第8講基因工程

1、第8講基因工程學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握基因工程的原理和過程2、了解基因工程在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等的應(yīng)用3、了解基因工程產(chǎn)品和食品的可能潛在風(fēng)險4、了解生物制藥的原理和方法5、了解藥物基因組學(xué)的內(nèi)容一、基因工程的概念genetic engineering定義：又稱為重組DNA技術(shù)，指將某些特定的基因或DNA片斷，通過載體或其它手段送入受體細胞，使它們在受體細胞中增殖并表達的一種遺傳學(xué)操作。目的:是生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)造出生物的新性狀，并能穩(wěn)定遺傳?；蚬こ痰母拍钪匾卣鳎?、可把來自任何生物的基因轉(zhuǎn)移到與其毫無關(guān)系的任何其他受體細胞中，可以任意改造生物的遺傳特性，創(chuàng)造出生物的新性狀2、某一段DNA

2、可在受體細胞內(nèi)進行復(fù)制，為制備大量純化的DNA片段提供了可能基因工程的概念應(yīng)用價值：1、工業(yè)中的應(yīng)用2、在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用3、農(nóng)林牧漁業(yè)中的應(yīng)用4、生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究二、基因工程技術(shù)路線1、DNA片段的取得（目的基因的分離和制備）2、DNA片段和載體的連接重組體DNA3、外源DNA片段引入受體細胞基因克隆和基因文庫4、選擇基因（目的基因）5、目的基因表達切接轉(zhuǎn)選表達（一）DNA片段的獲得1、從基因所在的生物體直接取得限制性內(nèi)切酶（restriction enzymes）2、人工合成DNA片段（DNA合成儀）3、PCR反應(yīng)合成DNA4、 mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA5、用機械的方法超聲波、粘性末端、平

3、整末端200多種限制性內(nèi)切酶，切點各不相同（二）DNA片段和載體的連接重組體DNA載體：細菌中的質(zhì)粒、溫和噬菌體重組體DNA：載體DNA+引入的DNA粘性末端平整末端連接酶（三）重組體DNA引入受體細胞受體:大腸桿菌、真核細胞轉(zhuǎn)基因動物（transgenic animals）：接受了外源基因，發(fā)生了性狀改變的動物克隆（clones）、無性繁殖系:基因文庫（gene library）（四）選擇基因分子雜交（molecular hybridization）：基因序列遺傳學(xué)方法：性能免疫學(xué)方法：蛋白質(zhì)探針（probes）:根據(jù)所需基因的核苷酸順序制成一段與之互補的核苷酸短鏈，并用同位素標(biāo)記合成，蛋白

4、質(zhì)核苷酸順序mRNAcDNA原位分子雜交（五）目的基因的表達目的基因在插入載體后，在其編碼順序的5端有能被受體細胞識別的啟動基因順序及能和核糖體結(jié)合的順序。則該目的基因就可以表達，從而使是因工程得以實現(xiàn)。基因工程技術(shù)路線2三、應(yīng)用生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究中的應(yīng)用農(nóng)林牧副漁中的應(yīng)用工業(yè)中的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（一）在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用幾乎在所有生命科學(xué)分支學(xué)科中得到應(yīng)用DNA computationMolecular Computation by DNA Hairpin Formation, by Kensaku Sakamoto, et al（2000）DNA-Based Computer Takes

5、 Aim at GenesDennis Normile（2002）（二）在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用1.增加農(nóng)作物產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，如：增加種子、塊莖的蛋白質(zhì)含量，改變植物蛋白的必需氨基酸比例等。2.提高農(nóng)作物抗逆性能如：抗病蟲害、抗旱、抗?jié)?、抗除草劑等性能?.提高光合作用效率將是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的一個有效方法。4.生物固氮的基因工程。若能把禾谷等非豆科植物轉(zhuǎn)變?yōu)槟芡鼍采?，或具固氮能力，將代替無數(shù)個氮肥廠。5.增加植物次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)率。植物次生代謝產(chǎn)物構(gòu)成全世界藥物原料的 25% ，如治療瘧疾的奎寧、治療白血病的長春新堿、治療高血壓的東莨菪堿、作為麻醉劑的嗎啡等。6.運用轉(zhuǎn)基因動物的技術(shù)，可培育畜牧業(yè)新

6、品種。7.其它。（三）在工業(yè)中的應(yīng)用啤酒釀造白酒和黃酒的釀造和酒精生產(chǎn)干酪“吃油”工程菌纖維素酶（四）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1.基因工程用于生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物治療糖尿病的胰島素，是一種 51 個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)1982 年美國 EliLilly 公司推出基因工程制造的人胰島素，商品名為(Humulin)。干擾素用于治療肝炎等病毒感染性疾病，有良好療效。1 升發(fā)酵液中所得的干擾素相當(dāng)于過去從 1000 升人血中所得。生產(chǎn)成本也大為降低。目前用基因工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)藥物已達數(shù)十種，許多以前本不可能大量生產(chǎn)的生長因子，凝血因子等蛋白質(zhì)藥物，現(xiàn)在用基因工程辦法便可能大量生產(chǎn)。 正在開發(fā)的350種生物技術(shù)藥物

7、中，1/3以上用于腫瘤，其中有30種用于黑素瘤，20種用于結(jié)直腸癌，13種用于乳腺癌，13種用于前列腺癌。正在開發(fā)的疫苗有77種，用于預(yù)防或治療HIV感染、AIDS、結(jié)直腸癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌、多發(fā)性硬化、中風(fēng)。正在開發(fā)的生物技術(shù)藥物中，有29種用于HIV感染、AIDS和AIDS相關(guān)疾?。?9種用于自身免疫性疾病，其中11種用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、3種用于狼瘡；8種用于血液疾病，其中4種用于血友病，一種用于鐮形細胞性貧血。 2.基因工程用于疫苗生產(chǎn)常用的制備疫苗的方法，一種是弱毒活疫苗，一種是死疫苗。兩種疫苗各有自身的弱點?；钜呙珉[含著感染的危險性。死疫苗免疫活性不高，需加大

8、注射量或多次接種。利用基因工程制備重組亞基疫苗，可以克服上述缺點，亞基疫苗指只含有病原物的一個或幾個抗原成分，不含病原物遺傳信息。重組亞基疫苗就是用基因工程方法，把編碼抗原蛋白質(zhì)的基因重組到載體上去，再送入細菌細胞或其他細胞中區(qū)大量生產(chǎn)。這樣得到的亞基疫苗往往效價很高，但決無感染毒性等危險。在酵母中表達乙型肝炎表面抗原 HBsAg 產(chǎn)量可達每升 2.5mg ，已于 1984 年問世?；蚬こ躺a(chǎn)疫苗有良好的發(fā)展前景。3. 基因工程用于基因治療人體基因的缺失，導(dǎo)致一些遺傳疾病，應(yīng)用基因工程技術(shù)使缺失的基因歸還人體，達到治療的目的，已成為基因工程在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的又一重要內(nèi)容?？寺⊙蛟囼灣晒Υ蜷_了廣泛應(yīng)用的大門1/ 蛋白質(zhì)肽類藥物的生產(chǎn)2/ 器官移植3/ 挽救珍稀瀕危動物4/ 良種牲畜的繁育5/ 用于研究的動物模型的建立克隆技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)四、負面效應(yīng)1、倫理2、不可預(yù)見性危害五、藥物開發(fā)（一）藥物作用機制（二）藥物基因組學(xué)(一)藥物作用機制1理化反應(yīng)2參與或干擾細胞代謝3影響生理物質(zhì)轉(zhuǎn)運