基因工程Gene Engineering

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1、基因工程GeneEngineering主讲人：王祎玲Email:ylwangbj@yahoo.com.cnPhone:18603570866概述Introduction第一节基因工程的诞生DNA重组技术的定义重组DNA技术是指将一种生物体（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，是指按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新形状的DNA体外操作程序，也成为分子克隆技术。因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。一、基因工程的定义基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下

2、游技术两大组成部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。基因工程的基本形式第一代基因工程蛋白多肽基因的高效表达经典基因工程第二代基因工程蛋白编码基因的定向诱变蛋白质工程第三代基因工程代谢信息途径的修饰重构途经工程第四代基因工程基因组或染色体的转移基因组工程二、基因工程诞生的理论基础（1）肺炎双球菌转化实验1944年Avery，确定了基因的分子载体是DNA，而不是蛋白质。（2）噬菌体转染实验1952年AlfredHershy和M

3、arshaChase进一步证明遗传物质是DNA。1.DNA是遗传物质1953年JamesD.Watson和FrancisH.C.Crick揭示了DNA分子的双螺旋结构和半保留复制机制。2.DNA双螺旋结构3.中心法则和遗传密码1957年Crick又提出了遗传信息传递的“中心法则”1964年MarshallNirenberg和GobindKhorana等终于破译了64个遗传密码DNARNAprotein三、基因工程诞生的技术突破三、基因工程诞生的技术突破1.限制性内切酶（restrictionenzymes）1970年H.O.Sm

4、ith等分离出第一种限制性核酸内切酶。WernerArber理论预见限制酶DanielNathans用限制酶切得SV40DNA片断HamiltonO.Smith得到第一个限制酶1978年Nobel生理或医学奖2.DNA连接酶（ligase）1967年5个实验室几乎同时发现了DNA连接酶。3.载体（vector）1972年前后使用小分子量的细菌质粒和噬菌体作载体。在细菌细胞里的大量扩增。4.感受态体系1970年M.Mandel和A.Higa发现经过氯化钙处理的大肠杆菌容易吸收噬菌体DNA。1972年S.Cohen发现这种处理过的

5、细菌同样能吸收质粒DNA。5.琼脂糖凝胶电泳1960s发明了琼脂糖凝胶电泳，可将不同长度的DNA分离开。6.DNA测序技术1975年F.Sanger、A.Maxam和W.Gilbert发明了DNA快速测序技术。1980年Nobel化学奖四、基因工程的诞生1980年Nobel化学奖1972年斯坦福大学的PaulBerg小组完成了首次体外重组实验：1.Berg的开创性实验将SV40的DNA片断与噬菌体的DNA片断连接起来。（用DNA末端转移酶，而非限制性内切酶）2.Boyer-Cohen实验1973年斯坦福大学的S.Cohen小组

6、将含有卡那霉素抗性基因的大肠杆菌R6-5质粒与含有四环素抗性基因的另一种大肠杆菌质粒pSC101连接成重组质粒，具有双重抗药性。后来又把非洲爪蟾核糖体基因片断同pSC101质粒重组，转化大肠杆菌，并在菌体内成功转录出相应的mRNA。这是第一次成功的基因克隆实验。Boyer-Cohen实验StanleyCohen1986Nobel生理或医学奖HerbBoyer外源DNA在寄主细胞内可大量扩增，和高水平表达。1.跨物种性2.无性扩增外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。五、基因工程的特征2.重组体的制备六、基因工程的主要操作内容

7、1.目的基因的获取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（载体）转入适当的受体细胞中。4.克隆鉴定3.重组体的转化挑选转化成功的细胞克隆（含有目的基因）。5.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。制造带有抗生素抗性基因或有产生病毒能力的基因的新型微生物有可能在人类或其它生物体内传播。1.对环境的影响2.新型病毒的出现重新组合一种在自然见尚未发现的的生物性状有可能给现有

8、的生态环境带来不良影响。一、基因工程的安全隐患第二节基因工程的安全性将肿瘤病毒或其它动物病毒的DNA引入细菌有可能扩大癌症的发生范围。4.人造生物扩散新组成的重组DNA生物体的意外扩散可能会出现不同程度的潜在危险。3.癌症扩散1.公众的担忧二、重组DNA研究的安