細胞工程學緒論

細胞工程學緒論

教學目的與要求:全面了解細胞工程與現(xiàn)代生物技術的關系；了解細胞工程的發(fā)展與相關學科的聯(lián)系；了解細胞工程在現(xiàn)代世界經(jīng)濟中的潛力。第一節(jié)細胞工程在生物技術領域中的地位一、生物技術概述生物技術是以生物科學為基礎，利用生物個體或生物器官、組織、細胞的特性和功能，設計構(gòu)建具有預期性狀的新物種或新品系（包括細胞系），以及與工程原理相結(jié)合進行產(chǎn)品加工生產(chǎn)的綜合性技術體系。生物技術的內(nèi)涵主要是：運用現(xiàn)代生物學理論與科學技術改造細胞的遺傳物質(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，以生物化學工程代替化學工程，制備工業(yè)產(chǎn)品；發(fā)展相應的科學理論與工程技術。主要技術范疇包括：基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程以及生化工程?，F(xiàn)代生物技術特征：多學科性；商業(yè)性；規(guī)?；?。二、細胞工程的概念及研究范疇細胞工程（cellengineering）是應用細胞生物學和分子生物學方法，借助工程學的試驗方法或技術，在細胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學特性，以獲得特定的細胞、細胞產(chǎn)品或新生物體的有關理論和技術方法的學科。廣義的細胞工程包括所有的生物組織、器官及細胞離體操作和培養(yǎng)技術，狹義的細胞工程則是指細胞融合和細胞培養(yǎng)技術。根據(jù)研究對象不同，細胞工程可分為動物細胞工程和植物細胞工程。動物細胞工程包括：細胞培養(yǎng)技術（包括組織培養(yǎng)、器官培養(yǎng)）；細胞融合技術；胚胎工程技術（核移植、胚胎分割等）；克隆技術（單細胞系克隆、器官克隆、個體克?。┲参锛毎こ贪ǎ褐参锝M織、器官培養(yǎng)技術；細胞培養(yǎng)技術；原生質(zhì)體融合與培養(yǎng)技術；亞細胞水平的操作技術等。三、細胞工程與其它相關學科的關系

1．細胞工程學科的建立依賴于相關學科理論的發(fā)展2．為生物學研究提供新的實驗體系3．細胞工程必須與其它生物技術相結(jié)合才能更好地發(fā)揮作用四、細胞工程在現(xiàn)代生物技術中的地位及其實踐意義1．改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術2．保護自然資源，維護生態(tài)平衡3．生物醫(yī)藥開發(fā)第二節(jié)動物細胞工程的發(fā)展一．融合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)19世紀30年代，Muller,Schwann,Virchow等相繼在肺結(jié)核、天花、水痘、麻疹等病理組織中觀察到多核細胞現(xiàn)象，但當時并沒有引起人們的關注，認為這只是一種特殊現(xiàn)象。1849年Lobing在骨髓中也發(fā)現(xiàn)了多核現(xiàn)象的存在，1855年～1858年，科學家們在肺組織和各種正常組織及發(fā)尖和壞死部位都發(fā)現(xiàn)了多核細胞。至此，自然界中廣泛存在著多核細胞的事實，才被生命科學工作者接受。1859年，A.Barli在研究黏蟲的生活史時發(fā)現(xiàn)，某些黏蟲存在著由單個細胞核融合形成多核的原生質(zhì)團的情況。據(jù)此，他認為多核細胞是由單個細胞彼此融合而形成的。二.動物組織細胞培養(yǎng)技術的建立1907年，美國胚胎學家R.Harrison將蛙的胚神經(jīng)管區(qū)的一片組織移植到蛙的淋巴液凝塊中，這片組織在體外不但存活了若干星期，而且還從細胞中長出了軸突(神經(jīng)纖維)細胞，解決了當時關于軸突起源的爭論，并表明了利用體外存活的組織進行實驗研究的可能性。他所采用的把培養(yǎng)物放在蓋玻片上并置于凹玻片腔中培養(yǎng)的方法還一直沿用至今。Carrel(1911)發(fā)現(xiàn)了雞胚浸出液對于某些細胞的生長具有很強的促進效應，還把無菌技術引到了組織培養(yǎng)技術中。作為他的技術標志是，他在不含抗菌素的培養(yǎng)條件下使雞胚心臟細胞維持生存了34年，先后繼代3400次，證明動物細胞有可能在體外無限地生長。1914年，Thomson創(chuàng)立了另一條完全不同的體外組織培養(yǎng)途徑－器官培養(yǎng)法，以后又被Strangeways和Fell所發(fā)展。1940年，Earle建立了可以無限傳代的一個C3H小鼠的結(jié)締組織細胞系－L系。1951年，Gay建立了第一個人體細胞系－人體宮頸癌Hela細胞系三.細胞融合技術的建立和雜交瘤技術的誕生1958年,Okada發(fā)現(xiàn)紫外滅活的仙臺病毒可引起艾氏腹水瘤細胞彼此融合。由于仙臺病毒能穩(wěn)定地誘發(fā)細胞融合而引起了許多科學家的興趣，60年代，Harris(1965)誘導不同的動物體細胞融合獲得成功并能存活下來。Lifflefield(1964)根據(jù)親本細胞的酶缺陷型，利用HAT選擇性培養(yǎng)基能使親本細胞死亡而只留下異型融合細胞，并能不斷地增殖，從此形成了細胞融合到雜種細胞選擇、培養(yǎng)的一整套技術。使這一技術在此后廣泛地應用于遺傳學、病毒學、免疫學、細胞學等多種學科的研究工作中。1975年，免疫學家Kohler和Milstein利用仙臺病毒誘導綿羊紅細胞免疫的小鼠脾細胞與小鼠骨髓瘤細胞融合，選擇到能分泌單一抗體的雜種細胞。該雜種細胞具有在小鼠體內(nèi)和體外培養(yǎng)條件下大量繁殖的能力，并能長期地分泌單克隆抗體，從而建立了小鼠淋巴細胞雜交瘤技術。這一技術的誕生把細胞融合技術從實驗階段推向了應用研究階段，促進了動物細胞工程的蓬勃發(fā)展。四.動物克隆技術的建立1891，Heape等人首次報道了家兔胚胎移植成功的結(jié)果，他們把安哥拉家兔胚胎移植給比利時兔，得到了4只安哥拉家兔。本世紀30年代以后，先后在羊、豬、牛等動物的胚胎移植上獲得成功。經(jīng)過幾十年的不斷完善和充實，已成為一項比較成熟的繁殖生物學技術。首例克隆動物成功的報道是在1962年，英國學者Grudon把非洲爪蟾小腸上皮細胞的核注入同種或異種非洲爪蟾未受精卵(經(jīng)紫外線照射殺死卵細胞核)中，約有1％的重組卵發(fā)育成為成熟蛙。這一成功開創(chuàng)了由體細胞培育動物個體的新型實驗途徑，其貢獻在于：實驗證明了完全分化的腸細胞仍然具有未分化細胞的全部遺傳信