第一章+基因工程概述

基因工程Geneengineering湖南师范大学生命科学学院袁婺洲课程内容安排第一章基因工程概述第二章基因工程的载体和工具酶第三章基因工程的常规技术第四章基因在大肠杆菌、酵母中的高效表达第五章转基因植物第六章转基因动物第七章基因治疗第八章蛋白质工程教材《基因工程》，李立家，肖庚富编著，科学出版社，2004年第一版。21世纪高等院校教材，国家理科基地教材。参考书与参考资料分子克隆实验指南(III),美国冷泉港,2002.科学出版社《基因工程原理》,吴乃虎编著,1998,第二版.科学出版社《基因工程学原理》,马建岗主编,2001年.西安交通大学出版社《简明基因工程原理》,贺淹才编著,1999.科学出版社《基因工程原理》，徐晋麟、陈淳、徐沁编著，2007年，科学出版社《基因工程》，楼士林、杨盛昌、龙敏南、章军编著，2002年，科学出版社《基因工程》，孙明主编，2006年，高等教育出版社《转基因生物安全》，曾北危编著，2004年，化学工业出版社《基因治疗的原理与实践》，杜宝恒主编，，2000年天津科学技术出版社《基因工程》课件，华东理工大学精品课程，张惠展。第一章基因工程概述基因工程的发展简史什么是基因工程基因工程的开端基因工程的发展基因工程的研究意义和应用基因工程在工业领域的应用基因工程在农业领域的应用基因工程在医药领域的应用基因工程课程与其他课程之间的关系补充材料：关于克隆人的讨论一、基因工程发展简史1.什么是基因工程指采用类似于工程设计的方法，根据人们事先设计的蓝图，人为地在体外将核酸分子插入质粒、病毒或其它载体中，构成遗传物质的新组合（即重组载体分子），并将这种重组分子转移到原先没有这类分子的宿主细胞中去扩增和表达,从而使宿主或宿主细胞获得新的遗传特性，或形成新的基因产物。又叫遗传工程(geneticengineering)或重组DNA技术(recombinantDNAtechnique)。基因工程的概念通俗地说，基因工程，是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。因此，供体基因、受体细胞、载体是重组DNA技术的三大基本元件。基因工程的基本步骤1从复杂的生物体基因组中，经过酶切消化等步骤，分离带有目的基因的DNA片段，或用酶学和化学方法人工合成基因。2将外源DNA分子（目的基因或片段）与能够自我复制并且具有选择标记的载体分子在体外连接，形成重组DNA分子。3.把重组DNA分子引入到适宜的受体（寄主）细胞中进行扩增。4从繁殖的大量细胞群体中筛选和鉴定已经获得重组DNA分子的受体细胞的克隆。5从所筛选的受体细胞克隆提取已扩增的目的基因后，或再将其克隆到表达载体上，导入寄主细胞，以便在新的背景下实现功能表达，产生人们所需的物质；或将已扩增的目的基因作进一步的分析研究。含有外源基因的重组载体DNA分子外源基因或DNA片段载体转化受体细胞并筛选基因扩增与研究基因产品性状改良与基因治疗外源基因表达限制性核酸内切酶基因工程的流程图2.基因工程的开端理论上三大发现：遗传物质是DNA，DNA的双螺旋结构与半保留复制机理以及中心法则的发现。技术上三大发明：限制性核酸内切酶及各种工具酶的发现；载体分子的研究与发现；逆转录酶的发现基因工程诞生的标志1972年，P.Berg领导的研究小组，在世界上第一次成功地实现了DNA的体外重组。他们使用限制性核酸内切酶EcoRI，在体外对猿猴病毒SV40的DNA和λ噬菌体的DNA分别进行酶切，然后再用T4DNA连接酶把两种酶切的DNA片段连接起来，从而获得了世界上第一个体外重组的杂种DNA分子。他们因此获得1980年诺贝尔化学奖(同Sanger、Gilbert分享)。1973年，S.Cohen等人将大肠杆菌的抗四环素的质粒PSC101和鼠伤寒沙门氏菌的抗链霉素和磺胺的质粒RSF1010，在体外用限制性核酸内切酶EcoRI切割，连接成新的重组质粒，然后转化到大肠杆菌中，在含四环素和链霉素的平板培养中，选出了抗四环素和链霉素的重组菌落。这是基因工程发展史上第一次实现重组体转化成功的实验，基因工程从此诞生了。第一个转化成功的重组DNA分子基因工程的发展：1.1972-1976年，日本人，somatostatin(抑促生长素)；2.1978年，美国人，生长激素基因（HGH）；3.1980年，美国/瑞士人，a干扰素－基因；4.1984年，日本人，白细胞介素2（IL-2）；基因工程的腾飞：1.1982年，美国人，大鼠生长激素基因转入小鼠；2.1983年，美国人，Ti质粒导入植物细胞（细菌Neor基因）3.1990年，美国人，腺苷脱氨酶（ADA）基因治疗，重度联合免疫缺陷症（SDID）4.1991年，美国倡导，人类基因组计划109bp，15年时间30亿USD；5.1997年，美国人，威尔穆特克隆多利绵羊和转基因波莉绵羊3.基因工程的发展二、基因工程的研究意义和应用1.基因工程在工业领域的应用1.医学：抗病毒、抗癌因子、新型抗生素、疫苗、抗衰老保健品、心脏血管药物、生长因子诊断剂2.轻工食品：氨基酸、助鲜剂、甜味剂、淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶。油脂或脂肪酸等3.能源：石油二次开采、纤维素分解、太阳能转换、乙醇高效生产4.环保：微生物生态种群（石油、农药、尼龙等降解质粒）5.信息：蛋白芯片、基因芯片日本政府称基因工程为战略工业大规模生产生物活性物质工程细胞基因工程蛋白质工程途径工程发酵工程细胞工程分离工程酶工程分离工程天然细胞天然细胞生物活性物质酶美国已批准上市的基因工程药物（续表）中国已批准上市的基因工程药物（续表）基因工程与环保工业2.基因工程在农业领域的应用第二次农业大革命：1.抗病毒、抗除草剂、抗广谱虫害抗逆植物等；2.农作物品种改良；高营养、长保存、抗环境压力、花卉颜色与形状；3.畜牧业；高蛋白乳汁、鱼生长激素、饲料利用率4.固氮动物器官反应器：血液反应器和乳腺反应器转基因植物抗除草剂的水稻3.基因工程在医药领域的应用1.遗传性疾病：肿瘤、心脑血管病、糖尿病、过度肥胖综合症、老年痴呆症、骨质疏松症等2.抗衰老：端粒酶编码基因动物疾病模型的建立基因诊断基因治疗器官移植基因治疗器官移植三、基因工程与其他课程的关系基因工程与其他课程的关系遗传学生物化学分子生物学或分子遗传学发育生物学植物学动物学医学四、补充材料：基因工程对人类本身将产生的影响－－关于克隆人的讨论Clone(克隆)：无性繁殖的集合体克隆Clone克隆是指遗传上完全相同的分子、细胞或来自同一祖先的生物个体的无性繁殖群体。在不发生突变的情况下，它们的遗传组成应该完全相同。1997年3月，世界卫生组织将克隆定义为：遗传上同一的机体或细胞系的无性繁殖。植物细胞克隆上帝创造的克隆人克隆高潮的掀起1997年2月23日，英国的胚胎学家伊恩-维尔穆特博士报道克隆绵羊多利的诞生；1997年2月25日，德国政府官员要求禁止克隆人；加拿大政府官员要求禁止克隆人；1997年2月27日，法国总统希拉克反对将克隆技术应用于人类；1997年3月5日，阿根廷议会立法禁止克隆人；意大利卫生部长罗西．槟迪宣布禁止克隆实验；丹麦暂停克隆研究；1997年3月7日，阿根廷总统卡洛斯．梅内姆下令禁止克隆人；日本学术审议会禁止为克隆人研究提供经费；1997年3月11日，马来西亚政府反对任何企图克隆人类的尝试；世界卫生组织总干事中岛宏宣称反对克隆人的研究；欧盟委员会声明反对克隆人。美国总统克林顿在维尔穆特克隆羊出现后，召集一群科学家，限他们在90天之内就该不该让“克隆人”成为可能给出一个答案；法国总统密特朗在听到杰里．豪关于人体胚胎复制的消息时曾打电话说：“这个消息令人毛骨悚然。”一波未平，一波又起。1998年1月6日，美国科学家里查德堂而皇之地在美国《科学》杂志上公开声明，准备进行克隆人的研究！比尔．盖茨说：“当然应该克隆人。如果谁第一个掌握了这个技术，他就是我真正的、也是唯一的竞争对手。”英国和俄罗斯也不反对克隆人。意大利医生塞维里诺·安蒂诺里3/9/02法国科学家布里吉特·布瓦瑟利耶2002年12月25日通过电话告诉法新社，世界上第一个克隆婴儿“夏娃”已经降生。03年1月3日她又宣布，第二个克隆人降生。被传说的克隆婴儿克隆人的正面影响再生人类，抚平丧子之痛试管婴儿，不孕者的救星冷冻胚胎，优生选择代理母亲，借腹怀胎复制明星，圆追星梦添加基因，创基因贵族基因再造，器官移植世界上第一例试管婴儿名叫露易斯-布朗，是1978年7月25日在英格兰诞生的；1985年4月，我国台湾也诞生了第一例试管婴儿；1988年8月，我国北京医科大学也报道了试管婴儿的诞生。试管婴儿克隆人的正面影响再生人类，抚平丧子之痛试管婴儿，不孕者的救星冷冻胚胎，优生选择代理母亲，借腹怀胎复制明星，圆追星梦添加基因，创基因贵族基因再造，器官移植冷冻受精卵，筛选胚胎订做亲爱宝贝---爱丽丝的故事：对冷冻胚胎的身高，体重，外表，生理及身体的特征，天生的性格与智能特征，易患复杂及传染疾病的先天倾向，单一基因严重异常的概率等作一预测与综合评价，从而决定选择哪一个受精卵进行胚胎移植。克隆人的正面影响再生人类，抚平丧子之痛试管婴儿，不孕者的救星冷冻胚胎，优生选择代理母亲，借腹怀胎复制明星，圆追星梦添加基因，创基因贵族基因再造，器官移植代理孕母到1996年4月为止，美国比佛利山“代理孕母暨捐卵中心”已经安排了456例代理孕母宝宝的诞生；而在肯塔基州，代理孕母协会也已安排了500多例宝宝出生。美国的代理孕母产业方兴未艾，从Internet网上可找到美国代理孕母中心公司的网址：上面列有各州代理孕母中介商和全套服务的经纪商。克隆人的正面影响再生人类，抚平丧子之痛试管婴儿，不孕者的救星冷冻胚胎，优生选择代理母亲，借腹怀胎复制明星，圆追星梦添加基因，创基因贵族基因再造，器官移植克隆人的正面影响再生人类，抚平丧子之痛试管婴儿，不孕者的救星冷冻胚胎，优生选择代理母亲，借腹怀胎复制明星，圆追星梦添加基因，创基因贵族基因再造，器官移植器官再造艾妮莎．艾亚拉（AnissaAyala）的故事：1988年的春天，艾妮莎还是一名高二的学生时，突然患了骨髓淋巴癌。要彻底治疗，必须彻底清除其原有的骨髓干细胞，换以新的相容的骨髓细胞。艾妮莎的父母四处奔走，搜寻骨髓捐赠者，但两年的努力均告失败。艾妮莎的45岁的父亲与42岁的母亲决心与命运一博，再度怀孕，于1990年4月生下了艾妮莎的妹妹玛瑞莎。14个月以后，妹妹与姐姐做了骨髓移植手术，艾妮莎终于健康地活下来了。克隆人的负面影响社会问题：基因父母，生父母，养父母伦理问题：妈妈还是姐姐或？人的价值问题：买卖的商品而非爱的结晶？个性的发挥等。人的进化问题预防犯罪