基因工程生物技術(shù)

基因工程生物技術(shù)第1頁(yè)/共36頁(yè)第2頁(yè)/共36頁(yè)第3頁(yè)/共36頁(yè)第4頁(yè)/共36頁(yè)第5頁(yè)/共36頁(yè)生物科學(xué)成為當(dāng)今世界自然科學(xué)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，主要由于兩方面的原因：

（1）二十世紀(jì)后葉，分子生物學(xué)等領(lǐng)域一系列突破性成就，使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的地位發(fā)生了革命性的變化；

（2）建立在實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上的生物技術(shù)的發(fā)展為人類(lèi)帶來(lái)了巨大的利益和財(cái)富。生物技術(shù)將是未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力 第一次技術(shù)革命 工業(yè)革命 解放人的雙手 第二次技術(shù)革命 信息技術(shù) 擴(kuò)展人的大腦 第三次技術(shù)革命 生物技術(shù) 改造生命本身第6頁(yè)/共36頁(yè)1982年，國(guó)際合作與發(fā)展組織的定義為：生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物體作為反應(yīng)器將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。美國(guó)政府技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)(OAT)的定義是：應(yīng)用生物或來(lái)自生物體的物質(zhì)制造或改進(jìn)一種商品的技術(shù)，其中還包括改良有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物與動(dòng)物以及利用微生物改良環(huán)境的技術(shù)。該定義強(qiáng)調(diào)了生物技術(shù)的商品屬性。

生物技術(shù)的定義和特點(diǎn)第7頁(yè)/共36頁(yè)生物技術(shù)具有多學(xué)科交叉和綜合運(yùn)用的特點(diǎn)：

1）其理論來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室大量復(fù)雜的基礎(chǔ)研究工作

2）微生物學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)工程、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科生物技術(shù)的顯著特點(diǎn)

高技術(shù)（精細(xì)和密集的復(fù)雜技術(shù)）

高投入

高利潤(rùn)周期長(zhǎng)(三高一長(zhǎng))

↓利用生物技術(shù)的生產(chǎn)線第8頁(yè)/共36頁(yè)通常生物技術(shù)主要包括基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)（酶）工程四大工程，此外還有單克隆抗體技術(shù)；克隆動(dòng)物技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物材料技術(shù)、生物能源技術(shù)、利用生物降解環(huán)境中有毒有害化合物的技術(shù)等都可屬生物技術(shù)范疇的內(nèi)容。直接相關(guān)聯(lián)的學(xué)科：分子生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物信息學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、材料科學(xué)等。涉及的學(xué)科還遠(yuǎn)不止這些生物技術(shù)是對(duì)人類(lèi)和社會(huì)生活影響最大的技術(shù)領(lǐng)域按應(yīng)用領(lǐng)域劃分：農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、醫(yī)藥生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)、海洋生物技術(shù)、材料生物技術(shù)、能源生物技術(shù)等等。第9頁(yè)/共36頁(yè)基因工程是指在分子水平，設(shè)計(jì)并實(shí)施把一個(gè)生物體中有用的目的基因或DNA(遺傳信息)轉(zhuǎn)入另一個(gè)生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要的產(chǎn)物。最終實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)價(jià)值。基因工程與建筑工程雷同第10頁(yè)/共36頁(yè)

以克隆和重組DNA為核心的技術(shù)即基因工程技術(shù)，又稱(chēng)為重組DNA技術(shù)

重組DNA技術(shù)的重大突破帶動(dòng)了現(xiàn)代生物技術(shù)的興起，并很快產(chǎn)生了許多生命科學(xué)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)克隆(clone)---無(wú)性繁殖（系）分子克隆–DNA的無(wú)性繁殖技術(shù)

重組DNA技術(shù)包括了基因克隆為主的一系列的分子生物學(xué)操作步驟，實(shí)現(xiàn)不同物種間基因的轉(zhuǎn)移?；蚬こ碳夹g(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)第11頁(yè)/共36頁(yè)一、基因工程概述1.基因工程是一個(gè)熱門(mén)的話(huà)題聯(lián)合國(guó)前秘書(shū)長(zhǎng)安南：繼綠色革命后的藍(lán)色革命。綠色革命：用遺傳育種的方法，較大幅度提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量及品質(zhì)。第12頁(yè)/共36頁(yè)第13頁(yè)/共36頁(yè)第14頁(yè)/共36頁(yè)第15頁(yè)/共36頁(yè)一、基因工程概述2.基因的定義具有功能的、最小的一段核糖核酸（DNA、RNA）3.轉(zhuǎn)基因生物的概念插入其他生物的基因表達(dá)第16頁(yè)/共36頁(yè)一、基因工程概述4.轉(zhuǎn)基因生物的意義生物計(jì)算機(jī)：神經(jīng)元醫(yī)學(xué)、人類(lèi)：改變身高、壽命、遺傳病。制藥：轉(zhuǎn)基因疫苗、新抗生素等。農(nóng)業(yè)：高產(chǎn)、改善品質(zhì)、抗蟲(chóng)抗病、耐鹽堿、耐寒、植物疫苗等?？瓜x(chóng)害的玉米第17頁(yè)/共36頁(yè)轉(zhuǎn)入綠色熒光蛋白的獼猴

中國(guó)成為全球第三個(gè)擁有非人靈長(zhǎng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的國(guó)家。第18頁(yè)/共36頁(yè)1、基因工程與醫(yī)藥健康-

分子診斷和基因治療

2、基因工程與工業(yè)-

新型生物材料

生物能源

微生物發(fā)酵工程

3、基因工程與農(nóng)業(yè)

二、基因工程的應(yīng)用第19頁(yè)/共36頁(yè)

生產(chǎn)稀少珍貴的蛋白質(zhì)藥物1982年，美國(guó)食品與藥物管理局批準(zhǔn)了首例基因工程產(chǎn)品—人胰島素投放市場(chǎng)——它標(biāo)志了基因工程產(chǎn)品正式進(jìn)入到商業(yè)化階段。人生長(zhǎng)激素、表皮生長(zhǎng)因子、腫瘤壞死因子、a-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細(xì)胞生成素、尿激酶原、白細(xì)胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等1、基因工程與醫(yī)藥健康第20頁(yè)/共36頁(yè)

分子診斷對(duì)傳染性疾病的診斷：利用PCR技術(shù)或PCR與分子雜交標(biāo)記相結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出病原性物質(zhì)。包括病毒、細(xì)菌真菌、寄生蟲(chóng)等。專(zhuān)一性強(qiáng)、靈敏度高、抗干擾性好、操作快速簡(jiǎn)便第21頁(yè)/共36頁(yè)對(duì)遺傳性疾病的診斷（可診斷200多種遺傳性疾?。┭蛩吞ケP(pán)絨毛膜檢測(cè)第22頁(yè)/共36頁(yè)

基因治療基因治療即利用基因工程技術(shù)治療人類(lèi)遺傳性疾病。（導(dǎo)致30％的兒童死亡和60％的成年人疾病的原因）理論上，將正常的人類(lèi)基因克隆，并引入到遺傳病患者的體細(xì)胞中，這些基因都會(huì)產(chǎn)生蛋白，以替代、修復(fù)或糾正有缺陷的基因，有望緩解疾病進(jìn)程。通常使用一種反轉(zhuǎn)錄病毒作為基因治療的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，無(wú)害病毒重組載體可以感染人的組織和細(xì)胞，但不自我復(fù)制！第23頁(yè)/共36頁(yè)例：基因治療重癥綜合性免疫缺乏癥（SCID）1990年，轉(zhuǎn)基因T淋巴細(xì)胞注射到人體骨髓組織中治療SCID（ADA缺乏癥），3年后，患者50％的T淋巴細(xì)胞出現(xiàn)新的ada基因并合成了腺苷酸脫氨酶（ada).06年美國(guó)成功治愈晚期皮膚癌患者也有失敗第24頁(yè)/共36頁(yè)動(dòng)植物原材料：生物生命過(guò)程中形成的材料，如麻、棉、蠶絲和貝殼等生物醫(yī)用材料：植入人體內(nèi)可起某種生物學(xué)功能的材料，如膠原蛋白制成的人工血管、人工皮膚仿生和組織工程材料：模仿生物功能的人工合成材料

新型生物材料-

是生物材料學(xué)與材料科學(xué)的交叉科學(xué)2、基因工程與工業(yè)第25頁(yè)/共36頁(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術(shù)改造的微生物在全自動(dòng)發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器中生產(chǎn)某種商品的技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程是分子生物學(xué)、生物代謝、微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、大型發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器研制、化工原理等密切結(jié)合和應(yīng)用的結(jié)果。

微生物發(fā)酵-發(fā)酵工程第26頁(yè)/共36頁(yè)一般發(fā)酵工程包括以下基本步驟：（1）菌種選育；（通過(guò)細(xì)胞誘變或基因工程技術(shù)改造等）（2）細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)即發(fā)酵過(guò)程；（3）生產(chǎn)活性的誘導(dǎo)；（在發(fā)酵特定階段，用化學(xué)或物理法）（4）菌體及產(chǎn)物的收獲（利用濃縮、吸附、過(guò)濾、離心、萃取、干燥、重結(jié)晶等手段）

上游技術(shù)：指基因重組和微生物育種技術(shù)等獲得工程菌

下游技術(shù)：指發(fā)酵生產(chǎn)、產(chǎn)物分離到產(chǎn)品制作等過(guò)程監(jiān)控現(xiàn)代發(fā)酵工程的應(yīng)用范圍非常廣泛，從食品、藥品（如抗生素類(lèi)產(chǎn)品）、酶制劑、精細(xì)化工產(chǎn)品到許多工業(yè)用原料等等生物可降解塑料PHB（即聚β羥基丁酸脂Biopol)第27頁(yè)/共36頁(yè)美國(guó)：用現(xiàn)代生物技術(shù)建成“工程微藻”，生產(chǎn)柴油芬蘭：用一億歐元在南部建世界首座生物柴油加工廠(從植物油如油菜和動(dòng)物脂肪中提煉柴油燃料，每年可生產(chǎn)17萬(wàn)噸，2007年完工并投產(chǎn))中國(guó)：生物能源公司發(fā)展迅速，如由帝斯曼投資參股的天津國(guó)韻生物科技有限公司聚羥基脂肪酸酯(PHA)生產(chǎn)基地在天津泰達(dá)開(kāi)發(fā)區(qū)開(kāi)工建設(shè)。該基地為中國(guó)目前最大的聚羥基脂肪酸酯生產(chǎn)基地，PHA年生產(chǎn)量可達(dá)1萬(wàn)噸。

海南正和生物能源公司四川古杉油脂化工公司福建卓越新生物能源發(fā)展公司河南相繼建成了規(guī)模超過(guò)萬(wàn)噸的生產(chǎn)廠全球：生物柴油年產(chǎn)量2010年可達(dá)3000萬(wàn)噸以上優(yōu)點(diǎn)：含硫量低、較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能、較好的潤(rùn)滑性能

生物能源－生物柴油第28頁(yè)/共36頁(yè)3、基因工程與農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物-1、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、改善畜產(chǎn)品質(zhì)量和提高抗病性

2、作為生物反應(yīng)器：如從轉(zhuǎn)基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA畜牧業(yè)中的基因工程幼畜腹瀉疫苗、口蹄疫疫苗（亞單位疫苗），牛、羊生長(zhǎng)激素、纖維素酶在大腸桿菌表達(dá)第29頁(yè)/共36頁(yè)植物基因工程在種植業(yè)的應(yīng)用

用攜帶外源基因的農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化植物原生質(zhì)體，或直接轉(zhuǎn)化，使外源DNA與植物染色體DNA整合，通過(guò)原生質(zhì)體的培養(yǎng)分化成愈傷組織，最后發(fā)育成具有新性狀的完整植株—轉(zhuǎn)基因植物。已培育出的作物有抗化學(xué)除草劑大豆、水稻和小麥，抗蟲(chóng)棉、玉米和馬鈴薯等（轉(zhuǎn)微生物的Bt基因可特異性毒死昆蟲(chóng)），抗旱、抗寒作物及花卉品種改良等等。第30頁(yè)/共36頁(yè)轉(zhuǎn)基因西紅柿－

將多聚半乳糖醛酸酶（催化西紅柿成熟的一種酶）克隆，將其互補(bǔ)的基因轉(zhuǎn)入西紅柿植株，生成互補(bǔ)的mRNA，使西紅柿不能正常成熟。需要時(shí)，微量乙烯氣體熏一次，西紅柿很快即可成熟。固氮酶基因轉(zhuǎn)入水稻、小麥人類(lèi)DNA移到苜宿屬植物

生產(chǎn)干擾素、胰島素、白介素－2等……

環(huán)境保護(hù)等等

轉(zhuǎn)基因微生物吸收環(huán)境有害化合物第31頁(yè)/共36頁(yè)三、基因工程引發(fā)的重大事件1、食用轉(zhuǎn)基因食品可能影響人類(lèi)的進(jìn)化方向普斯陶伊事件：1988年，英國(guó)2、美國(guó)大斑蝶事件3、加拿大“超級(jí)雜草事件”4、墨西哥玉米事件5、中國(guó)Bt抗蟲(chóng)棉事件第32頁(yè)/共36頁(yè)四、生物技術(shù)面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)基因一旦被改動(dòng)，一方面可能引起生物體內(nèi)一系列未知的結(jié)構(gòu)與功能的變化；另一方面，轉(zhuǎn)基因操作對(duì)生物體的影響會(huì)通過(guò)遺傳傳遞。如：

轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性問(wèn)題外源基因引入后，是否會(huì)影響其他重要的調(diào)節(jié)基因，甚至?xí)せ钤┗?？轉(zhuǎn)基因技術(shù)的廣泛應(yīng)用是否會(huì)導(dǎo)致難以消滅的新病原物出現(xiàn)？是否會(huì)造成生態(tài)學(xué)災(zāi)難？人類(lèi)攝食大量轉(zhuǎn)基因食品是否會(huì)影響人類(lèi)及其后代的健康？第33頁(yè)/共36頁(yè)

克隆人的倫理問(wèn)題在克隆階段，如果有關(guān)胚胎發(fā)育的基因重新編排或啟動(dòng)不完全，對(duì)新生兒可能產(chǎn)生什么嚴(yán)重后果呢？兄弟、姐妹、父母、子女？倫理關(guān)系器官克隆和干細(xì)胞培養(yǎng)和分化器官，用于醫(yī)學(xué)和臨床治療？

個(gè)人基因信息的隱私權(quán)問(wèn)題，基因歧視人類(lèi)基因信息利用的倫理、法律和社會(huì)影響計(jì)劃，稱(chēng)之為ELSI項(xiàng)目，規(guī)定了： （1）在應(yīng)用和解釋基因信息時(shí)的隱私權(quán)和公正性； （2）基因信息由實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H醫(yī)療應(yīng)用的轉(zhuǎn)化； （3）人類(lèi)基因組計(jì)劃參與者相互協(xié)調(diào)和成果發(fā)布； （