋白质工程的定义与原理
总结词
蛋白质工程的定义与原理
VS
详细描述
蛋白质工程是通过基因工程技术对蛋白质 的氨基酸序列和结构进行设计和改造，以 达到改善蛋白质性能或创造新蛋白质的目 的。其原理基于基因工程和蛋白质结构与 功能关系的研究，通过改变基因序列来改 变蛋白质的结构和功能。
蛋白质工程的基本技术与方法
细胞工程的应用实例
总结词
细胞工程的应用广泛，包括新品种的培育、生物制药 、基因治疗、组织工程等领域。
详细描述
在农业上，通过细胞工程可以培育出抗逆性更强、品 质更优良的农作物新品种，提高农业生产效率。在生 物制药方面，细胞工程可以用于生产高纯度、高质量 的药物，如单克隆抗体、疫苗等。基因治疗则是通过 将正常基因导入病变细胞，纠正或补偿缺陷基因引起 的疾病。组织工程则利用细胞培养和生长因子等手段 ，构建出具有生理功能的组织或器官，用于移植治疗 。
生物工程技术ppt课件
二、生化工程的研究进展 20世纪初, 微生物产品有所发展,但主要属于初 级代谢产物, 厌气发酵, 设备也相对简单（乳酸， 乙醇，丙酮）。 • 20世纪40年代初抗生素工业的兴起，标志着 发酵工业进入了一个新阶段。特点是好气发酵, 产物结构复杂,次级代谢物, 培养液含量低,无菌 条件高.反映生物和化工相交叉的学科--生化工 程诞生（青霉素案例）
•
生物工程则是（biotechnology，又称生物技术）是应用生物体 （包括微生物，动物细胞，植物细胞）或其组成部分（细胞器 和酶），在最适条件下，生产有价值的产物，或进行有益的过 程技术。以生命科学为基础。
现代生物技术包括基因工程，细胞工程，酶工程，生化工程， 蛋白质工程和发酵工程
2019 1
•
三、生化工程的定义 • 研究“利用生物催化剂(酶或细胞)从事生物技 术产品的生产过程”的工程科学。 • 将工程原理应用于设计、开发和分析生物过程 的科学。 • 生物反应工程是化学工程与生物技术的交叉学 科。是应用化学工程的原理与方法将生物技术的 实验室成果进行工业开发的一门学科。
目前生物化工的发展速度显然不能适应生物技术产业化的 飞速发展。生物化工面临着改造传统产业和发展生物高技 术产业的双重任务。加强生物技术的研究开发，大力发展 生物化工不仅是化学工业自身发展的需要，也是生物技术 产业化的保证。
2019
-
18
四、生化工程的主要内容 酶反应动力学
生化反应动力学
2019 24
六、生化工程常见的工业微生物
1、细菌（bacteria）分布广，数量多，与人的关系密切。按 其形态分为球菌、杆菌和螺旋菌。其中发酵工业中常用的 为杆菌。包括醋酸杆菌属（Acetobacter）, 乳酸杆菌属 （Lactobacillus）, 芽孢杆菌属（Bacillus）, 如枯草 芽孢杆菌（Bacillus subtilis）可生产α-淀粉酶和蛋白 酶和5’-核苷酸酶等。梭菌属（Clostridium）如丙酮-丁 醇的梭状芽孢杆菌（Clostridium acetobutylium）。 大肠杆菌（Escherichia coli）：判断食品被动物排泄物污 染的可能，公共卫生的重要指标。在工业上利用大肠杆菌 的谷氨酸脱羧酶进行谷氨酸定量分析。利用大肠杆菌制取 天冬氨酸、苏氨酸和缬氨酸。医药方面用大肠杆菌制造治 疗白血病的天冬酰氨酶，基因工程菌。产氨短杆菌 （Brevibacterium ammoniagenes）：短杆菌属，为氨基 2019 25 酸、核苷酸和酶法生产辅酶 A的菌种。
a生物工程前沿技术
4
↑公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面（某金字塔壁画）
丰富多
彩的酒
文化
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5
( Edward Jenner,1749~1823 )首创 用牛痘预防天花，是免疫学的发 展，开创了预防医学的先河。
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6
1676年荷兰人 A.Leeuwenhoek用自磨镜片，创 造了一架原始显微镜，生物工 程进入微观形态学发展阶段。
克隆技术的发展
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46
克隆技术
❖克隆来源与英语“clone”或 “cloning”的音译，曾译为无 性生殖或无性繁殖，即由同一个 祖先细胞分裂而形成的纯细胞系 ，这个细胞系每个细胞的基因彼 此是相同的。
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47
克隆技术的发展
❖第一个发展时期——微生物克隆。
❖第二个发展时期——生物技术克隆。
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7
现代生物工程
Modern Bioengineering
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8
分类——按研究内容划分
酶工程
基因工程
生物 工程
细胞工程
发酵工程
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9
基因工程
1、基因工程的概念
基因工程是分子遗传学和工程技术结合的 产物。是现代生物技术的核心，它能按人类需 要，把遗传物质DNA分子从生物体中分离出 来，进行剪切、组合、拼装，合成新的DNA分 子。再将新的DNA分子植入某种生物细胞中， 使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表 达。以达到定向改造或重建新物种的目的。
（酶工程） 商品生产
“工程菌”（或“工程细胞 株”）③ 微生物工程
④ 酶工程
⑤ 生物反应器工程
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生物工程
前沿与热点
罗静
上海技术物理所 2004.10.24
生物工程的历史 ——学科雏形
微生物发酵 丰 富 多 彩 的 酒 文 化
❖ 远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成 了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒
( Edward Jenner,1749~1823 )首创 用牛痘预防天花，是免疫学的发 展，开创了预防医学的先河。
❖ 2000年4月6日，美国Celera遗传信息公司 宣布，该公司已破译出一名实验者的完整 遗传密码。
❖ 2000年5月，科学家聚集美国冷泉港，宣 布人类基因组草图的完成。
6国科学家组成的国家人类基因组 中心主要研究比例
❖ 美国：WASH＆MIT等7家研究中心，贡献率为54％。
❖ 英国：SANGER一家研究中心，贡献率为33％。
❖ 例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨 髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植 时所致的瘤细胞（尤其是白血病细胞）污染。
克隆技术的发展
克隆技术
❖克隆来源与英语“clone”或 “cloning”的音译，曾译为无 性生殖或无性繁殖，即由同一个 祖先细胞分裂而形成的纯细胞系 ，这个细胞系每个细胞的基因彼 此是相同的。
它包括体细胞融合、核移植、细胞器摄 取和染色体片段的重组等。
细胞工程
操作水平：细胞整体水平或细胞器水平 目的：定向改变遗传物质或获得细胞产品。
2、细胞工程的理论基础——细胞全能性 依据——生物体的每一个干细胞都包含有 该物种所特有的全套遗传物质。
3、主要技术 植物 细胞 工程 技术
动物 细胞 工程 技术
按发育状态
•胚胎干细胞 •成体干细胞
干细胞的用途
❖ 治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。 ❖ 以干细胞为种子培育成某些组织和器
官，用于移植医学。 ❖ 抗衰老，延年益寿。
去核胚胎干细胞
组装胚胎干细胞
核移植
组织干细胞
体 外 诱 导 培 养
干细胞工程
各种组织器官
干细胞治疗的进展
❖ 科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生 命”的有效的疾病治疗手段。
❖ 日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为7％。
❖ 法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为2.8％。
❖ 德国：IMB等3家研究中心，贡献率为2.2％。
❖ 中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究
❖
中心等三家，贡献率为1％。
二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
人类基因组研究结论
❖ 克隆羊的诞生，预示着动物将成为 人类的药物制造厂。
从一个6岁母绵羊普通的组织 细胞（体细胞）中提取遗传物质， 和一个无DNA遗传物质但具有活性 的另一只母绵羊的卵细胞进行电击融 合，然后将结合后的新细胞经试管分 裂。形成胚胎后再移植到第三只母绵 羊子宫内生长。然后产出与第一只绵 羊一样的羊。
❖人类基因组包括分布于人46条染色体的 30,000-35,000个基因。
❖人类基因组计划最终目的是测定基因组的全 部序列，弄清整个基因组的的结构、功能及其 表达产物，彻底了解人类生命活动本质。
人类基因组计划的意义
❖ 这一计划的科学意义重大，可与产生原子 弹的曼哈顿工程和人类登月阿波罗飞行任 务相媲美，是当前国际生物学、医学领域 内一项引人注目的工程，是人类自然科学 史上最重大的研究项目之一，将推动整个 生命科学的发展。
1. 基因数量少得惊人 2. 人类基因组中存在“热点”和大片
“荒漠” 3. 三分之一为“垃圾”DNA 4. 种族歧视毫无根据 5. 男性基因突变比例更高
人类基因组计划1%测序中国实验室
后基因组时代序幕拉开
哈佛大学科学家麦克贝斯说，人 类基因组图谱并没有告诉我们所有基 因的“身份”以及它们所编码的蛋白 质。人体内真正发挥作用的是蛋白质， 蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块” 角色，其中可能藏着开发疾病诊断方 法和新药的“钥匙”。
1676年荷兰人 A.Leeuwenhoek用自磨镜片，创 造了一架原始显微镜，生物工 程进入微观形态学发展阶段。
现代生物工程
Modern Bioengineering
分类——按研究内容划分
酶工程
基因工程
生物 工程
细胞工程
发酵工程
基因工程
1、基因工程的概念
基因工程是分子遗传学和工Байду номын сангаас技术结合的 产物。是现代生物技术的核心，它能按人类需 要，把遗传物质DNA分子从生物体中分离出 来，进行剪切、组合、拼装，合成新的DNA分 子。再将新的DNA分子植入某种生物细胞中， 使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表 达。以达到定向改造或重建新物种的目的。
基因工程
操作水平：DNA分子水平 目的：定向改变遗传物质或获得基因产物。
2、基因工程的理论基础
1）物质基础——脱氧核苷酸 2）结构基础——规则的双螺旋结构 3）中心法则，共用一套遗传密码
细胞工程
1、细胞工程的概念
利用细胞融合技术把含有不同遗传物质 的细胞合成杂种细胞。并使之分裂生长成为 杂种生物。
人类基因组计划的启动
❖ 1985年，美国能源部提出，要将共包含约 3×109碱基对的人类基因组全部碱基序列 分析清楚；
❖ 1986年，美国宣布启动“人类基因组计划 （Human Genome Project, HGP）”。
人类基因组计划的发展
❖ 1999年12月1日，首条人类染色体完成测 序，人类第22号染色体DNA全序列测定宣 布完成。
发酵工程
1、发酵工程的概念 发酵工程是利用微生物的某些特定功
能，通过技术手段使之生产人类需要的代 谢物。以高效率的进行物质转化。
发酵工程包括：用微生物发酵生产产 品，如酿酒。用微生物分解有害物质; 细菌 选矿和细菌冶金等等！
发酵工程
目的——定向地改造菌种,大量生产微生物 菌体或代谢产物
2、发酵工程的技术要点
Chromosome 染色体 Karyotype 染色体组型
基因(Gene)
❖ 基 因 （ gene ） 是 1909 年 丹 麦 生 物 学 家 W.Johannsen根据希腊文“给予生命”之 意创造的。
❖ 一个基因就是能够编码一个蛋白质分子 的一个DNA或一个RNA片段
生物学进入基 因组 (Genome)时代
植物体细胞杂交 植物组织培养 动物细胞融合 动物细胞培养 单克隆抗体技术 核移植 胚胎移植
异种 植物 细胞
异种 动物 细胞
植物体细 动物细
胞杂交
胞融合
杂种细胞
植物组 织培养
动物细 胞培养
转基因 动物细 植物 胞群
体细 胞细 胞核
去核 卵细 体外 胞 受精
核移植 重组细胞 受精卵
早期胚胎 胚胎移植 克隆动物 试管婴儿
菌种的选育 ——诱变育种、基因工程、 细胞工程
环境条件控制——营养、PH、温度、溶氧等
3、流程
改造物种
发酵工程
（酶工程） 商品生产
常规菌(或常规细胞株) ①遗传工程 ② 细胞工程
“工程菌”（或“工程细胞 株”）③ 微生物工程
④ 酶工程 ⑤ 生物反应器工程
经济效益 大量产品 社会效益
生态效益
酶工程
干细胞研究与发展前景
长期以来，人类一直在研究和寻找能治 愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。 随着现代科学技术的发展，尤其是干细胞的 研究，人类的这些幻想正在逐步变成现实。 1998年，美国《科学》杂志将干细胞的研究 成果列在十大科学进展的首位。
细胞是机体组成的基本单位
细胞
细胞群
组织
机体
干细胞的定义
酶工程是利用酶的特异催化功 能，在常温长压下将一种物质转化 为另一种物质，以获得高纯度的适 用之物。
该技术包括各种酶的开发和生 产。酶的分离和纯化技术等。
酶工程用于食品工业很有效。 啤酒、酱油、葡萄糖等都可用酶工 程生产。
现代生物工程热点
人类基因组计划（HGP） 干细胞研究与发展前景 克隆技术的发展
人类基因组计划
Human Genome Project
染色体（Chromosome）
❖由于细胞中的DNA大部分在染色体 上，所以说遗传物质的主要载体是 染色体。染色体的化学成分主要是 蛋白质和DNA，其中 DNA含量稳定， 是主要的遗传物质。
❖各种生物的染色体有一定的数目、形 状和大小，人染色体有46条。
干细胞（Stem cell）即起源细胞。在细 胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而 完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。 机体在发展适应过程中为了弥补这一不足， 保留了一部分未分化的原始细胞。
因此，干细胞是一类具有自我更新和分 化潜能的细胞。
干细胞的分类
按分化潜能
❖ 全能干细胞
❖ 多能干细胞
❖ 单能干细胞
生物工程的个体应用
个体应用
❖ 转基因树的应用前景
❖ “金米”的故事
❖ 生物技术可以让世界丰衣足食
❖ 植入牵牛花基因，西红柿能防癌了
❖ 梦幻之畜――转基因动物 ❖ ……
留给我们的思考
1、生态灾难 转基因生物大规模释放到环境中，可能会 有基因扩散、生长失控、危害其他生物、 物种异化和产生病毒等。
2、未来的阴影 转基因活生物体及其产品作为食品，可能 对人体产生某些毒理作用和过敏反应。例 如，转入的生长激素类基因就有可能对人 体生长发育产生重大影响。由于人体内生 物化学变化的复杂性，有些影响还需要经 过长时间才能表现和监测出来。
谢 谢!
克隆技术的发展
❖第一个发展时期——微生物克隆。 ❖第二个发展时期——生物技术克隆。 ❖第三个发展时期——动物克隆。
克隆羊多利（Dolly）的诞生
❖ 1997年12月，英国Roslin研究所克 隆羊多利（Dolly）的诞生揭示一个 全新概念：由成年机体的一个体细 胞核，可以复制一个基因完全相同 的新生命个体。
前沿与热点
罗静
上海技术物理所 2004.10.24
生物工程的历史 ——学科雏形
微生物发酵 丰 富 多 彩 的 酒 文 化
❖ 远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成 了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒
( Edward Jenner,1749~1823 )首创 用牛痘预防天花，是免疫学的发 展，开创了预防医学的先河。
❖ 2000年4月6日，美国Celera遗传信息公司 宣布，该公司已破译出一名实验者的完整 遗传密码。
❖ 2000年5月，科学家聚集美国冷泉港，宣 布人类基因组草图的完成。
6国科学家组成的国家人类基因组 中心主要研究比例
❖ 美国：WASH＆MIT等7家研究中心，贡献率为54％。
❖ 英国：SANGER一家研究中心，贡献率为33％。
❖ 例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨 髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植 时所致的瘤细胞（尤其是白血病细胞）污染。
克隆技术的发展
克隆技术
❖克隆来源与英语“clone”或 “cloning”的音译，曾译为无 性生殖或无性繁殖，即由同一个 祖先细胞分裂而形成的纯细胞系 ，这个细胞系每个细胞的基因彼 此是相同的。
它包括体细胞融合、核移植、细胞器摄 取和染色体片段的重组等。
细胞工程
操作水平：细胞整体水平或细胞器水平 目的：定向改变遗传物质或获得细胞产品。
2、细胞工程的理论基础——细胞全能性 依据——生物体的每一个干细胞都包含有 该物种所特有的全套遗传物质。
3、主要技术 植物 细胞 工程 技术
动物 细胞 工程 技术
按发育状态
•胚胎干细胞 •成体干细胞
干细胞的用途
❖ 治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。 ❖ 以干细胞为种子培育成某些组织和器
官，用于移植医学。 ❖ 抗衰老，延年益寿。
去核胚胎干细胞
组装胚胎干细胞
核移植
组织干细胞
体 外 诱 导 培 养
干细胞工程
各种组织器官
干细胞治疗的进展
❖ 科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生 命”的有效的疾病治疗手段。
❖ 日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为7％。
❖ 法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为2.8％。
❖ 德国：IMB等3家研究中心，贡献率为2.2％。
❖ 中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究
❖
中心等三家，贡献率为1％。
二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
人类基因组研究结论
❖ 克隆羊的诞生，预示着动物将成为 人类的药物制造厂。
从一个6岁母绵羊普通的组织 细胞（体细胞）中提取遗传物质， 和一个无DNA遗传物质但具有活性 的另一只母绵羊的卵细胞进行电击融 合，然后将结合后的新细胞经试管分 裂。形成胚胎后再移植到第三只母绵 羊子宫内生长。然后产出与第一只绵 羊一样的羊。
❖人类基因组包括分布于人46条染色体的 30,000-35,000个基因。
❖人类基因组计划最终目的是测定基因组的全 部序列，弄清整个基因组的的结构、功能及其 表达产物，彻底了解人类生命活动本质。
人类基因组计划的意义
❖ 这一计划的科学意义重大，可与产生原子 弹的曼哈顿工程和人类登月阿波罗飞行任 务相媲美，是当前国际生物学、医学领域 内一项引人注目的工程，是人类自然科学 史上最重大的研究项目之一，将推动整个 生命科学的发展。
1. 基因数量少得惊人 2. 人类基因组中存在“热点”和大片
“荒漠” 3. 三分之一为“垃圾”DNA 4. 种族歧视毫无根据 5. 男性基因突变比例更高
人类基因组计划1%测序中国实验室
后基因组时代序幕拉开
哈佛大学科学家麦克贝斯说，人 类基因组图谱并没有告诉我们所有基 因的“身份”以及它们所编码的蛋白 质。人体内真正发挥作用的是蛋白质， 蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块” 角色，其中可能藏着开发疾病诊断方 法和新药的“钥匙”。
1676年荷兰人 A.Leeuwenhoek用自磨镜片，创 造了一架原始显微镜，生物工 程进入微观形态学发展阶段。
现代生物工程
Modern Bioengineering
分类——按研究内容划分
酶工程
基因工程
生物 工程
细胞工程
发酵工程
基因工程
1、基因工程的概念
基因工程是分子遗传学和工Байду номын сангаас技术结合的 产物。是现代生物技术的核心，它能按人类需 要，把遗传物质DNA分子从生物体中分离出 来，进行剪切、组合、拼装，合成新的DNA分 子。再将新的DNA分子植入某种生物细胞中， 使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表 达。以达到定向改造或重建新物种的目的。
基因工程
操作水平：DNA分子水平 目的：定向改变遗传物质或获得基因产物。
2、基因工程的理论基础
1）物质基础——脱氧核苷酸 2）结构基础——规则的双螺旋结构 3）中心法则，共用一套遗传密码
细胞工程
1、细胞工程的概念
利用细胞融合技术把含有不同遗传物质 的细胞合成杂种细胞。并使之分裂生长成为 杂种生物。
人类基因组计划的启动
❖ 1985年，美国能源部提出，要将共包含约 3×109碱基对的人类基因组全部碱基序列 分析清楚；
❖ 1986年，美国宣布启动“人类基因组计划 （Human Genome Project, HGP）”。
人类基因组计划的发展
❖ 1999年12月1日，首条人类染色体完成测 序，人类第22号染色体DNA全序列测定宣 布完成。
发酵工程
1、发酵工程的概念 发酵工程是利用微生物的某些特定功
能，通过技术手段使之生产人类需要的代 谢物。以高效率的进行物质转化。
发酵工程包括：用微生物发酵生产产 品，如酿酒。用微生物分解有害物质; 细菌 选矿和细菌冶金等等！
发酵工程
目的——定向地改造菌种,大量生产微生物 菌体或代谢产物
2、发酵工程的技术要点
Chromosome 染色体 Karyotype 染色体组型
基因(Gene)
❖ 基 因 （ gene ） 是 1909 年 丹 麦 生 物 学 家 W.Johannsen根据希腊文“给予生命”之 意创造的。
❖ 一个基因就是能够编码一个蛋白质分子 的一个DNA或一个RNA片段
生物学进入基 因组 (Genome)时代
植物体细胞杂交 植物组织培养 动物细胞融合 动物细胞培养 单克隆抗体技术 核移植 胚胎移植
异种 植物 细胞
异种 动物 细胞
植物体细 动物细
胞杂交
胞融合
杂种细胞
植物组 织培养
动物细 胞培养
转基因 动物细 植物 胞群
体细 胞细 胞核
去核 卵细 体外 胞 受精
核移植 重组细胞 受精卵
早期胚胎 胚胎移植 克隆动物 试管婴儿
菌种的选育 ——诱变育种、基因工程、 细胞工程
环境条件控制——营养、PH、温度、溶氧等
3、流程
改造物种
发酵工程
（酶工程） 商品生产
常规菌(或常规细胞株) ①遗传工程 ② 细胞工程
“工程菌”（或“工程细胞 株”）③ 微生物工程
④ 酶工程 ⑤ 生物反应器工程
经济效益 大量产品 社会效益
生态效益
酶工程
干细胞研究与发展前景
长期以来，人类一直在研究和寻找能治 愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。 随着现代科学技术的发展，尤其是干细胞的 研究，人类的这些幻想正在逐步变成现实。 1998年，美国《科学》杂志将干细胞的研究 成果列在十大科学进展的首位。
细胞是机体组成的基本单位
细胞
细胞群
组织
机体
干细胞的定义
酶工程是利用酶的特异催化功 能，在常温长压下将一种物质转化 为另一种物质，以获得高纯度的适 用之物。
该技术包括各种酶的开发和生 产。酶的分离和纯化技术等。
酶工程用于食品工业很有效。 啤酒、酱油、葡萄糖等都可用酶工 程生产。
现代生物工程热点
人类基因组计划（HGP） 干细胞研究与发展前景 克隆技术的发展
人类基因组计划
Human Genome Project
染色体（Chromosome）
❖由于细胞中的DNA大部分在染色体 上，所以说遗传物质的主要载体是 染色体。染色体的化学成分主要是 蛋白质和DNA，其中 DNA含量稳定， 是主要的遗传物质。
❖各种生物的染色体有一定的数目、形 状和大小，人染色体有46条。
干细胞（Stem cell）即起源细胞。在细 胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而 完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。 机体在发展适应过程中为了弥补这一不足， 保留了一部分未分化的原始细胞。
因此，干细胞是一类具有自我更新和分 化潜能的细胞。
干细胞的分类
按分化潜能
❖ 全能干细胞
❖ 多能干细胞
❖ 单能干细胞
生物工程的个体应用
个体应用
❖ 转基因树的应用前景
❖ “金米”的故事
❖ 生物技术可以让世界丰衣足食
❖ 植入牵牛花基因，西红柿能防癌了
❖ 梦幻之畜――转基因动物 ❖ ……
留给我们的思考
1、生态灾难 转基因生物大规模释放到环境中，可能会 有基因扩散、生长失控、危害其他生物、 物种异化和产生病毒等。
2、未来的阴影 转基因活生物体及其产品作为食品，可能 对人体产生某些毒理作用和过敏反应。例 如，转入的生长激素类基因就有可能对人 体生长发育产生重大影响。由于人体内生 物化学变化的复杂性，有些影响还需要经 过长时间才能表现和监测出来。
谢 谢!
克隆技术的发展
❖第一个发展时期——微生物克隆。 ❖第二个发展时期——生物技术克隆。 ❖第三个发展时期——动物克隆。
克隆羊多利（Dolly）的诞生
❖ 1997年12月，英国Roslin研究所克 隆羊多利（Dolly）的诞生揭示一个 全新概念：由成年机体的一个体细 胞核，可以复制一个基因完全相同 的新生命个体。