生物技術(shù)概論ppt 3

1、現(xiàn)代生物技術(shù)概論大慶師范學(xué)院生命科學(xué)非師一班陳安 龔關(guān) 王大陸 徐裕斌第1章 現(xiàn)代生物技術(shù)總論第一節(jié) 生物技術(shù)的含義一 生物技術(shù)的定義生物技術(shù)(biotechnology ),有時也稱生物工程(bioengineering),是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理,采用先進的工程技術(shù)手段,按照預(yù)先的設(shè)計改造生物體或加工生原料,為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達到某種目的.現(xiàn)代生物技術(shù)是以20世紀(jì)70年代DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的。物技術(shù)時期關(guān)鍵以分子生物學(xué)的理論為先導(dǎo)，基因工程技術(shù)開始能作為生物技術(shù)新產(chǎn)品的一種開發(fā)手段或關(guān)鍵技術(shù)后起始的。生物技術(shù)的種類及其相互關(guān)系 1 基因工程 2

2、細胞工程 3 酶工程 4 發(fā)酵工程 5 蛋白質(zhì)工程五大工程相互關(guān)系生化工程生物化學(xué)工程是生物化學(xué)反應(yīng)的工程應(yīng)用，主要包括了發(fā)酵工程下游技術(shù)。即后提取。 現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前途應(yīng)用：一、提高生命質(zhì)量，延長人類壽命二、解決能源危機、治理環(huán)境污染三、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺一、提高生命質(zhì)量，延長人類壽命（一）用于開發(fā)新型藥品 1977年，美國首先采用大腸桿菌作為基因工程菌生產(chǎn)了人類第一個基因工程藥物人生長激素釋放抑制激素，開辟了藥物生產(chǎn)的新紀(jì)元。若采用常規(guī)方法生產(chǎn)5mg該激素，則需要50萬頭羊的下丘腦，而用大腸桿菌基因工程法生產(chǎn)同等量生長激素釋放抑制激素，則僅需9L（升）細菌發(fā)酵液，使其價格

3、隆到每克300美元。如今通過基因工程琳瑯滿目如生物活性物質(zhì)酶、激素、疫苗、干擾素、免疫球蛋白、白細胞介素、生長因子、集落刺激因子等。過分依賴抗生素催生超級細菌 噩夢或從此開始 最近，“超級細菌”肆虐，據(jù)報道，一些赴印度接受治療的患者感染了一種新型超級細菌，其含有一種叫NDM-1的基因。這種細菌對現(xiàn)有的絕大多數(shù)抗生素都“刀槍不入”，甚至對碳青霉烯類抗生素也具有耐藥性，而碳青霉烯類抗生素通常被認為是緊急治療抗藥性病癥的最后方法。這種變種超級細菌目前已經(jīng)傳播到英國、美國、加拿大、澳大利亞、荷蘭等國家，有可能進一步在全世界蔓延。有專家甚至認為，這可能預(yù)示著人類抗生素時代的終結(jié)?！俺壖毦痹龆嘈滤幯兄?/p>

4、趕不上耐藥菌繁殖有75%感冒患者使用抗生素，視為“萬能藥”抗菌藥的三大不良反應(yīng) ：毒性反應(yīng) 過敏反應(yīng) 二重感染 毒性反應(yīng)腎臟：氨基糖苷類、多黏菌素類、四環(huán)素類、萬古霉素、磺胺藥等均可導(dǎo)致不同程度的腎臟損害。肝臟：紅霉素類、磺胺類、利福平、氯霉素等均可引起肝損害。胃腸道：各類抗菌藥物尤其口服給藥者均可由藥物本身刺激作用引起惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等反應(yīng)。神經(jīng)精神系統(tǒng)：青霉素類可對大腦皮層產(chǎn)生直接刺激，出現(xiàn)肌陣攣、驚厥、癲癇、昏迷等；鏈霉素、卡那霉素等均可損害第八對腦神經(jīng)，導(dǎo)致聽力或前庭功能損害；氯霉素、普魯卡因霉素等有時可引起幻覺、幻聽、定向力喪失等精神癥狀。造血系統(tǒng)：氯霉素、磺胺類、頭孢菌素類可

5、能引起貧血、再生障礙性貧血。過敏反應(yīng)過敏性休克：青霉素所致者最常見，鏈霉素所致也較多見，頭孢菌素類、紅霉素等偶亦可引起。藥疹及藥物熱：多見使用青霉素、鏈霉素、磺胺藥等，藥物熱可與藥疹同時出現(xiàn)，也可單獨發(fā)生。光敏反應(yīng)：服藥期間在暴露部位出現(xiàn)皮疹，四環(huán)素類以及某些喹諾酮類較多見，嚴(yán)重者可出現(xiàn)皮膚紅腫、水皰等。血管神經(jīng)性水腫、血清病樣反應(yīng)：大多由青霉素引起。二重感染此為應(yīng)用抗菌藥物中出現(xiàn)的新感染，在長期應(yīng)用廣譜抗菌藥物的患者中較多見。廣譜抗菌藥物可抑制人體內(nèi)敏感菌的生長，導(dǎo)致耐藥菌大量繁殖，成為優(yōu)勢菌，此時如各種原發(fā)疾病、大手術(shù)等使機體免疫功能受損，優(yōu)勢菌就可引起消化道、肺部、尿路、血流等感染，且治

6、療困難，病死率較高。（二）用于疾病的預(yù)防和診治由于傳統(tǒng)的疫苗生產(chǎn)方法對某些疫苗的生產(chǎn)和使用存在著免疫效果不佳、被免疫者有被感染的風(fēng)險等缺點，較多的基因工程式法生產(chǎn)重組疫苗則可達到安全、高效的目的，現(xiàn)已臨床廣泛而目前應(yīng)用的基因重組疫苗有病毒性肝炎疫苗（包括甲肝和乙肝疫苗等）、腸道傳染病疫苗（包括零亂和痢疾等）、寄生蟲疫苗（包括瘧疾和血吸蟲等）、流行性出血熱疫苗、EB病毒疫苗等。利用細胞工程技術(shù)生產(chǎn)單克隆抗體則為利用生物技術(shù)進行疾病防治的另一途徑。例如：用于治療腫瘤的“生物導(dǎo)彈”，就是將用于治療腫瘤的藥物與抗腫瘤細胞連接在一起，利用抗原抗體結(jié)合的高度專一性，使得抗腫瘤藥物集中于腫瘤部位，以達到高效

7、殺傷腫瘤細胞并減少對正常細胞的毒性反應(yīng)。此外。還可以應(yīng)用基因工程技術(shù)生產(chǎn)診斷用DNA試劑，稱為DNA探針，主要用于診斷遺傳性疾病和各種傳染病等。一種“超級病菌”已經(jīng)從南亞傳入英國，并很可能向全球蔓延抗生素是人類抵御細菌感染類疾病的主要武器。但是，最近，這種武器遭到巨大挑戰(zhàn)。醫(yī)學(xué)權(quán)威雜志柳葉刀11日刊登的一篇論文警告說，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種“超級病菌”，它可以讓致病細菌變得無比強大，抵御幾乎所有抗生素。目前，這種“超級病菌”已經(jīng)從南亞傳入英國，并很可能向全球蔓延（三）用于基因治療基因治療（gene therapy）是指將外源正?；?qū)氚屑毎?，以糾正或補償因基因缺陷和異常引起的疾病，以達到治療目的

8、。也就是將外源基因通過基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將其插入病人的適當(dāng)?shù)氖荏w細胞中，使外源基因制造的產(chǎn)物能治療某種疾病。從廣義說，基因治療還可包括從DNA水平采取的治療某些疾病的措施和新技術(shù)。目前，基因治療已涉及到惡性腫瘤、遺傳病、代謝性疾病、傳染病等多種疾病。(一)治療性基因的獲得 (二)基因載體的選擇 (三)靶細胞的選擇 (四)基因轉(zhuǎn)移方法 (五)轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞的選擇鑒定 (六)回輸體內(nèi) 基因治療策略 目的基因的轉(zhuǎn)移在基因治療中迄今所應(yīng)用的目的基因轉(zhuǎn)移方法可分為兩大類：病毒方法和非病毒方法?；蜣D(zhuǎn)移的病毒方法中，RNA和DNA病毒都可用為基因轉(zhuǎn)移的載體。常用的有反轉(zhuǎn)錄病毒載體和腺病毒載體。轉(zhuǎn)移的基本過程是將目的基

9、因重組到病毒基因組中，然后把重組病毒感染宿主細胞，以使目的基因能整合到宿主基因組內(nèi)。非病毒方法有磷酸鈣沉淀法、脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法、顯微注射法等。 基因治療的基本步驟 目的基因的表達目的基因的表達是基因治療的關(guān)鍵之一。為此，可運用連鎖基因擴增等方法適當(dāng)提高外源基因在細胞中的拷貝數(shù)。在重組病毒上連接啟動子或增強子等基因表達的控制信號，使整合在宿主基因組中的新基因高效表達，產(chǎn)生所需的某種蛋白質(zhì)。安全措施為避免基因治療的風(fēng)險，在應(yīng)用于臨床之前，必須保證轉(zhuǎn)移-表達系統(tǒng)絕對安全，使新基因在宿主細胞表達后不危害細胞和人體自身，不引起癌基因的激活和抗癌基因的失活等，尤其是在將反轉(zhuǎn)錄載體用于基因轉(zhuǎn)移時，必須在應(yīng)用到人

10、體前預(yù)先在人骨髓細胞、小鼠體內(nèi)和靈長類動物體內(nèi)進行類似的研究，以確保治療的安全性。 （四）人類基因組計劃從整體上研究人類的基因組，分析人類基因組全部序列以獲得人類基因所攜帶的全部遺傳信息。該計劃的實施極大地促進了生命科學(xué)領(lǐng)域一系列基礎(chǔ)研究的發(fā)展，進一步闡明基因的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、生命的起源和進化、細胞發(fā)育、分化的分子機制及疾病發(fā)生的機制等，為人類自身疾病診斷和治療提供依據(jù)，為醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)帶來了翻來覆去的變化。二、解決能源危機、治理環(huán)境污染（一）解決能源危機生物能源是最有希望的新能源之一，通過微生物發(fā)酵或固定化酶技術(shù)，將工、農(nóng)業(yè)廢棄物變?yōu)檎託饣驓錃猓瑢⑹且环N取之不盡、用之不竭的能源。應(yīng)用生物技術(shù)，加入

11、能分解蠟質(zhì)的微生物后，利用微生物分解蠟質(zhì)使石油流動性增加而獲得更多的石油，被稱為三次采油。一般認為起驅(qū)油作用的是微生物產(chǎn)生的氣體和表面活性劑,還有產(chǎn)酸作用、對原油的降解作用。微生物注入地層后,通過間隙水與臨近的油滴結(jié)合之后運移,微生物吸附于油滴邊界,將烴類分子轉(zhuǎn)化成有機溶劑、表面活性劑、酸、醇和氣體。有機溶劑溶解于石油,降低其粘度,提高有效滲透率;表面活性劑可降低油與巖石和油與水的界面張力，提高驅(qū)油效率,改變巖石潤濕性,使巖石更加水濕; 消除巖石孔壁油膜,提高油相流動能力;分散乳化原油,降低原油粘度。 微生物采油國際能源網(wǎng)訊：美國加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家于2009年12月中旬宣布，他們成功開

12、發(fā)出一種能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體燃料的轉(zhuǎn)基因藍藻。這種藍藻能通過光合作用消耗二氧化碳并產(chǎn)生異丁醇。該研究被認為具有較大的應(yīng)用價值。據(jù)介紹，通過基因技術(shù)，研究人員首先增加了聚球藍藻菌中具有吸收二氧化碳作用的核酮糖二磷酸羧化酶把二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的細菌（RuBisCO）的數(shù)量。而后又插入了其他微生物的基因以增強其對二氧化碳的吸收能力。通過光合作用，轉(zhuǎn)基因藍藻就可以產(chǎn)生異丁醇氣體。這種氣體具有沸點低，承壓能力強的特點，容易從系統(tǒng)中分離。（二）保護環(huán)境1、微生物脫硫治理空氣污染2、運用生物技術(shù)處理、凈化污水3、應(yīng)用生物農(nóng)藥控制病蟲害4、使用基因工程生產(chǎn)可降解塑料運用生物技術(shù)處理、凈化污水 解決白

13、色污染的替代材料是微生物生產(chǎn)的PHA 塑料被稱為白色污染，是近年來環(huán)境的大敵。以聚乙烯為代表的塑料，在自然條件下極難降解，在土里埋50100年仍舊安然無恙。由于塑料廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，造成了這種人工化合物的大量積累。積累在農(nóng)田中的塑料可導(dǎo)致土壤板結(jié)，活力下降，防礙作物生長，可使作物減產(chǎn)2040%?，F(xiàn)在人們正在積極尋找可以取代原有塑料的可生物降解的新材料。一類由微生物合成的化合物引起了人們的興趣，這類化合物為聚-羥基烷酸酯，簡稱PHA，它們是由許多個-羥基化的飽和脂肪酸聚合而成的。脂肪酸可以是丁酸，戊酸或己酸等。三、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺（一）有利于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)（二）有

14、助于發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)生化武器生化武器是指以細菌、病毒、毒素等使人、動物、植物致病或死亡的物質(zhì)材料制成的武器。作為一種大規(guī)模殺傷性武器，至今仍然對人類構(gòu)成重大威脅。它包括生物武器和化學(xué)武器。當(dāng)前和今后的生物武器研究的重點主要表現(xiàn)在如下幾方面： 一、是毒素類戰(zhàn)劑成為研究的熱點。毒素是由細菌、微生物、動物、植物和真菌等生物體產(chǎn)生的有毒化學(xué)物質(zhì)，這類戰(zhàn)劑又稱生物化學(xué)戰(zhàn)劑，其毒性比現(xiàn)有化學(xué)戰(zhàn)劑高出1001000倍，并難于檢測和核查。 二、是運用分子遺傳學(xué)方法研究和改造各種生物戰(zhàn)劑。通過基因重組，使致病的細菌和病毒中接人能抗普通疫苗或藥物的基因，使感染者難以治愈；或者在一些非致病微生物體內(nèi)“插入”致病基因，制造出新的生物戰(zhàn)劑。例如