现代生物技术讲义

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1、现代生物技术讲义一、现代生物技术Biotechnology什么是现代生物技术？现代生物技术是以生命科学为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其他组成部分）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品或提供服务的综合性技术。这门技术内涵十分丰富它涉及到：对生物的遗传基因进行改造或重组，并使重组基因在细胞内表达，产生人类需要的新物质的基因技术（如“克隆技术”）；从简单普通的原料出发，设计最佳路线，选择适当的酶，合成所需功能产品的生物分子工程技术：利用生物细胞大量加工、制造产品的生物生产技术（如发酵）；将生物分子与电子、光学或机械系

2、统连接起来，并把生物分子捕获的信息放大、传递。转换成为光。电或机械信息的生物耦合技术；在纳米（即百万分之一毫米）尺度上研究生物大分子精细结构及其与功能的关系。并对其结构进行改造利用它们组装分子设备的纳米生物技术：模拟生物或生物系统。组织、器官功能结构的仿生技术等等。现代生物技术以分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、遗传学、生理学等学科为支撑，结合了化学、化工、计算机、微电子等学科，从而形成了一门多学科互相渗透的综合性学科。就其应用领域，可分为农业生物技术、医学生物技术、植物生物技术、动物生物技术、食品生物技术、环境生物技术等。现代生物技术（基因工程）的特点：（１

3、）能打破物种之间的界限。在传统遗传育种的概念中，亲缘关系远一点的物种，要想杂交成功几乎是不可能的，更不用说动物与植物之间、细菌与动物之间、细菌与植物之间的杂交了。但基因工程技术却可越过交配屏障，使这一切有了实现的可能。（２）可以根据人们的意愿、目的，定向地改造生物遗传特性，甚至创造出地球上还不存在的新的生命物种。同时，这种技术对人类自身的进化过程也可能产生影响。（３）由于这种技术是直接在遗传物质核酸上动手术，因而创造新的生物类型的速度可以大大加快。（一）、基因工程geneticengineering——核心 基因工程也称为遗传工程，是生物技术的主体技术。基因工程是指按

4、照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组后转入细胞内进行扩增，并表达产生所需蛋白质的技术。基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化为人类提供有用产品及服务。    1．基因工程的基本步骤    第一步：获得符合人类意愿的基因，即获得目的基因。目的基因是依据基因工程设计中所需要的某些DNA分子片段，含有所需要的完整的遗传信息。获得目的基因的方法很多，目前采用的分离、合成目的基因的方法主要有：    超速离心法：根据不同基因的组成不同，即其内的碱基对的比例不同，其浮力、密度等理化性质也不同的原理，应用密度梯度超速离心机，直接

5、将特殊的目的基因分离出来。    分子杂交法：采用加碱或加热的方法使DNA变成单链，而后加入有放射性标记的RNA，让DNA在特定的条件下，结合成DNA和RNA的杂交分子，再用多聚酶制备出足够数量的双链DNA分子，进而获得DNA目的基因。32    反转录酶法：先分离出特定的mRNA，再用反转录酶做催化剂，以RNA为模板合成所需要的DNA目的基因。    合成法：如果已知目的基因的碱基排列顺序，可用酶法或化学法，直接合成目的基因。目前此法已很少采用。    第二步：把目的基因接到某种运载体上，常用的运载体有能够和细菌共生的质粒、温和噬菌体（病毒）等。    DNA重组技

6、术：重组DNA就是让DNA片段和载体连接。外源DNA是很难直接透过细胞膜进入受体细胞的。即使进入受体细胞之中，也会受到细胞内限制性内切酶的作用而分解。目的基因结合到经过改造的细菌中的质粒（细菌细胞中的小环状DNA分子）或温和噬菌体（病毒）上后形成的组合体称为重组体DNA。在这一技术中，限制性内切酶是一种常用的工具酶，它能“切开”质粒的环形DNA，也能切取目的基因，然后把目的基因DNA片段与质粒DNA分子的两端，在连接酶的作用互补连接形成重组体DNA。    第三步：通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使它得到表达。目的基因的表达是指目的基因进入受体细胞后能准确地转录

7、和翻译。目的基因能否表达是基因工程是否成功的关键。    目前，人类已经利用外源基因，如人的生长激素基因、人胸腺激素基因、人干扰素基因、牛生长激素基因等，导入细菌中，生产出相应的产品，在临床上得到了广泛的应用，取得了可观的经济效益和社会效益。（二）、细胞工程Cellengineering    细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合技术科学。细胞工程主要包括体细胞融合，核移植，细胞器摄取和染色体片段的重组等。固体细胞融合的技术，如今已