基因工程原理及实验技术
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基因工程原理及实验技术
广义基因工程
广义的基因工程： 是指DNA重组技术的产业化设计与应用，
包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游 技术指的是外源基因重组、克隆、表达的设计 与构建(即狭义的基因工程)；下游技术则涉及 含有重组外源基因的生物细胞(基因工程菌或 细胞)的大规模培养以及外源基因的表达、产 物的分离、纯化过程。因此，广义的基因工程 概念更倾向于工程学的范畴。
基因工程原理及实验技术
1. 理论上的三大发现
证明了生物的遗传物质是DNA（基 因工程的先导）
DNA的双螺旋结构和半保留复制机 理
遗传信息的传递方式（中心法则）
基因工程原理及实验技术
1) 遗传物质是DNA
证明了生物的遗传物质是DNA（基因工 程的先导）：
1944年首先用体外的转化实验证明基因的 化学本质就是DNA分子的是加拿大生物化学家
基因工程的上游操作过程；可简化为：切、接、 转、增、检。
基因工程原理及实验技术
三．基因工程的基本原理
基因工程的主体战略思想是外源基因的 稳定高效表达为目的．其基本原理可从以下 四个方面考虑。
（1)利用载体DNA在受体细胞中独立于染色 体DNA而自主复制的特性，将外源基因与载 体分子重组，通过载体分子的扩增提高外源 基因在受体细胞中的剂量．借此提高其宏观 表达水平。这里涉及到DNA分子高拷贝复制 以及稳定遗传的分子遗传学原理。
基因工程原理及实验技术
(2)筛选、修饰和重组启动子、增强子、操作 子、终止子等基因的转录调控元件，并将这些元 件与外源基因精细拼接．通过强化外源基因的转 录提高其表达水平。
(3)选择、修饰和重组核糖体结合位点及密码 子等mRNA的翻译调控元件。强化受体细胞中蛋 白质的生物合成过程。
上述(2)和(3)两点均涉及到基因表达调控的分 子生物学原理。
基因工程原理及实验技术
二、基因工程的基本过程
基因工程:两大部分组成
基因工程的整个过程由工程菌(细胞)的设 计构建和基因产物的生产两大部分组成
工程菌(细胞)的设计构建:
实验室里进行，其单元操作过程如下 :
(1)从供体细胞中分离出基因组DNA，用限制 性核酸内切酶分别将外源 DNA (包括外源基因 或目的基因)和载体分子切开(简称“切”)；
基因工程原理及实验技术
现代科技革命 高新技术 生物技术 基因工程 基因克隆
基因工程原理及实验技术
第二节 基因工程的发展历史
基因工程的发展历史概括为三个阶段 基因工程的诞生 基因工程的成熟 基因工程的腾飞
基因工程原理及实验技术
一、基因工程的诞生
基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞 生需要理论和技术上的支持 理论上的三大发现 技术上的三大发明
基因工程原理及实验技术
第一章 基因工程的概论
第一节 基因工程的概念
一、基因工程的基本概念 狭义基因工程 广义基因工程
基因工程原理及实验技术
狭义基因工程
狭义的基因工程(gene engineering):
从狭义上讲，基因工程是指将一种 或多种生物体(供体)的基因与载体在体外 进行拼接重组，然后转入另—种生物体( 受体)内．使之按照人们的意愿遗传并表 达出新的性状。因此，供体、受休、载 体称为基因工程的三大要素。
基因工程原理及实验技术
(4)基因工程菌(细胞)是现代生物工程中的微型 生物反应器，在强化并维持其最佳生产效能的基 础上，从工程菌(细胞)大规模培养的工程和工艺 角度切入，合理控制微型生物反应器的增殖速度 和最终数量，也是提高外源基因表达产物产量的 主要环节，这里涉及的是生物化学工程的基本理 论体系。
基因工程原理及实验技术
基因工程原理及实验技术
广义的基因工程是一个高度统一的整 体。上游DNA重组的设计必须以简化下游 操作工艺和装备为指导思想。而下游过程 则是上游基因重组蓝图的体现与保证。这 是基因工程产业化的基本原则。
基因工程原理及实验技术
狭义的基因工程
重组DNA技术
广义的基因工程
重组DNA技术 细胞工程 染色体工程 细胞器工程
基因工程原理及实验技术 Principles And Experimental Technics in Gene Engineering
基因工程原理及实验技术
ห้องสมุดไป่ตู้
教材和参考书
教材：简明基因工程与应用
吴建平 主编， 2005，科学出版社
主要参考书：
1. 基因工程 张惠展 编著,华东理工大学出版社,2005 2. 基因工程 孙明 主编,高等教育出版社,2006 3. 基因工程原理 吴乃虎 编著，科学出版社,(第二版),1998 4. 基因工程 彭银祥,主编,2007 5. 基因工程技术 钟卫鸿主编,化学工业出版社,2007
因此．分子遗传学、分子生物学以及生物化 学是基因工程原理的三大基石。
基因工程原理及实验技术
. 四、生物工程等概念
生物工程：直接或间接利用生物体的机能生产 物质的技术。包括发酵技术、基因重组、细胞 融合、细胞大量培养、生物反应器等技术。
生物技术：是在细胞水平上，特别是在分子水 平上对生物体遗传性实现巨大的接近定向改造 的一套内容繁多和复杂的技术。包括基因工程、 细胞工程、酶工程、发酵工程等。
基因工程原理及实验技术
狭义基因工程
狭义的基因工程:就是重组DNA技术（ recombinant DNA techniques） 1）重组DNA技术 （recombinant DNA
techniques) 2）分子克隆（molecular cloning) 3）基因克隆（gene cloning) 4）遗传操作(genetic manipulation） 5）遗传工程 (genetic engineering) 6）基因工程 (gene engineering)
基因工程原理及实验技术
(2)用DNA连接酶将含有外源基因的DNA片段接 到载体分子上形成DNA重组分子(简称“接”)；
(3)借助于细胞转化手段将DNA重组分子导入受 体细胞中(简称“转”)；
(4)短时间培养转化细胞、以扩增DNA重组分子 或使其整合到受体细胞的基因组中(简称“增”)；
(5)筛选和鉴定转化细胞，获得使外源基因高效 稳定表达的基因工程菌或细胞(简称“检”)；
广义基因工程
广义的基因工程： 是指DNA重组技术的产业化设计与应用，
包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游 技术指的是外源基因重组、克隆、表达的设计 与构建(即狭义的基因工程)；下游技术则涉及 含有重组外源基因的生物细胞(基因工程菌或 细胞)的大规模培养以及外源基因的表达、产 物的分离、纯化过程。因此，广义的基因工程 概念更倾向于工程学的范畴。
基因工程原理及实验技术
1. 理论上的三大发现
证明了生物的遗传物质是DNA（基 因工程的先导）
DNA的双螺旋结构和半保留复制机 理
遗传信息的传递方式（中心法则）
基因工程原理及实验技术
1) 遗传物质是DNA
证明了生物的遗传物质是DNA（基因工 程的先导）：
1944年首先用体外的转化实验证明基因的 化学本质就是DNA分子的是加拿大生物化学家
基因工程的上游操作过程；可简化为：切、接、 转、增、检。
基因工程原理及实验技术
三．基因工程的基本原理
基因工程的主体战略思想是外源基因的 稳定高效表达为目的．其基本原理可从以下 四个方面考虑。
（1)利用载体DNA在受体细胞中独立于染色 体DNA而自主复制的特性，将外源基因与载 体分子重组，通过载体分子的扩增提高外源 基因在受体细胞中的剂量．借此提高其宏观 表达水平。这里涉及到DNA分子高拷贝复制 以及稳定遗传的分子遗传学原理。
基因工程原理及实验技术
(2)筛选、修饰和重组启动子、增强子、操作 子、终止子等基因的转录调控元件，并将这些元 件与外源基因精细拼接．通过强化外源基因的转 录提高其表达水平。
(3)选择、修饰和重组核糖体结合位点及密码 子等mRNA的翻译调控元件。强化受体细胞中蛋 白质的生物合成过程。
上述(2)和(3)两点均涉及到基因表达调控的分 子生物学原理。
基因工程原理及实验技术
二、基因工程的基本过程
基因工程:两大部分组成
基因工程的整个过程由工程菌(细胞)的设 计构建和基因产物的生产两大部分组成
工程菌(细胞)的设计构建:
实验室里进行，其单元操作过程如下 :
(1)从供体细胞中分离出基因组DNA，用限制 性核酸内切酶分别将外源 DNA (包括外源基因 或目的基因)和载体分子切开(简称“切”)；
基因工程原理及实验技术
现代科技革命 高新技术 生物技术 基因工程 基因克隆
基因工程原理及实验技术
第二节 基因工程的发展历史
基因工程的发展历史概括为三个阶段 基因工程的诞生 基因工程的成熟 基因工程的腾飞
基因工程原理及实验技术
一、基因工程的诞生
基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞 生需要理论和技术上的支持 理论上的三大发现 技术上的三大发明
基因工程原理及实验技术
第一章 基因工程的概论
第一节 基因工程的概念
一、基因工程的基本概念 狭义基因工程 广义基因工程
基因工程原理及实验技术
狭义基因工程
狭义的基因工程(gene engineering):
从狭义上讲，基因工程是指将一种 或多种生物体(供体)的基因与载体在体外 进行拼接重组，然后转入另—种生物体( 受体)内．使之按照人们的意愿遗传并表 达出新的性状。因此，供体、受休、载 体称为基因工程的三大要素。
基因工程原理及实验技术
(4)基因工程菌(细胞)是现代生物工程中的微型 生物反应器，在强化并维持其最佳生产效能的基 础上，从工程菌(细胞)大规模培养的工程和工艺 角度切入，合理控制微型生物反应器的增殖速度 和最终数量，也是提高外源基因表达产物产量的 主要环节，这里涉及的是生物化学工程的基本理 论体系。
基因工程原理及实验技术
基因工程原理及实验技术
广义的基因工程是一个高度统一的整 体。上游DNA重组的设计必须以简化下游 操作工艺和装备为指导思想。而下游过程 则是上游基因重组蓝图的体现与保证。这 是基因工程产业化的基本原则。
基因工程原理及实验技术
狭义的基因工程
重组DNA技术
广义的基因工程
重组DNA技术 细胞工程 染色体工程 细胞器工程
基因工程原理及实验技术 Principles And Experimental Technics in Gene Engineering
基因工程原理及实验技术
ห้องสมุดไป่ตู้
教材和参考书
教材：简明基因工程与应用
吴建平 主编， 2005，科学出版社
主要参考书：
1. 基因工程 张惠展 编著,华东理工大学出版社,2005 2. 基因工程 孙明 主编,高等教育出版社,2006 3. 基因工程原理 吴乃虎 编著，科学出版社,(第二版),1998 4. 基因工程 彭银祥,主编,2007 5. 基因工程技术 钟卫鸿主编,化学工业出版社,2007
因此．分子遗传学、分子生物学以及生物化 学是基因工程原理的三大基石。
基因工程原理及实验技术
. 四、生物工程等概念
生物工程：直接或间接利用生物体的机能生产 物质的技术。包括发酵技术、基因重组、细胞 融合、细胞大量培养、生物反应器等技术。
生物技术：是在细胞水平上，特别是在分子水 平上对生物体遗传性实现巨大的接近定向改造 的一套内容繁多和复杂的技术。包括基因工程、 细胞工程、酶工程、发酵工程等。
基因工程原理及实验技术
狭义基因工程
狭义的基因工程:就是重组DNA技术（ recombinant DNA techniques） 1）重组DNA技术 （recombinant DNA
techniques) 2）分子克隆（molecular cloning) 3）基因克隆（gene cloning) 4）遗传操作(genetic manipulation） 5）遗传工程 (genetic engineering) 6）基因工程 (gene engineering)
基因工程原理及实验技术
(2)用DNA连接酶将含有外源基因的DNA片段接 到载体分子上形成DNA重组分子(简称“接”)；
(3)借助于细胞转化手段将DNA重组分子导入受 体细胞中(简称“转”)；
(4)短时间培养转化细胞、以扩增DNA重组分子 或使其整合到受体细胞的基因组中(简称“增”)；
(5)筛选和鉴定转化细胞，获得使外源基因高效 稳定表达的基因工程菌或细胞(简称“检”)；