生物工程前沿技術(shù)課件

生物工程

前沿與熱點(diǎn)羅靜上海技術(shù)物理所2004.10.24a生物工程前沿技術(shù)生物工程的歷史

——學(xué)科雛形a生物工程前沿技術(shù)遠(yuǎn)古人類發(fā)現(xiàn)，吃剩的米粥數(shù)日后變成了醇香可口的飲料—人類最早發(fā)明的酒豐富多彩的酒文化微生物發(fā)酵a生物工程前沿技術(shù)我國(guó)古代的釀酒作坊（四川新都縣出土的漢代畫像）a生物工程前沿技術(shù)↑公元前2300年左右，埃及人釀制啤酒的場(chǎng)面（某金字塔壁畫）豐富多彩的酒文化a生物工程前沿技術(shù)(EdwardJenner,1749~1823)首創(chuàng)用牛痘預(yù)防天花，是免疫學(xué)的發(fā)展，開創(chuàng)了預(yù)防醫(yī)學(xué)的先河。a生物工程前沿技術(shù)1676年荷蘭人A.Leeuwenhoek用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始顯微鏡，生物工程進(jìn)入微觀形態(tài)學(xué)發(fā)展階段。a生物工程前沿技術(shù)現(xiàn)代生物工程

Modern

Bioengineeringa生物工程前沿技術(shù)生物工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程基因工程分類——按研究?jī)?nèi)容劃分a生物工程前沿技術(shù)基因工程1、基因工程的概念

基因工程是分子遺傳學(xué)和工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，它能按人類需要，把遺傳物質(zhì)DNA分子從生物體中分離出來(lái)，進(jìn)行剪切、組合、拼裝，合成新的DNA分子。再將新的DNA分子植入某種生物細(xì)胞中，使遺傳信息在新的宿主細(xì)胞或個(gè)體中得到表達(dá)。以達(dá)到定向改造或重建新物種的目的。a生物工程前沿技術(shù)基因工程操作水平：DNA分子水平目的：定向改變遺傳物質(zhì)或獲得基因產(chǎn)物。2、基因工程的理論基礎(chǔ)1）物質(zhì)基礎(chǔ)——脫氧核苷酸2）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)3）中心法則，共用一套遺傳密碼a生物工程前沿技術(shù)細(xì)胞工程1、細(xì)胞工程的概念

利用細(xì)胞融合技術(shù)把含有不同遺傳物質(zhì)的細(xì)胞合成雜種細(xì)胞。并使之分裂生長(zhǎng)成為雜種生物。 它包括體細(xì)胞融合、核移植、細(xì)胞器攝取和染色體片段的重組等。a生物工程前沿技術(shù)細(xì)胞工程操作水平：細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平目的：定向改變遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。2、細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)——細(xì)胞全能性依據(jù)——生物體的每一個(gè)干細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。a生物工程前沿技術(shù)3、主要技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞融合單克隆抗體技術(shù)胚胎移植核移植植物細(xì)胞工程技術(shù)動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)a生物工程前沿技術(shù)異種植物細(xì)胞雜種細(xì)胞轉(zhuǎn)基因植物異種動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞群重組細(xì)胞體細(xì)胞細(xì)胞核早期胚胎受精卵去核卵細(xì)胞克隆動(dòng)物試管嬰兒動(dòng)物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精a生物工程前沿技術(shù)發(fā)酵工程1、發(fā)酵工程的概念

發(fā)酵工程是利用微生物的某些特定功能，通過技術(shù)手段使之生產(chǎn)人類需要的代謝物。以高效率的進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化。 發(fā)酵工程包括：用微生物發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)品，如釀酒。用微生物分解有害物質(zhì);細(xì)菌選礦和細(xì)菌冶金等等！a生物工程前沿技術(shù)發(fā)酵工程2、發(fā)酵工程的技術(shù)要點(diǎn)目的——定向地改造菌種,大量生產(chǎn)微生物菌體或代謝產(chǎn)物菌種的選育——誘變育種、基因工程、細(xì)胞工程環(huán)境條件控制——營(yíng)養(yǎng)、PH、溫度、溶氧等a生物工程前沿技術(shù)3、流程a生物工程前沿技術(shù)發(fā)酵工程（酶工程）商品生產(chǎn)改造物種常規(guī)菌(或常規(guī)細(xì)胞株)①遺傳工程②細(xì)胞工程“工程菌”（或“工程細(xì)胞株”）

③微生物工程④酶工程⑤生物反應(yīng)器工程經(jīng)濟(jì)效益大量產(chǎn)品社會(huì)效益生態(tài)效益a生物工程前沿技術(shù)酶工程

酶工程是利用酶的特異催化功能，在常溫長(zhǎng)壓下將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)，以獲得高純度的適用之物。 該技術(shù)包括各種酶的開發(fā)和生產(chǎn)。酶的分離和純化技術(shù)等。酶工程用于食品工業(yè)很有效。啤酒、醬油、葡萄糖等都可用酶工程生產(chǎn)。a生物工程前沿技術(shù)現(xiàn)代生物工程熱點(diǎn)a生物工程前沿技術(shù)

人類基因組計(jì)劃（HGP）

干細(xì)胞研究與發(fā)展前景

克隆技術(shù)的發(fā)展a生物工程前沿技術(shù)人類基因組計(jì)劃HumanGenomeProjecta生物工程前沿技術(shù)a生物工程前沿技術(shù)染色體（Chromosome）由于細(xì)胞中的DNA大部分在染色體上，所以說(shuō)遺傳物質(zhì)的主要載體是染色體。染色體的化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)和DNA，其中DNA含量穩(wěn)定，是主要的遺傳物質(zhì)。各種生物的染色體有一定的數(shù)目、形狀和大小，人染色體有46條。a生物工程前沿技術(shù)Chromosome

染色體Karyotype染色體組型a生物工程前沿技術(shù)基因(Gene)基因（gene）是1909年丹麥生物學(xué)家W.Johannsen根據(jù)希臘文“給予生命”之意創(chuàng)造的。一個(gè)基因就是能夠編碼一個(gè)蛋白質(zhì)分子的一個(gè)DNA或一個(gè)RNA片段

a生物工程前沿技術(shù)生物學(xué)進(jìn)入基

因組(Genome)時(shí)代a生物工程前沿技術(shù)人類基因組包括分布于人46條染色體的30,000-35,000個(gè)基因。人類基因組計(jì)劃最終目的是測(cè)定基因組的全部序列，弄清整個(gè)基因組的的結(jié)構(gòu)、功能及其表達(dá)產(chǎn)物，徹底了解人類生命活動(dòng)本質(zhì)。a生物工程前沿技術(shù)這一計(jì)劃的科學(xué)意義重大，可與產(chǎn)生原子彈的曼哈頓工程和人類登月阿波羅飛行任務(wù)相媲美，是當(dāng)前國(guó)際生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)引人注目的工程，是人類自然科學(xué)史上最重大的研究項(xiàng)目之一，將推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展。人類基因組計(jì)劃的意義a生物工程前沿技術(shù)人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)1985年，美國(guó)能源部提出，要將共包含約3×109堿基對(duì)的人類基因組全部堿基序列分析清楚；1986年，美國(guó)宣布啟動(dòng)“人類基因組計(jì)劃（HumanGenomeProject,HGP）”。a生物工程前沿技術(shù)人類基因組計(jì)劃的發(fā)展1999年12月1日，首條人類染色體完成測(cè)序，人類第22號(hào)染色體DNA全序列測(cè)定宣布完成。2000年4月6日，美國(guó)Celera遺傳信息公司宣布，該公司已破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼。2000年5月，科學(xué)家聚集美國(guó)冷泉港，宣布人類基因組草圖的完成。a生物工程前沿技術(shù)6國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)家人類基因組中心主要研究比例美國(guó)：WASH＆MIT等7家研究中心，貢獻(xiàn)率為54％。英國(guó)：SANGER一家研究中心，貢獻(xiàn)率為33％。日本：RIKEN等兩家研究中心，貢獻(xiàn)率為7％。法國(guó)：GENOSCOPE研究中心，貢獻(xiàn)率為2.8％。德國(guó)：IMB等3家研究中心，貢獻(xiàn)率為2.2％。中國(guó)：北京華大研究中心、國(guó)家南北方基因研究中心等三家，貢獻(xiàn)率為1％。a生物工程前沿技術(shù)二000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成a生物工程前沿技術(shù)人類基因組研究結(jié)論基因數(shù)量少得驚人人類基因組中存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”三分之一為“垃圾”DNA種族歧視毫無(wú)根據(jù)男性基因突變比例更高a生物工程前沿技術(shù)人類基因組計(jì)劃1%測(cè)序中國(guó)實(shí)驗(yàn)室a生物工程前沿技術(shù)后基因組時(shí)代序幕拉開

哈佛大學(xué)科學(xué)家麥克貝斯說(shuō)，人類基因組圖譜并沒有告訴我們所有基因的“身份”以及它們所編碼的蛋白質(zhì)。人體內(nèi)真正發(fā)揮作用的是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)扮演著構(gòu)筑生命大廈的“磚塊”角色，其中可能藏著開發(fā)疾病診斷方法和新藥的“鑰匙”。

a生物工程前沿技術(shù)干細(xì)胞研究與發(fā)展前景a生物工程前沿技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)，人類一直在研究和尋找能治愈各種疾病、抗衰老甚至長(zhǎng)生不老的方法。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是干細(xì)胞的研究，人類的這些幻想正在逐步變成現(xiàn)實(shí)。1998年，美國(guó)《科學(xué)》雜志將干細(xì)胞的研究成果列在十大科學(xué)進(jìn)展的首位。a生物工程前沿技術(shù)細(xì)胞細(xì)胞群組織機(jī)體細(xì)胞是機(jī)體組成的基本單位a生物工程前沿技術(shù)干細(xì)胞的定義

干細(xì)胞（Stemcell）即起源細(xì)胞。在細(xì)胞的分化過程中，細(xì)胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機(jī)體在發(fā)展適應(yīng)過程中為了彌補(bǔ)這一不足，保留了一部分未分化的原始細(xì)胞。因此，干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。a生物工程前沿技術(shù)干細(xì)胞的分類全能干細(xì)胞多能干細(xì)胞單能干細(xì)胞按分化潛能按發(fā)育狀態(tài)胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞a生物工程前沿技術(shù)干細(xì)胞的用途治療遺傳性疾病和惡性腫瘤。以干細(xì)胞為種子培育成某些組織和器官，用于移植醫(yī)學(xué)?？顾ダ?，延年益壽。a生物工程前沿技術(shù)干細(xì)胞工程

核移植去核胚胎干細(xì)胞組裝胚胎干細(xì)胞組織干細(xì)胞各種組織器官體外誘導(dǎo)培養(yǎng)a生物工程前沿技術(shù)干細(xì)胞治療的進(jìn)展科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到干細(xì)胞可能成為一種“拯救生命”的有效的疾病治療手段。例如：小劑量純化的造血干細(xì)胞足可使患者骨髓再生，可以避免腫瘤病人進(jìn)行自體骨髓移植時(shí)所致的瘤細(xì)胞（尤其是白血病細(xì)胞）污染。a生物工程前沿技術(shù)克隆技術(shù)的發(fā)展a生物工程前沿技術(shù)克隆技術(shù)克隆來(lái)源與英語(yǔ)“clone”或“cloning”的音譯，曾譯為無(wú)性生殖或無(wú)性繁殖，即由同一個(gè)祖先細(xì)胞分裂而形成的純細(xì)胞系，這個(gè)細(xì)胞系每個(gè)細(xì)胞的基因彼此是相同的。a生物工程前沿技術(shù)克隆技術(shù)的發(fā)展第一個(gè)發(fā)展時(shí)期——微生物克隆。第二個(gè)發(fā)展時(shí)期——生物技術(shù)克隆。第三個(gè)發(fā)展時(shí)期——?jiǎng)游锟寺?。a生物工程前沿技術(shù)克隆羊多利（Dolly）的誕生1997年12月，英國(guó)Roslin研究所克隆羊多利（Dolly）的誕生揭示一個(gè)全新概念：由成年機(jī)體的一個(gè)體細(xì)胞核，可以復(fù)制一個(gè)基因完全相同的新生命個(gè)體。克隆羊的誕生，預(yù)示著動(dòng)物將成為人類的藥物制造廠。a生物工程前沿技術(shù)a生物工程前沿技術(shù)

從一個(gè)6歲母綿羊普通的組織細(xì)胞（體細(xì)胞）中提取遺傳物質(zhì)，和一個(gè)無(wú)DNA遺傳物質(zhì)但具有活性的另一只母綿羊的卵細(xì)胞進(jìn)行電擊融合，然后將結(jié)合后的新細(xì)胞經(jīng)試管分裂。形成胚胎后再移植到第三只母綿羊子宮內(nèi)生長(zhǎng)。然后產(chǎn)出與第一只綿羊一樣的羊。a生物工程前沿技術(shù)生物工程的個(gè)體應(yīng)用a生物工程前沿技術(shù)個(gè)體應(yīng)用轉(zhuǎn)基因樹的應(yīng)用前景

“金米”的故事生物技術(shù)可以讓世界豐衣足食植入牽牛花基因，西紅柿能防癌了夢(mèng)幻之畜――轉(zhuǎn)基因