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chapt01ym绪论

yeye
2013-03-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《chapt01ym绪论ppt》,可适用于高等教育领域

应明宋国丽应明宋国丽yingmingszueducnlilysszueducnRoom:SBRoom:S基因工程GeneEngineering基因工程GeneEngineering第章绪论Introduction彭银祥等编著华中科技大学出版社年月第二次印刷高等学校生物工程、生物科学及生物技术专业教材WhatisgeneticengineeringWhatisgeneticengineering基因工程:(Geneticengineering)将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内使这个基因能在受体细胞内进行复制、转录和翻译表达的操作叫做基因工程。包括:基因的分离、重组、转移、基因在受体细胞中的保持、复制、转录和翻译表达等全过程。RecombinantDNAtechnology,Genemanipulation,Genecloning,Molecularcloning遗传工程的概念有广义和狭义之分广义基因工程传统遗传操作杂交技术和现代遗传操作基因工程和细胞工程狭义基因工程现代基因工程技术基因工程的理论基础基于遗传学和分子生物学的发展基因的概念?基因的概念?是存在于DNA上承载遗传信息的核酸序列是位于染色体上呈线性排列的遗传物质的最小单位是携带遗传信息的结构单位和控制遗传性状的功能单位基因假基因、等位基因、移动基因、断裂基因、重叠基因根据中心法则和有关基因的功能分为:具有转录和翻译功能:mRNA。具有转录但不翻译的基因具有其它功能的基因:tRNA,rRNA,等。不被转录的基因:启动子操纵子。基因工程的发展历史基因工程的理论基础DNARNA作为遗传物质的证据年FGriffith的转化实验。年OswaldAvery报道转化的物质是DNA。年AHersheyMChase的噬菌体标记实验。http:wwwbbioocomvideohtmlRNA是遗传物质的证明年HFraenkelConratBSinger证明了烟草花叶病毒TMV是RNA病毒它是一种遗传物质。年ErwinChargaff提出了Chargaff规则T=AC=G年ErwinChargaff提出了Chargaff规则T=AC=G基因工程的理论基础X~rayphotographofDNA(核糖与磷酸连接成的扭曲绳子每一节上都有配对的碱基)X~rayphotographofDNAwithhighqualityKing’sLabLondonUniversity,UKRosalindFranklinandMauriceWilkinsdiscoveredDNA'sstructure,entitled"TheDoubleHelix,"depictsFranklinasanunderlingofMauriceWilkins,wheninfactWilkinsandFranklinwerepeersintheRandalllaboratoryMauriceWilkinsRosalindFranklin(y)年WatsonCrick提出了DNA双螺旋结构模型。DNA的成分:磷酸、戊糖、四种碱基。ErwinChargaffruleMWilkinsRFranklin基因工程的理论基础学术领域的龌龊和腐败要比政治领域中的更令人愤恨。年MeselsonStahl的半保留复制证明了这一学说的正确。http:wwwbbioocomvideohtml遗传物质的结构与传递规律(遗传信息流)基因工程的理论基础遗传密码的破译年MWNirenbergPLeder利用核糖体结合实验完成了mRNA上编码种氨基酸的三联密码子遗传密码的破译工作。破译了全部个密码。SharedtheNobelPrizeforPhysiologyorMedicine基因工程的理论基础基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉年Korngberg从Ecoli中分离纯化了DNA聚合酶I这是能在试管中合成DNA的第一个核酸酶。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicinein基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉限制性内切酶的发现(a)细菌限制修饰系统的发现WArber于年发现年分离到I型限制酶。(b)限制酶HindII的发现H.O.Smith和Wilox于年首次从流感嗜血杆菌(Hinfluenzae)中发现并分离到HindII限制酶。(c)DNathans(年)用HindII绘制SV限制图谱和转录图谱。基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉DNA连接酶是年由GellertM(NIHMaryland),OliveraBM(StanfordschoolofMedicine,CA)WeissB(HarvardMedicalSchool)三个实验室同时发现的。它是一种封闭DNA链上切口的酶借助ATP或NAD水解提供的能量催化DNA链的'P与另一DNA链的'OH生成磷酸二酯键。基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉年斯坦福大学PBergBoyer小组完成了首次体外重组实验。在PNAS发表了题为“将新的遗传信息插入SV病毒DNA的生物化学方法:含有噬菌体基因和Ecoli半乳糖操纵子的环状SVDNA”。(用DNA末端转移酶而非限制性内切酶)年Nobel化学奖BoyerCohen实验BoyerCohen实验年斯坦福大学的SCohen小组将含有卡那霉素抗性基因的大肠杆菌R质粒与含有四环素抗性基因的另一种大肠杆菌质粒pSC连接成重组质粒具有双重抗药性。BoyerCohen实验基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉HTeminDBaltimore从Rous肉瘤中发现了反转录酶(reversetranscriptase)(引发癌症的内因)某些RNA病毒能够以自身作为模板合成RNA。如R,f,MS和Q等。基因的概念及其发展()早期的基因概念是存在于DNA上并承载遗传信息的核苷酸序列是染色体上呈现行排列的遗传物质的最小单位是携带遗传信息的结构单位和控制遗传性状的功能单位。随着分子生物学研究的深入人们对基因的认识不断提高发现了“等位基因”“移动基因(movablegene)转座子(transponsableelement)”“断裂基因”(Splitgene,interruptedgene)“重叠基因”(Overlappinggene)“假基因”(pseudogene)。是转录的功能单位是编码一种可扩散产物的一段DNA序列其产物可以是蛋白质或RNA。因此一个完整的基因有编码区和调控区两部分组成。()调控基因概念的发展“Lactoseoperationtheory”提出后相继出现了结构基因启动基因、操纵基因、调节基因等概念。把参与基因表达调控的基因分为两类:一类是通过基因转录和表达的产物反式作用因子(transactingfactor)另一类是起调控作用的DNA序列顺式作用元件(cisactingelements)()现代的基因概念:含特定信息的核苷酸序列是遗传物质的最小功能单位。基因可以分为:()能够编码多肽链一级结构的基因如结构基因()能转录成RNA但不能翻译的基因如tRNA基因()有功能意义但根本不转录的基因如顺式作用元件真核的结构基因是指能够产生多肽链的一段DNA分子由个部分组成即:前导区、尾部区、间隔区(内含子)、编码区(外显子)。基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉KaryBMullisPublishedapaperdescribingthepolymerasechainreaction(PCR),themostsensitiveassayforDNAyetdevisedTheNobelPrizeinChemistry"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"基因工程的技术源泉基因工程的技术源泉PatrickOBrown,ProfessorofStanfordUniversitypresentedthe'genechip'containingdifferentgenespecificsequencesoftheyeastgenomeThisisofgreatbenefitinmappingthegenomes"fortheirdiscoveryofRNAinterferencegenesilencingbydoublestrandedRNA“()"fortheirdiscoveryofRNAinterferencegenesilencingbydoublestrandedRNA“()AndrewZFireStanfordUniversitySchoolofMedicineStanford,CA,USACraigCMelloUniversityofMassachusettsMedicalSchool基因工程的技术源泉基因工程的研究内容基因工程的研究内容基因工程的概念基因工程的研究内容特点:可以根据人们的意愿在DNA水平上进行事先设计和操作离体情况下在分子水平上进行基因的重组操作在细胞水平上进行重组体的表达这种表达可以在动物、植物细胞和微生物之间进行。基因工程的特点与基本流程基因工程的基本流程(主要操作内容)基因工程的基本流程(主要操作内容)目的基因和载体DNA的准备目的基因的获取(制备)从复杂的生物基因组中经过酶切消化或PCR扩增等步骤分离出带有目的基因的DNA片断。将目的基因的DNA片断和所用的载体用相应的内切酶切割回收相应的线性DNA以备连接。重组体的转化重组体的转化重组体的制备将目的基因的DNA片断插入到能自我复制并带有选择性标记(抗菌素抗性)的载体分子上。将重组体(连接产物)通过一定的方法转入适当的受体细胞中。克隆鉴定通过一定方法挑选转化成功的细胞克隆(含有目的基因)。目的基因表达使导入寄主细胞的目的基因表达出我们所需要的基因产物。基因工程的基本流程(主要操作内容)基因工程的基本流程(主要操作内容)与基因工程相关的学科和技术与基因工程相关的学科和技术分子生物学MolecularBiology生物化学Biochemistry分子遗传学MolecularGenetics发酵工程TechnologyofFermentation细胞培养技术TechnologyofCellCultivation基因工程的应用基因工程的应用基因工程在工业领域的应用能源开发与利用克隆各种参与纤维素降解的酶的基因导入酿酒酵母就可能利用廉价的纤维素来生产葡萄糖发酵成酒。酿酒与食品工业用外源基因改造酿酒酵母产生优质的啤酒。或用酿酒酵母生产蛋白质等。污水处理与环保用带有重组质粒的“超级菌”分解油(烷烃类)、有机农药污染。BiotechnologyisnotnewCheese,breadandyoghurtareproductsofbiotechnologyandhavebeenknownforcenturies基因工程的应用基因工程的应用抗虫基因(杀虫结晶蛋白基因)抗病基因抗非生物胁迫基因改良作物品质的基因基因工程与农业目的:是将克隆到的特殊基因导入受体植物使之增加一些优质性状(高产、稳定、优质、抗虫、抗病等)。()转基因植物(transgenicplants)GeneticallyModified(GM)FoodsGeneticallyModified(GM)FoodsToday,DNAtechnologyisquicklyreplacingtraditionalplantbreedingprogramsIn,roughlyhalfoftheAmericancropsofsoybeansandcornweregeneticallymodifiedinsomewayCornhasbeengeneticallymodifiedtoresistinsectinfestationThiscornhasbeendamagedbytheEuropeancornborer“Goldenrice”hasbeengeneticallymodifiedtocontainbetacaroteneOurbodiesusebetacarotenetomakevitaminASomeExamplesofCurrentTransgenicPlantsSomeExamplesofCurrentTransgenicPlantsRoundupReady™SoybeansHerbicidessuchasRoundupTMandLibertyLinkTMareabletokillawiderangeofweedsDevelopmentofherbicideresistantcropsallowstheeliminationofsurroundingweedswithoutharmtothecropsInsectResistanceVariousinsectresistantcropshavebeenproducedMostofthesemakeuseoftheCrygeneinthebacteriaBacillusthuringiensis(Bt)thisgenedirectstheproductionofaproteinthatcausesparalysisanddeathtomanyinsectsEdiblevaccinesproducedbytransgenicplantsareattractiveformanyreasonsThecostassociatedwiththeproductionofthevaccineislow,especiallysincethevaccinecanbeingesteddirectly,andvaccineproductioncanberapidlyupscaledshouldtheneedarisesEdiblevaccineislikelytoreachmoreindividualsindevelopingcountriesThefirsthumanclinicaltrialtookplaceinVaccineagainstthetoxinfromthebacteriaEcoliwasproducedinpotatoIngestionofthistransgenicpotatoresultedinsatisfactoryvaccinationsandnoadverseeffects世界各国转基因作物大田释放情况()世界各国转基因作物大田释放情况()中国已经批准进入大田的转基因植物()中国已经批准进入大田的转基因植物()世纪年代研究单细胞受精卵。Gordon克隆的胸苷激酶基因注射到小鼠受精卵产生的小鼠叫做转基因小鼠(transgenicmice)Palmitter将大鼠GH基因注射到小鼠受精卵产生大倍的“超级小鼠”(supermice)()转基因动物(transgenicanimals)AnExampleThisimageshowsatransgenicmouse(right)withanormallittermate(left)ThegiantmousedevelopedfromafertilizedeggtransformedwitharecombinantDNAmoleculecontaining:thestructuralgeneforhumangrowthhormoneastrongmousegenepromoterThelevelsofgrowthhormoneintheserumofsomeofthetransgenicmicewereseveralhundredtimeshigherthanincontrolmice年月上海医学遗传研究所与复旦大学遗传所合作获得了转人凝血因子IX的转基因山羊年月中科院动物所成功的克隆了解毒酶基因。FarmAnimalsand“harm”AnimalsFarmAnimalsand“harm”AnimalsWhiletransgenicplantsareusedtodayascommercialproducts,transgenicwholeanimalsarecurrentlyonlyinthetestingphaseThesetransgenicsheepcarryageneforahumanbloodproteinThisproteinmayhelpinthetreatmentofcysticfibrosis转基因动物的研究方向转基因动物的研究方向显微注射技术基因打靶逆转录病毒载体技术转基因动物乳腺反应器制药业的兴起DNAcanbeconductedintoacellby:DNAcanbeconductedintoacellby:MicroinjectionGenegun基因工程的应用基因工程的应用基因工程在医药领域中的应用用转基因植物或动物生产药物用微生物生产药物大肠杆菌或酵母菌生产激素(如胰岛素)、干扰素等设计高效高特异性的生物制剂应用定点突变技术设计蛋白质或酶的结构制造出高效高特异性的生物制剂基因诊断基因诊断法医鉴定基因治疗将正常的外源基因导入靶细胞中以弥补靶细胞所缺失或突变的基因、或抑制异常表达的基因。基因病、肿瘤、心血管病、糖尿病等。(仍在探索阶段)制造新型疫苗(如HIV、乙肝、丙肝、霍乱、痢疾、SARS)研制疫苗In,ayearoldventurecapitalistcalledRobertSwansonhadadiscussionoverafewbeerswithaUniversityofCaliforniaprofessor,HerbRoyerThediscussioncentredonthecommercialpotentialofgenemanipulationandthefoundingofthecompanyofGeneticEngineeringTechnology(genentech)年岁的风险投资人RobertSwanson与UniversityofCalifornia的教授HerbBoyer共饮了几杯啤酒讨论了基因工程技术的商业前景。讨论结束时他们决定建立一个公司并取名为Genentech(GeneticEngineeringTechnology)。第一个基因工程公司在学术界和商业界的满腹怀疑中诞生了!Genentech的骄人业绩Genentech的骄人业绩美国已批准上市的基因工程药物()美国已批准上市的基因工程药物()中国已经批准上市的基因工程药物()中国已经批准上市的基因工程药物()MakingHumulinMakingHumulinIn,theworld’sfirstgeneticallyengineeredpharmaceuticalproductwasproducedHumulin,humaninsulin,wasproducedbygeneticallymodifiedbacteriaDNAtechnologyisalsohelpingmedicalresearchersdevelopvaccinesAvaccineisaharmlessvariantorderivativeofapathogenVaccinesareusedtopreventinfectiousdiseases医药药物基因组学人工设计克隆Ps疾病的动物模型治疗性小分子植物微生物诊断用蛋白治疗性蛋白微生物动物疫苗植物微生物治疗性核酸基因治疗基因修复反义药物DNA疫苗诊断性核酸遗传病传染病年月日美国科学家宣布世界首例人造生命完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生并将它命名为“人造儿”。基因伦理基因伦理“改良人的基因进行优生”对OR错中国基因歧视第一案赵亚华编著分子生物学教程科学出版社杨汝德主编基因工程华南理工大学出版社孙明主编基因工程高等教育出版社主要参考书目录

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