現(xiàn)代生物技術(shù)概述.ppt

1、現(xiàn)代生物技術(shù)概述Modern Biotechnology,實(shí)驗(yàn)室守則,實(shí)驗(yàn)室安全須知,微生物安全使用須知,什么是生物技術(shù)？,1、生物技術(shù) 生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，以微生物、動物、植物作為反應(yīng)器，將物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品為社會服務(wù)的技術(shù)。 2、現(xiàn)代生物工程： 發(fā)酵工程、酶工程、細(xì)胞工程、基因工程、蛋白質(zhì)工程,= 生物工程,生物技術(shù)現(xiàn)狀如何？,生物技術(shù)現(xiàn)狀如何？,世界生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 （2001統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)） 全球生物技術(shù)公司4284家 ；美國1457家。 全球收入384.7億美元；美國253.19億美元 全球研發(fā)費(fèi)用164.27億美元；美國115.32億美元 我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 3

2、00家公司，有能力生產(chǎn)的150家，上市40多家。 產(chǎn)品總銷售額200億RMB。,基因工程,細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程：植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交，用來繁殖和培育新品種。 白菜-甘藍(lán)是植物體細(xì)胞雜交的成果。 動物細(xì)胞工程:細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、單克隆抗體的產(chǎn)生、胚胎移植、核移植等。 如：克隆羊多利是核移植的成果。,發(fā)酵工程,概念 指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段,利用微生物的某些特定功能,為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù). 應(yīng)用： 微生物菌體生產(chǎn) 如利用酵母制作面包、利用再生資源生產(chǎn)飼料蛋白、利用微生物細(xì)胞作為生物催化劑等 微生物代謝產(chǎn)物的生產(chǎn) 在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用 在食品工業(yè)上

3、的應(yīng)用 微生物機(jī)能的利用,蛋白質(zhì)工程,對蛋白質(zhì)進(jìn)行加工改造。如：改變個別氨基酸的種類來改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。,酶工程,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會生活的一門技術(shù)。 它包括酶制劑的制備、酶的固定化、酶的修飾與改造等方面內(nèi)容。 酶工程的應(yīng)用，主要集中于食品工業(yè)，輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。如：加酶洗衣粉,基因工程,20世紀(jì)70年代隨著DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)展出來。 對基因進(jìn)行加工，使生物體發(fā)展成為新的有機(jī)生物體。 各種生物工程在實(shí)施上大多離不開基因工程手段，現(xiàn)代生物技術(shù)中，主要的是基因工程。,基因工程定義,基因工程(gene engineering) 又稱

4、轉(zhuǎn)基因技術(shù)(gene manipulation),重組DNA(recombinant DNA)。基因工程是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ),以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段,將不同來源的基因(DNA分子), 按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子,然后導(dǎo)入活細(xì)胞, 以改變生物原有的遺傳特性,獲得新品種, 生產(chǎn)新產(chǎn)品, 或是研究基因的結(jié)構(gòu)和功能。,轉(zhuǎn)基因魚,轉(zhuǎn)基因魚,轉(zhuǎn)基因魚,轉(zhuǎn)基因蠶,轉(zhuǎn)基因蠶,轉(zhuǎn)基因猴,這種蠶被導(dǎo)入了水母、珊瑚等的熒光蛋白質(zhì)基因，所結(jié)的繭在自然光照射下呈淡綠色或粉色，但經(jīng)藍(lán)色發(fā)光二極管等光線照射后，通過濾鏡觀察則呈熒光色。該成果有望應(yīng)用于衣料及家裝等領(lǐng)域。,轉(zhuǎn)基因番茄,為人類

5、最終戰(zhàn)勝糖尿病、乳腺癌、愛滋病、帕金森氏癥和艾滋病等頑癥提供幫助。,世界上首例轉(zhuǎn)基因靈長類動物轉(zhuǎn)基因猴“安迪”,轉(zhuǎn)基因番茄,問題,以色列研究人員日前宣布，他們利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出一種具有檸檬和玫瑰香味的新品種番茄。生成類胡蘿卜素的其他農(nóng)作物和花也可以像番茄一樣，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)改變氣味和口味。,吃個番茄也能抗乙肝，這絕非天方夜譚。每天坐在家里，吃上三五只西紅柿，人們體內(nèi)就能產(chǎn)生乙型肝炎病毒的抗體，達(dá)到和注射疫苗一樣的效果。 中國農(nóng)科院生物研究所有關(guān)研究人員指出，“利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)乙型肝炎口服疫苗”是國家863高新生物技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)研究，該項(xiàng)研究經(jīng)過研究人員的共同努力，現(xiàn)已取得重大成果，科研人

6、員在研制出轉(zhuǎn)基因馬鈴薯后，現(xiàn)又將乙型肝炎病毒包膜中蛋白抗原基因成功導(dǎo)入西紅柿并獲得穩(wěn)定和高效表達(dá)，這就意味著，人們不必忍痛，輕松地吃幾個西紅柿就能將談之色變的乙型肝炎輕松拒之于身外。,問題： 1.已學(xué)過的育種方法有哪些？,雜交育種、誘變育種、單倍體育種、 多倍體育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù),2.基因工程方法育種的優(yōu)越性體現(xiàn)在哪里?,能定向改造生物的性狀,3.什么是基因工程? 基因工程的原理是什么?,1、基因工程： 又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù) 通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,2、原理：,通過基因重組技術(shù)

7、,讓目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定和高效表達(dá),操作水平,3、操作水平：,4、結(jié)果：,DNA分子水平,定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。,想一想,為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上？,推測這種“嫁接”怎樣才能實(shí)現(xiàn)？,DNA是生物的主要遺傳物質(zhì) DNA都是由四種脫氧核苷酸形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),基因工程操作的工具,基因工程操作的工具,將目的基因片斷從受體細(xì)胞內(nèi)提取， 需要基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶。 將目的基因與質(zhì)粒DNA連接， 需要基因的針線DNA連接酶。 將目的基因運(yùn)入大腸桿菌， 需要基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體。,限制性核酸內(nèi)切酶,1、限制性內(nèi)切酶作用過程,限制性核酸內(nèi)切酶,一種

8、限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列,酶分布在細(xì)菌中特點(diǎn)特異性,限制性核酸內(nèi)切酶,2、分布：,主要在細(xì)菌中。,3、特點(diǎn)：,特異性， 即識別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn),例如：大腸桿菌的一種限制性核酸內(nèi)切酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開,4、結(jié)果：,產(chǎn)生黏性未端,被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？,基因的針線：DNA連接酶,被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？,用同種限制酶切割,DNA連接酶,另一類是切割部位也有特異性的，在某一部位進(jìn)行平切，切割部位不形成粘性末端。,DNA連接酶,磷酸二酯鍵，不是氫鍵。,1、連接酶的作用：,將互補(bǔ)配對的兩個黏

9、性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子。,2、連接的部位：,運(yùn)載體,運(yùn)載體,要讓一個從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去。能將外源基因送入細(xì)胞的工具就是運(yùn)載體,1、條件：,2、種類：,細(xì)菌、酵母質(zhì)粒、改造和修飾后的噬菌體、病毒DNA,質(zhì)粒,質(zhì)粒是能自主復(fù)制的雙鏈環(huán)狀DNA分子,質(zhì)粒,質(zhì)粒,質(zhì) 粒,標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測,基因操作的基本步驟,基因操作的基本步驟,獲取目的基因 形成重組DNA分子 將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞 4.篩選含有目的基因的受體細(xì)胞 5.目的基因的表達(dá),提取目的基因的方法,將需要的基因從供體生物的細(xì)胞內(nèi)提取出來,取 出D

10、NA,用限制酶切斷DNA,目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。,提取目的基因的方法,1、直接分離基因,人工基因合成法,2、人工基因合成法,直接合成法：已知某基因的序列的前提下,可以用化學(xué)方法合成或 用PCR技術(shù)擴(kuò)增大量獲取目的因.(如胰島素基因) 想一想:還有其他的方法可以合成目的基因嗎? 逆轉(zhuǎn)錄法:以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。 根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應(yīng)的基因。,DNA合成儀,

11、PCR擴(kuò)增儀,目的基因與運(yùn)載體結(jié)合-形成重組DNA,目的基因與運(yùn)載體結(jié)合-形成重組DNA,用限制酶切割目的基因和用相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補(bǔ)配對后，在DNA連接酶的作用下連接形成重組DNA分子,提取質(zhì)粒并用限制酶切割,用連接酶將目的基因和質(zhì)粒連接,將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞并擴(kuò)增,將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞并擴(kuò)增,基因工程中常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞等。如用質(zhì)粒作運(yùn)載體,則選大腸桿菌為受體細(xì)胞 導(dǎo)入受體細(xì)胞常用的方法是借鑒細(xì)菌或者病毒侵染細(xì)胞的途徑。通常還要對一些受體細(xì)胞進(jìn)行增大通透性的處理。 目的基因可以隨著受體細(xì)胞進(jìn)行快速的繁殖，在很短的時間內(nèi)獲得大量的基因。,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,將受體細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增,篩選含有目的基因的受體細(xì)胞,篩選含有目的基因的受體細(xì)胞,前三步的處理十分繁鎖，為保證目的基因得到有效利用，通常用大量的受體細(xì)胞來接受不多的