基因工程導(dǎo)論應(yīng)用和安全性管理

1、 基因工程基因工程 樓士林等樓士林等 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 20102010 基因工程原理、方法與應(yīng)用（工程碩士教材）基因工程原理、方法與應(yīng)用（工程碩士教材） 許煜泉許煜泉等等 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 20082008 基因工程原理基因工程原理 徐晉麟等徐晉麟等 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 20072007 基因工程原理基因工程原理( (上上 下下) ) 第二版第二版 吳乃虎吳乃虎 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 19981998 基因克隆的分子基礎(chǔ)與工程原理基因克隆的分子基礎(chǔ)與工程原理 劉志國等劉志國等 化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)出版社出版社 20032003 植物基因工程植物基因工程 王關(guān)林王關(guān)林 方宏筠方宏

2、筠 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 20022002生 物 工 程微生物工程微生物工程基基 因因 工工 程程細細 胞胞 工工 程程酶酶 工工 程程 學(xué)科誕生的學(xué)科誕生的理論和技術(shù)基礎(chǔ)理論和技術(shù)基礎(chǔ) 基因工程的基因工程的概念和研究內(nèi)容概念和研究內(nèi)容 基因工程的基因工程的應(yīng)用和發(fā)展應(yīng)用和發(fā)展 基因工程的基因工程的研究動態(tài)研究動態(tài) 2020世紀世紀4040年代，年代，O.T.AveryO.T.Avery發(fā)現(xiàn)生物遺傳信息的化發(fā)現(xiàn)生物遺傳信息的化學(xué)本質(zhì)是學(xué)本質(zhì)是DNADNA而非而非protein(protein(肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗) ) 20 20世紀世紀5050年代，年代，Watson-Crick

3、Watson-Crick提出提出DNADNA的的雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型；半保留復(fù)制機理半保留復(fù)制機理；解決了基因的自我復(fù)；解決了基因的自我復(fù)制和傳遞問題制和傳遞問題 20 20世紀世紀6060年代，相繼提出年代，相繼提出“中心法則中心法則”和和操縱子操縱子學(xué)說學(xué)說, , 成功破譯遺傳密碼成功破譯遺傳密碼4 43 3，闡明遺傳信息的流向，闡明遺傳信息的流向和表達問題和表達問題 如何從生物體龐大的雙鏈DNA分子中將所需要的 基因片段切割下來； 如何將所切割下來的DNA片段進行繁殖擴增； 如何將所獲得的基因片段重新進行連接。 “基因剪刀基因剪刀”限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶 19701970年年

4、H.O.SmithH.O.Smith和和K.W.KhoranaK.W.Khorana在流感嗜血桿在流感嗜血桿菌菌(Haemophilus inffuenzae)(Haemophilus inffuenzae)中分離純化了第中分離純化了第1 1個個核酸限制性內(nèi)切酶核酸限制性內(nèi)切酶HindHind 1972 1972年年 H.W.BoyerH.W.Boyer實驗室首先發(fā)現(xiàn)實驗室首先發(fā)現(xiàn)EcoRI EcoRI 核酸核酸內(nèi)切酶內(nèi)切酶 19701970年年 BaltimoveBaltimove和和TeminTemin等同時各自發(fā)現(xiàn)了等同時各自發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶，完善了遺傳學(xué)（生物學(xué)）中心法則，使，完

5、善了遺傳學(xué)（生物學(xué)）中心法則，使真核基因的制備成為可能真核基因的制備成為可能 真核基因組龐大而復(fù)雜，不易制得基因圖譜，真核基因組龐大而復(fù)雜，不易制得基因圖譜，即使有了基因圖譜，因為真核基因有內(nèi)含子，不能即使有了基因圖譜，因為真核基因有內(nèi)含子，不能在原核表達系統(tǒng)剪接出在原核表達系統(tǒng)剪接出mRNAmRNA，沒有成熟的，沒有成熟的mRNAmRNA就不就不能得到相應(yīng)的產(chǎn)物，能得到相應(yīng)的產(chǎn)物，但在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下但在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下 mRNA cDNA (mRNA cDNA (complementory DNAcomplementory DNA）構(gòu)建文庫構(gòu)建文庫 、分、分離出目的基因離出目的基因 19671

6、967年年 世界上世界上5 5個實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)個實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)DNADNA連接酶連接酶：該酶該酶參與參與DNADNA單鏈裂口單鏈裂口(gap)(gap)或缺口或缺口(nick)(nick)的修復(fù)的修復(fù)，連接連接DNADNA分子的自由末端分子的自由末端 19701970年年 WisconsinWisconsin大學(xué)大學(xué) H.G.KhoranaH.G.Khorana實驗室發(fā)現(xiàn)實驗室發(fā)現(xiàn)T4 DNAT4 DNA連接酶連接酶 活性更高，能催化完全分離的兩段活性更高，能催化完全分離的兩段DNADNA分子進行平末端的連接分子進行平末端的連接 早期載體工作的研究對象：早期載體工作的研究對象：噬菌體噬

7、菌體； 側(cè)重于研究病毒和寄主細菌間的關(guān)系側(cè)重于研究病毒和寄主細菌間的關(guān)系19461946年年 L.BergL.Berg研究細菌性因子研究細菌性因子(F(F因子因子),),50-6050-60年代年代 相繼發(fā)現(xiàn)抗藥性相繼發(fā)現(xiàn)抗藥性R R因子：分子量小，因子：分子量小， 具有抗藥性選擇標(biāo)記和易于操作等優(yōu)點具有抗藥性選擇標(biāo)記和易于操作等優(yōu)點19731973年年 S.CohenS.Cohen將質(zhì)粒作為基因工程載體使用將質(zhì)粒作為基因工程載體使用 2020世紀世紀4040年代年代 AveryAvery發(fā)現(xiàn)外源發(fā)現(xiàn)外源DNADNA分子導(dǎo)入細菌細分子導(dǎo)入細菌細胞的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象胞的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象( (肺炎鏈球菌實驗，發(fā)現(xiàn)

8、肺炎鏈球菌實驗，發(fā)現(xiàn)DNADNA是遺傳信息的是遺傳信息的攜帶者而非蛋白質(zhì)攜帶者而非蛋白質(zhì)) ) 19701970年年 MandelMandel和和HigaHiga發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌的細胞大腸桿菌的細胞經(jīng)過經(jīng)過氯化鈣的適當(dāng)處理后，便氯化鈣的適當(dāng)處理后，便能夠吸收能夠吸收噬菌體的噬菌體的DNADNA 19721972年以后，大腸桿菌成為分子克隆的良好受體年以后，大腸桿菌成為分子克隆的良好受體 2020世紀世紀7070年代的上述發(fā)現(xiàn)，從技術(shù)層面上年代的上述發(fā)現(xiàn)，從技術(shù)層面上解決了基因工程技術(shù)的實際問題，最終促解決了基因工程技術(shù)的實際問題，最終促成了基因工程技術(shù)的誕生成了基因工程技術(shù)的誕生 1972

9、年，美國斯坦福大學(xué)年，美國斯坦福大學(xué)P.Berg等在等在PNAS上發(fā)上發(fā)表了題為表了題為 “Biochemical methode for inserting new genetic information into DNA of Simian Virus 40: circular SV40 DNA molecules cotaining lamda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69:2904-2909, 1972”，標(biāo)志著基因工程，標(biāo)志著基因工程技術(shù)的

10、誕生技術(shù)的誕生 1972 1972年，美國斯坦福大學(xué)年，美國斯坦福大學(xué) P.BergP.Berg博士研究小組博士研究小組 用用E.coRE.coR對猿猴病毒對猿猴病毒SV40 DNASV40 DNA和和phageDNAphageDNA 酶切消化后，酶切消化后， 再用再用T4 DNAT4 DNA連接酶將兩種消化片段連接成重組的連接酶將兩種消化片段連接成重組的雜種雜種DNADNA分子分子 意義：意義：世界上第一次成功的世界上第一次成功的DNADNA體外重組實驗體外重組實驗 雖然雖然Berg的工作具有劃時代的意義，但是他們并的工作具有劃時代的意義，但是他們并沒有證明體外重組的沒有證明體外重組的DNA

11、分子具有生物學(xué)功能分子具有生物學(xué)功能1973年，年，S.N.Cohen等在美國等在美國PNAS上發(fā)表了題為上發(fā)表了題為“Construction of Biologically Functional Bacterial Plasmid In Vitro” （S. N. Cohen, A. C. Y. Chang, H. W. Borer, and R. B. Helling, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70:3240-3244, 1973）的論文，宣布體外構(gòu)建的細菌質(zhì)粒能夠在細胞中進的論文，宣布體外構(gòu)建的細菌質(zhì)粒能夠在細胞中進行表達行表達,從而完善了從而完善了Ber

12、g開創(chuàng)的基因重組技術(shù)開創(chuàng)的基因重組技術(shù) Cohen Cohen的研究內(nèi)容：的研究內(nèi)容： 19731973年年, , 斯坦福大學(xué)斯坦福大學(xué) S.N.Cohen S.N.Cohen 研究小組研究小組 將編碼將編碼卡那霉素卡那霉素（kanamycin）抗性基因抗性基因的的E.coli E.coli R6-5R6-5質(zhì)粒質(zhì)粒DNA DNA 和編碼和編碼四環(huán)素四環(huán)素（tetracycline）抗性基因抗性基因的另外一個的另外一個E.coli pSC101E.coli pSC101質(zhì)粒質(zhì)粒DNA DNA 在體外切割并連接成重組體分子，然后將混合物在體外切割并連接成重組體分子，然后將混合物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化E.col

13、iE.coli，在含四環(huán)素和卡那霉素的平板上篩選，在含四環(huán)素和卡那霉素的平板上篩選出了具雙抗抗性的菌落出了具雙抗抗性的菌落, ,實現(xiàn)了細菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)移實現(xiàn)了細菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)移19821982年，第一個基因工程藥物在美國批準上市：年，第一個基因工程藥物在美國批準上市：基因重組人胰島素基因重組人胰島素 基因（基因（genegene）是遺傳學(xué)家約翰（）是遺傳學(xué)家約翰（W.JohannsenW.Johannsen） 在在19091909年提出來年提出來的，他用基因這一名詞來表示遺傳的獨立單位，相當(dāng)于孟德爾在豌豆的，他用基因這一名詞來表示遺傳的獨立單位，相當(dāng)于孟德爾在豌豆試驗中提出的遺傳因子試驗中提出

14、的遺傳因子孟德爾的遺傳因子階段；孟德爾的遺傳因子階段；摩爾根的基因階段；摩爾根的基因階段；順反子階段；順反子階段；現(xiàn)代基因階段現(xiàn)代基因階段（操縱子、移動、假、斷裂、重疊基因操縱子、移動、假、斷裂、重疊基因）基因基因 (gene)(gene) 核酸分子中儲存遺傳信息的遺傳單位，包括核酸分子中儲存遺傳信息的遺傳單位，包括編碼功能蛋白質(zhì)或編碼功能蛋白質(zhì)或RNARNA序列信息及表達這些信息序列信息及表達這些信息所必需的全部核苷酸序列所必需的全部核苷酸序列 基因工程基因工程(genetic engineering)：“重組DNA技術(shù)” 將外源基因通過體外重組后，導(dǎo)入受體細胞，將外源基因通過體外重組后，導(dǎo)

15、入受體細胞，使該基因在受體細胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的現(xiàn)使該基因在受體細胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的現(xiàn)代生物技術(shù)代生物技術(shù)目的：目的：獲得由外源基因所編碼的蛋白質(zhì)獲得由外源基因所編碼的蛋白質(zhì) 改變受體生物的遺傳性狀改變受體生物的遺傳性狀, ,創(chuàng)造新的生命創(chuàng)造新的生命特點特點: : 分子水平操作，細胞水平表達分子水平操作，細胞水平表達 基因工程實施基因工程實施4 4個必要條件：個必要條件： 工具酶工具酶 載體載體 基因基因 受體細胞受體細胞基基因因工工程程的的操操作作流流程程 基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)研究：針對基因工程技術(shù)的操作流程：針對基因工程技術(shù)的操作流程 應(yīng)用研究應(yīng)用研究：基因工程藥物、轉(zhuǎn)基因植物、：基

16、因工程藥物、轉(zhuǎn)基因植物、轉(zhuǎn)基因動物、酶制劑工業(yè)、食品工業(yè)、化轉(zhuǎn)基因動物、酶制劑工業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)與能源工業(yè)及環(huán)境保護等。學(xué)與能源工業(yè)及環(huán)境保護等。 基因工程的基因工程的安全性研究安全性研究 1 1、基因工程載體、基因工程載體的研究的研究 2 2、基因工程工具酶、基因工程工具酶的研究的研究 3 3、基因工程新技術(shù)、基因工程新技術(shù)的研究的研究 4 4、基因工程受體系統(tǒng)、基因工程受體系統(tǒng)的研究的研究 5 5、目的基因、目的基因研究研究 主要涉及主要涉及 基因工程藥物、基因工程藥物、 轉(zhuǎn)基因植物、轉(zhuǎn)基因植物、 轉(zhuǎn)基因動物、轉(zhuǎn)基因動物、 酶制劑工業(yè)、酶制劑工業(yè)、 食品工業(yè)、食品工業(yè)、 化學(xué)與能源工業(yè)及環(huán)境保護等方面?；瘜W(xué)與能源工業(yè)及環(huán)境保護等方面。 轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品特別是食品在體現(xiàn)諸多優(yōu)勢的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品特別是食品在體現(xiàn)諸多優(yōu)勢的同時，也有著其負面影響同時，也有著其負面影響安全性問題。安全性問題。 因為轉(zhuǎn)基因食品是在生物物種之間進行基因為轉(zhuǎn)基因食品是在生物物種之間進行基因重組，有可能會引入不相容或毒性物質(zhì)，因重組，有可能會引入不相容或毒性物質(zhì)，這也是一些人對轉(zhuǎn)基因食品采取保守態(tài)度這也是一些人對轉(zhuǎn)基因食品采取保守態(tài)度的原因之一。的原因之一。 基因工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各個領(lǐng)域已廣基因工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各個領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用泛