ch01緒論細(xì)胞工程

細(xì)胞工程

CellEngineering

主講教師：左振宇教材與參考書：《細(xì)胞工程》李志勇，科學(xué)出版社，2003《植物細(xì)胞工程》謝從華，高等教育出版社，2004《植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與應(yīng)用》郭勇，化學(xué)工業(yè)出版社，2004《植物細(xì)胞工程》朱至清，化學(xué)工業(yè)出版社，2002《動物細(xì)胞工程》徐永華，化學(xué)工業(yè)出版社，2002《細(xì)胞實驗指南》D.L.Spector,ColdSpringHarborLaboratory,1998

課程安排

總學(xué)時：36學(xué)時第一篇緒論：2個學(xué)時細(xì)胞工程基礎(chǔ)：2個學(xué)時第二篇植物細(xì)胞工程：18個學(xué)時植物組織器官的離體培養(yǎng)12

植物體細(xì)胞培養(yǎng)及大規(guī)模生產(chǎn)3

植物原生質(zhì)體的分離、融合及培養(yǎng)3

第三篇動物細(xì)胞工程：14個學(xué)時動物細(xì)胞與組織培養(yǎng)5

器官培養(yǎng)與干細(xì)胞3

動物細(xì)胞融合技術(shù)2

胚胎工程2

克隆技術(shù)2

討論或答疑：2個學(xué)時關(guān)于考試期終考試成績：占80%平時成績：考勤、回答問題等占20%考試形式：閉卷考試（百分制）關(guān)于教學(xué)方法由于本門課是工程類課程，也是一門新興學(xué)科，在課堂教學(xué)中，希望同學(xué)們積極參與！

網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源動物/細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)信息網(wǎng)－第四軍醫(yī)大學(xué)國家動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)中試基地植物/植物組織培養(yǎng)網(wǎng)http:///Volume1細(xì)胞工程概述及基礎(chǔ)Chapter1

緒論

Section1

生物工程一、概念

生物工程是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物個體或生物器官、組織、細(xì)胞的特性和功能，設(shè)計構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系（包括細(xì)胞系），以及與工程原理相結(jié)合進(jìn)行產(chǎn)品加工生產(chǎn)的綜合性技術(shù)體系?，F(xiàn)代生物工程特征：多學(xué)科性、商業(yè)性、規(guī)?；锕こ痰膬?nèi)涵主要是：

運(yùn)用現(xiàn)代生物學(xué)理論與科學(xué)技術(shù)，改造細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，培育出人們需要的生物新品種；工業(yè)規(guī)模地利用現(xiàn)有生物體系，制備生物產(chǎn)品；模擬生物體系，以生物化學(xué)工程代替化學(xué)工程，制備工業(yè)產(chǎn)品；發(fā)展相應(yīng)的科學(xué)理論與工程技術(shù)。12第一代生物工程：1857年巴斯德證實酒精發(fā)酵是由活酵母引起。19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代，不少工業(yè)發(fā)酵的出現(xiàn)，以工業(yè)微生物工程生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品為代表的真正意義的生物工程正式誕生。

近代生物工程：

抗生素工藝：1928年弗來明發(fā)明青霉素，1943年開發(fā)出青霉素的生產(chǎn)工藝。隨后出現(xiàn)的氨基酸發(fā)酵工藝、酶制劑工藝特點(diǎn)：好氣發(fā)酵，產(chǎn)品包括初、次級代謝產(chǎn)物，發(fā)酵規(guī)模大，技術(shù)要求高?，F(xiàn)代生物工程：

20世紀(jì)70年代，隨著基因重組、細(xì)胞和組織培養(yǎng)、酶的固定化、動植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)、現(xiàn)代生物反應(yīng)器和計算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用，生物工程進(jìn)入到新的發(fā)展階段。代表技術(shù)：DNA重組、細(xì)胞融合等技術(shù)代表性生物技術(shù)產(chǎn)品：轉(zhuǎn)基因生物與克隆動物、體細(xì)胞克隆羊“多莉”的誕生。二、發(fā)展歷程現(xiàn)代生物工程的特點(diǎn)與組成

基因工程生物工程四大領(lǐng)域細(xì)胞工程發(fā)酵工程酶工程（一）發(fā)酵工程（微生物工程）

發(fā)酵工程是指利用微生物的特定性狀，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，在生物反應(yīng)器（bioreactor）中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技術(shù)。產(chǎn)品：抗生素、氨基酸、工業(yè)用酶、味精、維生素B2等傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)＋其他現(xiàn)代生物技術(shù)→微生物工程三、生物工程的組成（二）酶工程

酶工程就是利用酶催化作用，通過適當(dāng)?shù)纳锓磻?yīng)器工業(yè)化地生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品或是達(dá)到某一特殊的目的，它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一項高新技術(shù)。研究內(nèi)容：天然酶的分離、純化、鑒定及生產(chǎn)酶的固定化技術(shù)酶生物反應(yīng)器的研制和利用（三）基因工程

基因工程即重組DNA技術(shù)，是指根據(jù)人們的意愿對不同生物的遺傳基因進(jìn)行切割、拼接或重新組合，再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi)產(chǎn)生出人們所期望的產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新的遺傳性狀的生物類型的一門技術(shù)。1982年，美國Lilly公司－重組胰島素步驟：目的基因（cDNA文庫）－連接載體－轉(zhuǎn)化細(xì)胞－篩選（四）蛋白質(zhì)工程問題回顧：按功能分，蛋白質(zhì)主要包括哪些類型？蛋白質(zhì)類型：酶蛋白結(jié)構(gòu)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抗體激素

蛋白質(zhì)工程指利用生物技術(shù)手段對蛋白質(zhì)的DNA編碼序列進(jìn)行有目的的改造并分離、純化蛋白質(zhì)，從而獲取自然界沒有的、具有優(yōu)良性質(zhì)或適用于工業(yè)生產(chǎn)條件的全新蛋白質(zhì)，或?qū)σ延械鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變、組成進(jìn)行修飾的過程。方法：基因水平－基因融合、定點(diǎn)誘變蛋白質(zhì)修飾（五）生物化學(xué)工程

生物化學(xué)工程（簡稱生化工程）是由生物科學(xué)與化學(xué)工程相結(jié)合的交叉學(xué)科，主要研究將生物技術(shù)的實驗室研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力過程中的帶有共性的工程技術(shù)問題。研究內(nèi)容：如何將實驗室研究成果→生產(chǎn)→產(chǎn)品（六）細(xì)胞工程什么是細(xì)胞工程，通過細(xì)胞工程的學(xué)習(xí)，我們又能學(xué)到些什么呢？酶工程蛋白質(zhì)工程細(xì)胞工程基因工程發(fā)酵工程生物化學(xué)工程天然微生物動植物細(xì)胞或組織，融合細(xì)胞或微生物轉(zhuǎn)基因基因工程菌基因融合與修飾新蛋白質(zhì)酶制劑或活細(xì)胞工業(yè)化生物產(chǎn)品或醫(yī)藥、環(huán)保、能源、材料等領(lǐng)域的應(yīng)用微生物工程生物工程六個組成技術(shù)之間的關(guān)系圖解Section2

細(xì)胞工程概述本門課基本特點(diǎn)：實踐性、實用性、科學(xué)性

一、概念：

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，借助工程學(xué)的實驗方法和技術(shù)，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科。廣義的細(xì)胞工程包括所有的生物組織、器官及細(xì)胞離體操作和培養(yǎng)技術(shù)，狹義的細(xì)胞工程則是指細(xì)胞融合和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。人們可以根據(jù)科學(xué)設(shè)計改變細(xì)胞的遺傳基礎(chǔ)，通過無菌操作，大量培養(yǎng)所需細(xì)胞，誘導(dǎo)形成組織甚至發(fā)育為完整個體。迄今為止，人們已經(jīng)從基因水平、細(xì)胞器水平以及細(xì)胞水平開展了多層次的大量工作，在細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)和生物克隆等諸多領(lǐng)域取得一系列令人矚目的成果，其中代表細(xì)胞水平的細(xì)胞工程研究也顯示其巨大的應(yīng)用前景。二、細(xì)胞工程的發(fā)展歷史1677年荷蘭科學(xué)家列文虎克證實了細(xì)菌、精子的細(xì)胞結(jié)構(gòu)19世紀(jì)80年代，德國學(xué)者施旺和施萊登提出細(xì)胞學(xué)說植物學(xué)界：1902年哈泊蘭德預(yù)言植物細(xì)胞的全能性；1934年溫特發(fā)現(xiàn)生長素對植物細(xì)胞培養(yǎng)的作用；1937年胡蘿卜組織離體培養(yǎng)，細(xì)胞增殖成功；1960年首次制備原生質(zhì)體；1972年將不同種煙草原生質(zhì)體融合，獲得第一個體細(xì)胞雜種植株。動物學(xué)界：1907年由美國生物學(xué)家Harrison用淋巴液培養(yǎng)青蛙胚神經(jīng)細(xì)胞數(shù)周，開創(chuàng)動物培養(yǎng)細(xì)胞先河。1951年Earle等開發(fā)出促進(jìn)動物細(xì)胞體外增殖的培養(yǎng)基。1958年日本的岡田開發(fā)出動物細(xì)胞融和技術(shù)1965年，證明滅活病毒可以誘導(dǎo)動物細(xì)胞的融合。1977，英國胚胎工程技術(shù)，首例試管嬰兒；1997，多莉克隆羊；2001，首例克隆豬……

代表性例子：“組裝鼠”、綿山羊、試管植物、試管動物、克隆動物、轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器。三、主要研究內(nèi)容根據(jù)研究對象不同，細(xì)胞工程可分為微生物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程和植物細(xì)胞工程。動物細(xì)胞工程包括：細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)（包括組織培養(yǎng)、器官培養(yǎng)）；細(xì)胞融合技術(shù)；胚胎工程技術(shù)（核移植、胚胎分割等）；克隆技術(shù)（單細(xì)胞系克隆、器官克隆、個體克?。?。植物細(xì)胞工程包括：植物組織、器官培養(yǎng)技術(shù)；細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)；原生質(zhì)體融合與培養(yǎng)技術(shù)；亞細(xì)胞水平的操作技術(shù)等。

細(xì)胞工程細(xì)胞整體水平（細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合）細(xì)胞器水平（核移植，改變?nèi)旧w倍性和組成）基因水平（外源基因?qū)耄?/p>

組織與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)——優(yōu)良植物快速繁育、產(chǎn)前診斷、細(xì)胞代謝產(chǎn)物。細(xì)胞融合技術(shù)——單克隆抗體、創(chuàng)造新品種、基因分析。染色體工程技術(shù)——創(chuàng)造作物新類型。胚胎工程技術(shù)（胚胎分割、胚胎融合、核質(zhì)移植技術(shù)、體外受精、胚胎移植、胚胎培養(yǎng)、胚胎冷凍、性別鑒定技術(shù)）——創(chuàng)造動植物新品種、人類優(yōu)生、動植物改良。細(xì)胞遺傳工程：基因重組技術(shù)（克隆、轉(zhuǎn)基因）

細(xì)胞