《基因工程生物技术》PPT课件

h1生物技术——基因工程h2h3h4h5h6生物科学成为当今世界自然科学的热点和重点，主要由于两方面的原因：（1）二十世纪后叶，分子生物学等领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化；（2）建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为人类带来了巨大的利益和财富。生物技术将是未来经济发展的新动力第一次技术革命工业革命解放人的双手第二次技术革命信息技术扩展人的大脑第三次技术革命生物技术改造生命本身h71982年，国际合作与发展组织的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。美国政府技术顾问委员会(OAT)的定义是：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其中还包括改良有重要经济价值的植物与动物以及利用微生物改良环境的技术。该定义强调了生物技术的商品属性。生物技术的定义和特点h8生物技术具有多学科交叉和综合运用的特点：1）其理论来源于实验室大量复杂的基础研究工作2）微生物学、分子生物学、化学工程、材料科学等多学科交叉的综合性学科生物技术的显著特点高技术（精细和密集的复杂技术）高投入高利润周期长(三高一长)↓利用生物技术的生产线h9通常生物技术主要包括基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程四大工程，此外还有单克隆抗体技术；克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物的技术等都可属生物技术范畴的内容。直接相关联的学科：分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、生物信息学、化学工程学、医药学、材料科学等。涉及的学科还远不止这些生物技术是对人类和社会生活影响最大的技术领域按应用领域划分：农业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋生物技术、材料生物技术、能源生物技术等等。h10基因工程是指在分子水平，设计并实施把一个生物体中有用的目的基因或DNA(遗传信息)转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要的产物。最终实现该技术的商业价值。基因工程与建筑工程雷同h11以克隆和重组DNA为核心的技术即基因工程技术，又称为重组DNA技术重组DNA技术的重大突破带动了现代生物技术的兴起，并很快产生了许多生命科学的高技术产业克隆(clone)---无性繁殖（系）分子克隆–DNA的无性繁殖技术重组DNA技术包括了基因克隆为主的一系列的分子生物学操作步骤，实现不同物种间基因的转移。基因工程技术是现代生物技术的基础h12一、基因工程概述1.基因工程是一个热门的话题联合国前秘书长安南：继绿色革命后的蓝色革命。绿色革命：用遗传育种的方法，较大幅度提高农产品的产量及品质。h13h14h15h16一、基因工程概述2.基因的定义具有功能的、最小的一段核糖核酸（DNA、RNA）3.转基因生物的概念插入其他生物的基因表达h17一、基因工程概述4.转基因生物的意义生物计算机：神经元医学、人类：改变身高、寿命、遗传病。制药：转基因疫苗、新抗生素等。农业：高产、改善品质、抗虫抗病、耐盐碱、耐寒、植物疫苗等。抗虫害的玉米h18转入绿色荧光蛋白的猕猴中国成为全球第三个拥有非人灵长转基因动物的国家。h191、基因工程与医药健康-分子诊断和基因治疗2、基因工程与工业-新型生物材料生物能源微生物发酵工程3、基因工程与农业二、基因工程的应用h20生产稀少珍贵的蛋白质药物1982年，美国食品与药物管理局批准了首例基因工程产品—人胰岛素投放市场——它标志了基因工程产品正式进入到商业化阶段。人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、a-干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等1、基因工程与医药健康h21分子诊断对传染性疾病的诊断：利用PCR技术或PCR与分子杂交标记相结合，可以快速准确地检测出病原性物质。包括病毒、细菌真菌、寄生虫等。专一性强、灵敏度高、抗干扰性好、操作快速简便h22对遗传性疾病的诊断（可诊断200多种遗传性疾病）羊水和胎盘绒毛膜检测h23基因治疗基因治疗即利用基因工程技术治疗人类遗传性疾病。（导致30％的儿童死亡和60％的成年人疾病的原因）理论上，将正常的人类基因克隆，并引入到遗传病患者的体细胞中，这些基因都会产生蛋白，以替代、修复或纠正有缺陷的基因，有望缓解疾病进程。通常使用一种反转录病毒作为基因治疗的转移系统，无害病毒重组载体可以感染人的组织和细胞，但不自我复制！h24例：基因治疗重症综合性免疫缺乏症（SCID）1990年，转基因T淋巴细胞注射到人体骨髓组织中治疗SCID（ADA缺乏症），3年后，患者50％的T淋巴细胞出现新的ada基因并合成了腺苷酸脱氨酶（ada).06年美国成功治愈晚期皮肤癌患者也有失败h25动植物原材料：生物生命过程中形成的材料，如麻、棉、蚕丝和贝壳等生物医用材料：植入人体内可起某种生物学功能的材料，如胶原蛋白制成的人工血管、人工皮肤仿生和组织工程材料：模仿生物功能的人工合成材料新型生物材料-是生物材料学与材料科学的交叉科学2、基因工程与工业h26现代发酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重组技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。现代发酵工程是分子生物学、生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应用的结果。微生物发酵-发酵工程h27一般发酵工程包括以下基本步骤：（1）菌种选育；（通过细胞诱变或基因工程技术改造等）（2）细胞大规模培养即发酵过程；（3）生产活性的诱导；（在发酵特定阶段，用化学或物理法）（4）菌体及产物的收获（利用浓缩、吸附、过滤、离心、萃取、干燥、重结晶等手段）上游技术：指基因重组和微生物育种技术等获得工程菌下游技术：指发酵生产、产物分离到产品制作等过程监控现代发酵工程的应用范围非常广泛，从食品、药品（如抗生素类产品）、酶制剂、精细化工产品到许多工业用原料等等生物可降解塑料PHB（即聚β羟基丁酸脂Biopol)h28美国：用现代生物技术建成“工程微藻”，生产柴油芬兰：用一亿欧元在南部建世界首座生物柴油加工厂(从植物油如油菜和动物脂肪中提炼柴油燃料，每年可生产17万吨，2007年完工并投产)中国：生物能源公司发展迅速，如由帝斯曼投资参股的天津国韵生物科技有限公司聚羟基脂肪酸酯(PHA)生产基地在天津泰达开发区开工建设。该基地为中国目前最大的聚羟基脂肪酸酯生产基地，PHA年生产量可达1万吨。海南正和生物能源公司四川古杉油脂化工公司福建卓越新生物能源发展公司河南相继建成了规模超过万吨的生产厂全球：生物柴油年产量2010年可达3000万吨以上优点：含硫量低、较好的低温发动机启动性能、较好的润滑性能生物能源－生物柴油h293、基因工程与农业转基因动物-1、促进动物生长、改善畜产品质量和提高抗病性2、作为生物反应器：如从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA畜牧业中的基因工程幼畜腹泻疫苗、口蹄疫疫苗（亚单位疫苗），牛、羊生长激素、纤维素酶在大肠杆菌表达h30植物基因工程在种植业的应用用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物原生质体，或直接转化，使外源DNA与植物染色体DNA整合，通过原生质体的培养分化成愈伤组织，最后发育成具有新性状的完整植株—转基因植物。已培育出的作物有抗化学除草剂大豆、水稻和小麦，抗虫棉、玉米和马铃薯等（转微生物的Bt基因可特异性毒死昆虫），抗旱、抗寒作物及花卉品种改良等等。h31转基因西红柿－将多聚半乳糖醛酸酶（催化西红柿成熟的一种酶）克隆，将其互补的基因转入西红柿植株，生成互补的mRNA，使西红柿不能正常成熟。需要时，微量乙烯气体熏一次，西红柿很快即可成熟。固氮酶基因转入水稻、小麦人类DNA移到苜宿属植物生产干扰素、胰岛素、白介素－2等……环境保护等等转基因微生物吸收环境有害化合物h32三、基因工程引发的重大事件1、食用转基因食品可能影响人类的进化方向普斯陶伊事件：1988年，英国2、美国大斑蝶事件3、加拿大“超级杂草事件”4、墨西哥玉米事件5、中国Bt抗虫棉事件h33四、生物技术面临的问题与挑战基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功能的变化；另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。如：转基因技术的安全性问题外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因，甚至会激活原癌基因？转基因技术的广泛应用是否会导致难以消灭的新病原物出现？是否会造成生态学灾难？人类摄食大量转基因食品是否会影响人类及其后代的健康？h34克隆人的伦理问题在克隆阶段，如果有关胚胎发育的基因重新编排或启动不完全，对新生儿可能产生什么严重后果呢？兄弟、姐妹、父母、子女？伦理关系器官克隆和干细胞培养和分化器官，用于医学和临床治疗？个人基因信息的隐私权问题，基因歧视人类基因信息利用的伦理、法律和社会影响计划，称之为ELSI项目，规定了：（1）在应用和解释基因信息时的隐私权和公正性；（2）基因信息由实验室研究向实际医疗应用的转化；（3）人类基因组计划参与者相互协调和成果发布；（4）公众与专业教育h35基因治疗的应用范围问题一个人有权决定另一个人的基因结构或未来命运吗？万一这种基因操作失败了或者造成了将来才能发现的不可挽回的缺陷和后果，谁承当责任呢？是否可以通过基因治疗操作来增加人的体能？如运动员的身高或短跑速度，这与运动员服用兴奋剂有什么本质区别？生物技术引发的其它问题生物技术费用高，在自身健康上的贫富差距？涉及人类自身发展的重要生物技术的垄断？生物武器？……