12講生物技術(shù)

1、1第第12講講 生物技術(shù)生物技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 生物技術(shù)概述生物技術(shù)概述 第二節(jié)第二節(jié) 基因工程基因工程 第三節(jié)第三節(jié) 其它生物技術(shù)其它生物技術(shù)發(fā)光樹(shù)發(fā)光樹(shù)2第一節(jié)第一節(jié) 生物技術(shù)概述生物技術(shù)概述 生物技術(shù)將主導(dǎo)人類歷史的第三次技術(shù)革命生物技術(shù)將主導(dǎo)人類歷史的第三次技術(shù)革命 第一次技術(shù)革命第一次技術(shù)革命工業(yè)革命工業(yè)革命 解放人的雙手解放人的雙手 第二次技術(shù)革命第二次技術(shù)革命信息技術(shù)信息技術(shù) 擴(kuò)展人的大腦擴(kuò)展人的大腦 第三次技術(shù)革命第三次技術(shù)革命生物技術(shù)生物技術(shù) 改造生命本身改造生命本身 生物技術(shù)的發(fā)展為人類帶來(lái)了巨大的利益和生物技術(shù)的發(fā)展為人類帶來(lái)了巨大的利益和財(cái)富財(cái)富，將是未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)

2、力。，將是未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。3生物工程簡(jiǎn)史生物工程簡(jiǎn)史 傳統(tǒng)發(fā)酵釀酒、制醬、制醋技術(shù)傳統(tǒng)發(fā)酵釀酒、制醬、制醋技術(shù) 1860年，年，pausteur單一霉菌純粹培養(yǎng)技術(shù)單一霉菌純粹培養(yǎng)技術(shù) 1878年，啤酒酵母單一培養(yǎng)技術(shù)年，啤酒酵母單一培養(yǎng)技術(shù) 1881年，細(xì)菌的純粹培養(yǎng)技術(shù)年，細(xì)菌的純粹培養(yǎng)技術(shù) 1929年，發(fā)現(xiàn)抗菌素年，發(fā)現(xiàn)抗菌素“盤尼西林盤尼西林” 1946年，用細(xì)菌生產(chǎn)出氨基酸年，用細(xì)菌生產(chǎn)出氨基酸 1952年，用微生物轉(zhuǎn)化荷爾蒙獲得成功年，用微生物轉(zhuǎn)化荷爾蒙獲得成功 1953年，年，watson和和crick提出了提出了dna雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) 1956 年，年，kornber

3、g 發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了 dna 聚合酶聚合酶 1966 年，破譯了氨基酸三聯(lián)密碼子年，破譯了氨基酸三聯(lián)密碼子 4生物工程簡(jiǎn)史生物工程簡(jiǎn)史 1970 年，發(fā)現(xiàn)了核酸限制性內(nèi)切酶年，發(fā)現(xiàn)了核酸限制性內(nèi)切酶 1972年，年，stanford大學(xué)構(gòu)建了第一個(gè)重組大學(xué)構(gòu)建了第一個(gè)重組dna分子分子 1975 年，研制出了第一個(gè)單克隆抗體年，研制出了第一個(gè)單克隆抗體 1982 年，年，fda 批準(zhǔn)了第一個(gè)基因工程藥物批準(zhǔn)了第一個(gè)基因工程藥物-重組人重組人 胰島素胰島素 1983 年，年，mullis 發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (pcr) 技術(shù)技術(shù) 1990 年，人類基因組計(jì)劃年，人類基因組計(jì)劃(

4、hgp) 啟動(dòng)啟動(dòng) 1997 年，克隆羊多利誕生年，克隆羊多利誕生 2000 年，人類基因組序列草圖完成年，人類基因組序列草圖完成 2003年，人類基因組計(jì)劃完成年，人類基因組計(jì)劃完成世界上第一個(gè)生物技術(shù)公司世界上第一個(gè)生物技術(shù)公司 1976年年4月月7日，日，herb boyer 和和 bob swanson 創(chuàng)建了創(chuàng)建了 genentech 公司，公司，標(biāo)志著生物技術(shù)產(chǎn)標(biāo)志著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的誕生。業(yè)的誕生。5生物技術(shù)生物技術(shù) 應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物體對(duì)物料進(jìn)行加工，以提物、動(dòng)物、植物體對(duì)物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)供

5、產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)19821982年，國(guó)年，國(guó)際合作與發(fā)展組織際合作與發(fā)展組織 以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的19861986年，國(guó)家科委年，國(guó)家科委現(xiàn)代生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù) 傳統(tǒng)生物技術(shù)：微生物發(fā)酵，一般可分為傳統(tǒng)生物技術(shù)：微生物發(fā)酵，一般可分為上游上游/中游中游/下游過(guò)程下游過(guò)程 現(xiàn)代生物技術(shù)：以現(xiàn)代生物技術(shù)：以dna重組為主要手段的

6、重組為主要手段的基因工程為核心，也包括酶工程基因工程為核心，也包括酶工程/細(xì)胞工程細(xì)胞工程/發(fā)酵工程等；多學(xué)科交叉；廣泛使用計(jì)算發(fā)酵工程等；多學(xué)科交叉；廣泛使用計(jì)算機(jī)及各種高科技儀器設(shè)備；應(yīng)用領(lǐng)域廣泛機(jī)及各種高科技儀器設(shè)備；應(yīng)用領(lǐng)域廣泛8生物工程生物工程 生物工程是生物技術(shù)的總稱，是對(duì)生命有機(jī)生物工程是生物技術(shù)的總稱，是對(duì)生命有機(jī)體在體在分子水平分子水平、細(xì)胞水平細(xì)胞水平、組織水平組織水平、個(gè)體個(gè)體水平水平進(jìn)行不同層次的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和改造，使進(jìn)行不同層次的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和改造，使之能之能定向定向組建具有特定性狀的新物種或新品組建具有特定性狀的新物種或新品系，從而造福人類的現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)。系，從而造福人

7、類的現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)。 研究生物工程的意義：研究生物工程的意義：使人類進(jìn)入了按照自己的需要人工創(chuàng)造新生物的使人類進(jìn)入了按照自己的需要人工創(chuàng)造新生物的偉大時(shí)代。偉大時(shí)代。世界新技術(shù)革命的三大支柱之一（信息、材料、世界新技術(shù)革命的三大支柱之一（信息、材料、生物工程生物工程），具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α＃?，具有相?dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α?生物工程的內(nèi)容和特點(diǎn)生物工程的內(nèi)容和特點(diǎn) 生物工程的四大體系：生物工程的四大體系： 基因工程基因工程 細(xì)胞工程細(xì)胞工程 蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程 發(fā)酵工程發(fā)酵工程 生物工程的顯著特點(diǎn)：生物工程的顯著特點(diǎn)： 高技術(shù)（精細(xì)和密集的復(fù)雜技術(shù)）高技術(shù)（精細(xì)和密集的復(fù)雜技術(shù)） 高投入（尤其是前期

8、科研投入高）高投入（尤其是前期科研投入高） 高利潤(rùn)高利潤(rùn)10第二節(jié)第二節(jié) 基因工程基因工程 基因工程基因工程就是將不同生物的外源就是將不同生物的外源dna(dna(基因）基因）插入到載體分子上，形成插入到載體分子上，形成“雜種雜種”dnadna分子，分子，導(dǎo)入受體細(xì)胞中擴(kuò)增和表達(dá)，導(dǎo)入受體細(xì)胞中擴(kuò)增和表達(dá)，從而得到期從而得到期望的由這個(gè)外源基因所編碼的蛋白質(zhì)。望的由這個(gè)外源基因所編碼的蛋白質(zhì)。 重組重組dnadna技術(shù)技術(shù)，又稱為基因或分子克隆技術(shù)，又稱為基因或分子克隆技術(shù)，是基因工程的核心技術(shù)。該技術(shù)包括了一是基因工程的核心技術(shù)。該技術(shù)包括了一系列的分子生物學(xué)操作步驟。系列的分子生物學(xué)操作步

9、驟。112.1 理論上的三大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)上的三理論上的三大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)上的三大發(fā)明導(dǎo)致了基因工程的誕生大發(fā)明導(dǎo)致了基因工程的誕生 理論上的三大發(fā)現(xiàn)：理論上的三大發(fā)現(xiàn)：dnadna為遺傳物質(zhì)為遺傳物質(zhì)dnadna雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和dnadna半保留復(fù)制機(jī)制半保留復(fù)制機(jī)制遺傳密碼與中心法則遺傳密碼與中心法則 技術(shù)上的三大發(fā)明：技術(shù)上的三大發(fā)明：限制性內(nèi)切酶和連接酶限制性內(nèi)切酶和連接酶載體載體逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 19731973年，完成了年，完成了dnadna的體外重組并成功轉(zhuǎn)化的體外重組并成功轉(zhuǎn)化分子生物學(xué)基礎(chǔ)分子生物學(xué)基礎(chǔ) dna即脫氧核糖核酸，攜帶決定生物遺傳即脫氧核糖核酸，攜帶決

10、定生物遺傳，細(xì)胞分裂、分化、生長(zhǎng)以及蛋白質(zhì)生物，細(xì)胞分裂、分化、生長(zhǎng)以及蛋白質(zhì)生物合成等生命信息合成等生命信息 dna分子的基本單位是脫氧核糖核苷酸，分子的基本單位是脫氧核糖核苷酸，由堿基、脫氧核糖和磷酸基三部分組成由堿基、脫氧核糖和磷酸基三部分組成 堿基有四種：堿基有四種：a、g、c、t13限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶dnadna的的“手術(shù)刀手術(shù)刀” 限制性內(nèi)切酶：限制性內(nèi)切酶：生物工程中最重要的工具生物工程中最重要的工具酶，主要從原核生物中提??；它能識(shí)別雙酶，主要從原核生物中提??；它能識(shí)別雙鏈鏈dnadna分子中的特異性核苷酸序列，使它在分子中的特異性核苷酸序列，使它在特定的位點(diǎn)水解。特定的位

11、點(diǎn)水解。 arber、smith和和nathans因?yàn)樵诎l(fā)現(xiàn)限制因?yàn)樵诎l(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶方面的開(kāi)創(chuàng)性工作而共同獲得了性內(nèi)切酶方面的開(kāi)創(chuàng)性工作而共同獲得了1978年的諾貝爾獎(jiǎng)年的諾貝爾獎(jiǎng) 該種酶已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和鑒定了該種酶已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和鑒定了200多種多種14ecori和和t4連接酶連接酶ecoecoriri特異特異識(shí)別識(shí)別gaattcgaattc粘性粘性末端末端常見(jiàn)限制性內(nèi)切酶常見(jiàn)限制性內(nèi)切酶1516載體載體運(yùn)送基因的工具運(yùn)送基因的工具 載體是運(yùn)送目的基因片段進(jìn)入宿主細(xì)胞的載體是運(yùn)送目的基因片段進(jìn)入宿主細(xì)胞的工具，目前最常用的載體包括細(xì)菌質(zhì)粒、工具，目前最常用的載體包括細(xì)菌質(zhì)粒、噬菌體、噬菌體、cosmi

12、d質(zhì)粒和質(zhì)粒和yac載體等。載體等。 質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞中自然存在于染色體外可質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞中自然存在于染色體外可以自主復(fù)制的一段環(huán)狀以自主復(fù)制的一段環(huán)狀dna分子。進(jìn)入到分子。進(jìn)入到宿主細(xì)胞中的一個(gè)質(zhì)?？梢源罅吭黾悠淇剿拗骷?xì)胞中的一個(gè)質(zhì)?？梢源罅吭黾悠淇截悢?shù)。貝數(shù)。17細(xì)菌質(zhì)粒細(xì)菌質(zhì)粒puc18多克隆多克隆位點(diǎn)位點(diǎn)182.2 重組重組dna的一的一般操作步驟般操作步驟 1 1、獲得目的基因、獲得目的基因 2 2、構(gòu)建重組、構(gòu)建重組dnadna分子分子 3 3、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞 4 4、篩選和鑒定轉(zhuǎn)化子、篩選和鑒定轉(zhuǎn)化子 5 5、培養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞獲得、培養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞獲得所需的遺傳性狀或產(chǎn)物所需

13、的遺傳性狀或產(chǎn)物19（1）獲得目的基因）獲得目的基因分離分離逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄從生物從生物基因組基因組中分離中分離基因組基因組dnadna酶切產(chǎn)物酶切產(chǎn)物總總rnarnamrnamrnacdnacdna人工人工合成合成化學(xué)合成化學(xué)合成pcrpcr20細(xì)胞內(nèi)總細(xì)胞內(nèi)總dna的提取的提取21紫外分紫外分光光度光光度計(jì)測(cè)定計(jì)測(cè)定dna溶溶液的純液的純度和濃度和濃度度22基因文庫(kù)的構(gòu)建基因文庫(kù)的構(gòu)建23反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄人工合人工合成成cdna24pcr法法同時(shí)完成目的基因的尋同時(shí)完成目的基因的尋 找和擴(kuò)增找和擴(kuò)增 pcr的發(fā)明是的發(fā)明是dna操作技術(shù)的革命操作技術(shù)的革命 美國(guó)美國(guó)mullis教授教授1988年發(fā)

14、明了年發(fā)明了pcr技術(shù)技術(shù) 1993年獲得諾貝爾獎(jiǎng)年獲得諾貝爾獎(jiǎng)25（2）構(gòu)建重組構(gòu)建重組dnadna分子分子外源外源dnadna質(zhì)質(zhì)粒粒酶切位點(diǎn)酶切位點(diǎn)酶切位點(diǎn)酶切位點(diǎn)酶切酶切酶切酶切混合混合dnadna連接酶連接酶26（3 3）將重組）將重組dnadna引入宿主細(xì)胞引入宿主細(xì)胞 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化：某一基因型細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收某一基因型細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收另一基因型細(xì)胞的另一基因型細(xì)胞的dna，而使其基因型和，而使其基因型和表型發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。表型發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)染：除去蛋白質(zhì)外殼的病毒核酸感染細(xì)除去蛋白質(zhì)外殼的病毒核酸感染細(xì)胞或原生質(zhì)體的過(guò)程。胞或原生質(zhì)體的過(guò)程。 轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)：用噬

15、菌體做載體，將一個(gè)細(xì)胞的基用噬菌體做載體，將一個(gè)細(xì)胞的基因傳遞給另一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程因傳遞給另一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程. 27基基因因槍槍法法28顯顯微微注注射射29農(nóng)農(nóng)桿桿菌菌介介導(dǎo)導(dǎo)30（4）對(duì)轉(zhuǎn)化子的篩選）對(duì)轉(zhuǎn)化子的篩選 篩選：篩選：從大量攜帶重組體從大量攜帶重組體dnadna的宿主細(xì)胞中的宿主細(xì)胞中分離出攜帶目的基因的細(xì)胞。分離出攜帶目的基因的細(xì)胞。 篩選方法：篩選方法：遺傳學(xué)方法遺傳學(xué)方法對(duì)于帶有抗藥性基因的質(zhì)粒，對(duì)于帶有抗藥性基因的質(zhì)粒，可通過(guò)檢測(cè)受體菌是否由敏感狀態(tài)變成抗藥狀可通過(guò)檢測(cè)受體菌是否由敏感狀態(tài)變成抗藥狀態(tài)進(jìn)行篩選態(tài)進(jìn)行篩選. .免疫學(xué)方法免疫學(xué)方法用特異性抗體檢測(cè)基因產(chǎn)物從用特異性

16、抗體檢測(cè)基因產(chǎn)物從而篩選陽(yáng)性克隆的方法而篩選陽(yáng)性克隆的方法31southern雜交雜交轉(zhuǎn)化子的轉(zhuǎn)化子的分析分析32將老鼠的基因轉(zhuǎn)到大腸桿菌中將老鼠的基因轉(zhuǎn)到大腸桿菌中抽取抽取dnadna切下鼠切下鼠dnadna切開(kāi)質(zhì)粒切開(kāi)質(zhì)粒dnadna將質(zhì)粒導(dǎo)入宿主細(xì)胞將質(zhì)粒導(dǎo)入宿主細(xì)胞混合、連接混合、連接 33將老鼠的基因轉(zhuǎn)到大腸桿菌中將老鼠的基因轉(zhuǎn)到大腸桿菌中培養(yǎng)基中加抗生素培養(yǎng)基中加抗生素培養(yǎng)培養(yǎng)裂解細(xì)胞釋放裂解細(xì)胞釋放dnadna分子分子雜交雜交分離擴(kuò)增目的克隆分離擴(kuò)增目的克隆342.3 基因工程應(yīng)用基因工程應(yīng)用 基因工程在基因工程在醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)上被用于大量生產(chǎn)過(guò)去難以上被用于大量生產(chǎn)過(guò)去難以得到或幾乎

17、不可能得到的蛋白質(zhì)肽類藥物。得到或幾乎不可能得到的蛋白質(zhì)肽類藥物。10g胰島素胰島素1000 磅牛胰磅牛胰200升發(fā)酵液升發(fā)酵液干擾素干擾素1200升人血升人血1升發(fā)酵液升發(fā)酵液23萬(wàn)美元萬(wàn)美元/病人病人200300美元美元/病人病人35基因工程技術(shù)提高奶酪產(chǎn)量基因工程技術(shù)提高奶酪產(chǎn)量哺乳小牛哺乳小牛胃胃凝乳酶凝乳酶凝乳酶基因凝乳酶基因啤酒酵母啤酒酵母轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入制造奶酪制造奶酪36轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因植物獲得新的性狀轉(zhuǎn)基因植物獲得新的性狀372002年全球轉(zhuǎn)基因作物種植情況年全球轉(zhuǎn)基因作物種植情況38轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物首先在小鼠轉(zhuǎn)基因動(dòng)物首先在小鼠獲得成功?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)基因獲得

18、成功?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)已用于牛、羊，動(dòng)物技術(shù)已用于牛、羊，使得從使得從 牛牛/ /羊羊 奶中可以奶中可以生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物。稱為生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物。稱為“乳腺反應(yīng)器乳腺反應(yīng)器”工程。工程。 例如：從轉(zhuǎn)基因羊的羊例如：從轉(zhuǎn)基因羊的羊奶中提取出治療心臟病奶中提取出治療心臟病的藥物的藥物tpatpa蜘蛛山羊蜘蛛山羊 轉(zhuǎn)基因山羊能通轉(zhuǎn)基因山羊能通過(guò)乳腺分泌產(chǎn)生過(guò)乳腺分泌產(chǎn)生有著超強(qiáng)抗張強(qiáng)有著超強(qiáng)抗張強(qiáng)度的蜘蛛絲，很度的蜘蛛絲，很多科學(xué)家把蜘蛛多科學(xué)家把蜘蛛絲叫做絲叫做“生物鋼生物鋼”。3940環(huán)境工程菌環(huán)境工程菌 美國(guó)美國(guó) ge 公司構(gòu)造成功具有巨大烴類分解能公司構(gòu)造成功具有巨大烴類分解能力的工程菌，并獲專

19、利，用于清除石油污染。力的工程菌，并獲專利，用于清除石油污染。研究人類遠(yuǎn)古的遺傳信息研究人類遠(yuǎn)古的遺傳信息4142第三節(jié)第三節(jié) 其它生物技術(shù)其它生物技術(shù) 3.1 細(xì)胞工程：細(xì)胞工程：是指通過(guò)細(xì)胞水平上的篩選或是指通過(guò)細(xì)胞水平上的篩選或改造，獲得有商業(yè)價(jià)值的細(xì)胞株或細(xì)胞系，改造，獲得有商業(yè)價(jià)值的細(xì)胞株或細(xì)胞系，再通過(guò)規(guī)模培養(yǎng)，獲得特殊商品的技術(shù)與過(guò)再通過(guò)規(guī)模培養(yǎng)，獲得特殊商品的技術(shù)與過(guò)程。程。 基本原理基本原理：將一種生物細(xì)胞中攜帶全套遺傳：將一種生物細(xì)胞中攜帶全套遺傳信息的信息的基因組或染色體基因組或染色體全部轉(zhuǎn)入另一種生物全部轉(zhuǎn)入另一種生物細(xì)胞，從而改變細(xì)胞的遺傳性，改造生物的細(xì)胞，從而改變

20、細(xì)胞的遺傳性，改造生物的性狀和功能。性狀和功能。 包括包括細(xì)胞融合細(xì)胞融合、細(xì)胞器移植細(xì)胞器移植、染色體工程染色體工程、細(xì)胞和組培技術(shù)細(xì)胞和組培技術(shù)等。等。43動(dòng)動(dòng)物物細(xì)細(xì)胞胞培培養(yǎng)養(yǎng)44體細(xì)胞雜交體細(xì)胞雜交/細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞融合技術(shù) 體細(xì)胞雜交體細(xì)胞雜交/細(xì)胞融合技術(shù)：細(xì)胞融合技術(shù)：通過(guò)生物學(xué)、通過(guò)生物學(xué)、化學(xué)或物理學(xué)的方法，使兩個(gè)不同種類的化學(xué)或物理學(xué)的方法，使兩個(gè)不同種類的體細(xì)胞融合在一起，從而產(chǎn)生具有兩個(gè)親體細(xì)胞融合在一起，從而產(chǎn)生具有兩個(gè)親本遺傳性狀的新細(xì)胞。本遺傳性狀的新細(xì)胞。 例如：例如：童魚(yú)童魚(yú)世界上第一條沒(méi)有父母的世界上第一條沒(méi)有父母的魚(yú)魚(yú) ，“鯽鯉核質(zhì)雜交魚(yú)鯽鯉核質(zhì)雜交魚(yú)”

21、利用雜交瘤細(xì)胞制備單利用雜交瘤細(xì)胞制備單克隆抗體克隆抗體克隆克隆“多莉羊多莉羊”細(xì)細(xì)胞融合技術(shù)的高峰胞融合技術(shù)的高峰473.2 蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程 “后基因組時(shí)代后基因組時(shí)代”將是將是“蛋白質(zhì)組學(xué)時(shí)代蛋白質(zhì)組學(xué)時(shí)代”，即從對(duì)基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息即從對(duì)基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研究，包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)的研究，包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用。用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用。 蛋白質(zhì)工程就是在對(duì)蛋白質(zhì)的化學(xué)、晶體蛋白質(zhì)工程就是在對(duì)蛋白質(zhì)的化學(xué)、晶體學(xué)、動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)、動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)人工改造與合成，最終獲得商業(yè)對(duì)

22、蛋白質(zhì)人工改造與合成，最終獲得商業(yè)化的產(chǎn)品?；漠a(chǎn)品。48蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程 從生物體中分離純化目的蛋白從生物體中分離純化目的蛋白 測(cè)定其氨基酸序列測(cè)定其氨基酸序列 借助核磁共振和借助核磁共振和x射線晶體衍射等手段，盡可射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響 設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如點(diǎn)突變?cè)O(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如點(diǎn)突變 分離、純化新蛋白，功

23、能檢測(cè)后投入實(shí)際使分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用。用。酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)50通過(guò)點(diǎn)突變改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)通過(guò)點(diǎn)突變改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)復(fù)性蛋白質(zhì)復(fù)性將蛋白質(zhì)從結(jié)構(gòu)不規(guī)將蛋白質(zhì)從結(jié)構(gòu)不規(guī)則、無(wú)活性的狀態(tài)，則、無(wú)活性的狀態(tài)，恢復(fù)到有唯一立體結(jié)恢復(fù)到有唯一立體結(jié)構(gòu)、有生物活性的狀構(gòu)、有生物活性的狀態(tài)的過(guò)程稱為態(tài)的過(guò)程稱為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)復(fù)性復(fù)性。大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng) 效率高、產(chǎn)量大效率高、產(chǎn)量大 周期短、成本低周期短、成本低 工藝穩(wěn)定、質(zhì)量可控工藝穩(wěn)定、質(zhì)量可控 缺點(diǎn)是易形成包含體缺點(diǎn)是易形成包含體。因無(wú)法有效的解決。因無(wú)法有效的解決復(fù)性問(wèn)題，在美國(guó)每復(fù)性問(wèn)題，在美國(guó)

24、每年造成的經(jīng)濟(jì)損失就年造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)達(dá)十億美元十億美元 原核與真核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)比較原核與真核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)比較 原核細(xì)胞原核細(xì)胞: 發(fā)酵發(fā)酵包含體包含體復(fù)性復(fù)性 純化純化目的蛋白目的蛋白 真核細(xì)胞真核細(xì)胞: 發(fā)酵發(fā)酵 上清液上清液純純化化目的蛋白目的蛋白543.3 發(fā)酵工程發(fā)酵工程 發(fā)酵工程是利用微生物的特性，通過(guò)現(xiàn)代工發(fā)酵工程是利用微生物的特性，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接將其應(yīng)用于工程技術(shù)，生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的一門技術(shù)。業(yè)化生產(chǎn)的一門技術(shù)。 發(fā)酵工程的基本步驟：包括發(fā)酵工程的基本步驟：包括菌種選育菌種選育、菌種菌種生產(chǎn)生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物發(fā)酵代謝產(chǎn)物發(fā)酵和和分離分離

25、以及以及微生物機(jī)能微生物機(jī)能的利用的利用等。等。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：投資??；見(jiàn)效快；污染小投資??；見(jiàn)效快；污染小 發(fā)酵工程應(yīng)用廣泛：發(fā)酵工程應(yīng)用廣泛：醫(yī)藥工業(yè)；食品工業(yè)；醫(yī)藥工業(yè)；食品工業(yè)；能源工業(yè)；飼料工業(yè)；冶金工業(yè)；農(nóng)業(yè)能源工業(yè)；飼料工業(yè)；冶金工業(yè)；農(nóng)業(yè)發(fā)酵工業(yè)回顧發(fā)酵工業(yè)回顧 幾千年前，人類開(kāi)始釀酒、制醬、制奶酪等幾千年前，人類開(kāi)始釀酒、制醬、制奶酪等 1675年，列文虎克發(fā)明了顯微鏡，觀察到了微年，列文虎克發(fā)明了顯微鏡，觀察到了微生物生物 巴斯德證明酒精發(fā)酵是由于酵母菌引起的，發(fā)巴斯德證明酒精發(fā)酵是由于酵母菌引起的，發(fā)酵現(xiàn)象是由微生物所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)酵現(xiàn)象是由微生物所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng) 柯赫建立

26、了單種微生物的分離和純培養(yǎng)技術(shù)，柯赫建立了單種微生物的分離和純培養(yǎng)技術(shù)，新的發(fā)酵產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，以固態(tài)發(fā)酵和淺層液新的發(fā)酵產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，以固態(tài)發(fā)酵和淺層液態(tài)發(fā)酵為主態(tài)發(fā)酵為主 上世紀(jì)上世紀(jì)40年代，抗生素大規(guī)模深層發(fā)酵工藝建年代，抗生素大規(guī)模深層發(fā)酵工藝建立立 隨著新型發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵工藝和育種技術(shù)的發(fā)隨著新型發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵工藝和育種技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代發(fā)酵工程達(dá)到了一個(gè)新的高度展，現(xiàn)代發(fā)酵工程達(dá)到了一個(gè)新的高度發(fā)酵工程的內(nèi)容發(fā)酵工程的內(nèi)容 發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程和發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程和下游工程下游工程 上游工程包括優(yōu)良菌種的選育、最適發(fā)酵條件（上游工程包括優(yōu)良菌

27、種的選育、最適發(fā)酵條件（ph、溫度、溶氧和營(yíng)養(yǎng)組成）的確定、營(yíng)養(yǎng)物的準(zhǔn)備等、溫度、溶氧和營(yíng)養(yǎng)組成）的確定、營(yíng)養(yǎng)物的準(zhǔn)備等 發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，在發(fā)酵罐中大量發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，在發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。要求嚴(yán)格的無(wú)培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。要求嚴(yán)格的無(wú)菌生長(zhǎng)環(huán)境?？煞譃榉峙l(fā)酵，補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)菌生長(zhǎng)環(huán)境。可分為分批發(fā)酵，補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵發(fā)酵 下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。包括下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。包括固液分離技術(shù)，細(xì)胞破壁技術(shù)，蛋白質(zhì)純化技術(shù)，和固液分離技術(shù)，細(xì)胞破壁技術(shù)，蛋白質(zhì)純化技術(shù)，和產(chǎn)品的包

28、裝處理技術(shù)。還要考慮發(fā)酵后的菌體與廢物產(chǎn)品的包裝處理技術(shù)。還要考慮發(fā)酵后的菌體與廢物處理問(wèn)題處理問(wèn)題發(fā)酵工藝組成部分發(fā)酵工藝組成部分培養(yǎng)基制備培養(yǎng)基制備 種子培養(yǎng)種子培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵罐產(chǎn)物的提取精制產(chǎn)物的提取精制無(wú)菌空氣無(wú)菌空氣菌種選育菌種選育 發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)水平取決于三個(gè)要素：生產(chǎn)菌種發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)水平取決于三個(gè)要素：生產(chǎn)菌種、發(fā)酵工藝和設(shè)備、發(fā)酵工藝和設(shè)備 菌種選育的目的是為了改良菌種的特性，使其符菌種選育的目的是為了改良菌種的特性，使其符合工業(yè)生產(chǎn)的需要合工業(yè)生產(chǎn)的需要 提高其生產(chǎn)能力提高其生產(chǎn)能力 能適應(yīng)特定的工藝條件，如能利用廉價(jià)的原料、耐受能適應(yīng)特定的工藝條件，如能利用廉價(jià)的原料、耐受性好性好 目前主要采用自然選育和誘變育種的方法，工作目前主要采用自然選育和誘變育種的方法，工作量大，有一定盲目性量大，有一定盲目性 基因工程、細(xì)胞工程等育種方法具有定向性基因工程、細(xì)胞工程等育種方法具有定向性發(fā)酵的基本過(guò)程發(fā)酵的基本過(guò)程初級(jí)代謝