动物生物技术绪论.ppt

动物生物技术,郑嵘动物科技学院,超级细菌一切耐药菌的统称金黄色葡萄球菌新德里金属内酰胺酶-1New Delhi metallo-lactamase 1，简称NDM-1）可以跨越不同的细菌种类，可以广泛存在于各种细菌的DNA线粒体中，以DNA的结构出现，因此被称为质体它可以在细菌中自由复制和移动，从而使这种病菌拥有传播和变异的惊人潜能,NDM-1,艾滋病病毒,天花病毒,流感病毒,禽流感病毒,禽流感病毒图解,美国威斯康星州麦迪逊大学Yoshihiro Kawaoka教授为首的美日科学家小组，发现禽流感病毒和人类流感病毒锁定的受体略微不同。研究结果发表在2006年22日的自然杂志上。,2007年12月，江苏南京父子同感染人高致病性禽流感，世卫组织不排除人传人,流感病毒基因组含有8个RNA片段，已知可以编码11种病毒蛋白质;PB1是病毒RNA聚合酶的催化亚基，负责病毒RNA的复制以及转录；PB2是负责以一种称为“Snatch”的方式夺取宿主mRNA的CAP帽子结构用于病毒mRNA转录;PA亚基不但参与病毒复制过程，而且还参与病毒RNA转录、内切核酸酶活性、具有蛋白酶活性以及参与病毒粒子组装等多种病毒活动过程,我国科学家完成禽流感病毒病毒关键结构解析,甲型H1N1流感病毒：人流感病毒、北美禽流感病毒、北美、欧、亚猪流感病毒基因,?,卫生部长陈竺试种第二针国产甲流疫苗,蓝耳病又称猪的繁殖与呼吸综合征（PRRS），是由动脉炎病毒科中的猪繁殖与呼吸综合征病毒引起的，以繁殖障碍、呼吸困难、耳朵蓝紫、并发其他传染病为主要特征。,口蹄疫 病原体：口蹄疫病毒,手足口病 病原体：肠道病毒,1、绪论2、分子生物学基础3、动物基因工程基础4、动物细胞工程5、动物胚胎工程6、动物细胞核移植7、干细胞技术8、转基因动物技术9、基因敲除和RNA干涉10、动物分子标记辅助育种技术11、动物分子诊断及免疫技术12、动物营养生物技术,第一章 绪论,一、动物生物技术概述二、动物生物技术的发展历程及其应用三、动物生物技术发展趋势四、前景五、生物技术与中国六、面临问题,一、动物生物技术的概念1、现代生物技术的产生19世纪，人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产；,1928年，Flemming发现了青霉素 抗生素；,澳大利亚病理学家霍华德.弗罗里因进行青霉素化学制剂的研究,青霉素发明者、英国科学家弗莱明在他的实验室内,20世纪40年代，获取细菌的次生代谢代谢物 抗生素工业；,20世纪50年代，氨基酸发酵工业；20世纪60年代，酶制剂工业；,1982年，国际合作及发展组织对生物技术这一名词进行了重新定义：生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。,动物生物技术：,以动物为主要研究对象，采用基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、发酵（微生物）工程等现代生物技术对动物品质和性状进行改造的生物技术，包括获得新型生物制品或饲料添加剂，培育高产、优质、抗逆的畜禽品种，是生物技术的重要组成部分。,基因工程(DNA重组技术)细胞工程(细胞杂交技术、细胞组织培 养和体细胞杂交技术)酶工程 微生物工程 蛋白质工程,生物技术,基因工程 应用人工方法把不同生物的遗传物质从细胞中分离出来，在体外进行切割和拼接，并将重组后的DNA导入某种宿主或个体，从而改变它们的遗传特征，育成新的品种或使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）,1953年，Waston和Crick发现DNA双螺旋结构,1973年，Herert Boyer和Stanley Cohen完成第一个DNA重组实验,Herbert Boyer,1972年,Boyer获得第一个重组DNA分子,细胞工程：指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培育、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特征按照人们的意愿改良和创造新品种，加速繁殖动植物个体，获得某种有用的物质的技术。,单细胞藻类培养,细胞工程,一些单细胞低等植物如单细胞藻类的大规模培养成为细胞工程的重要组成部分获得蛋白质资源、营养食品、精细化工产品等等,高等植物细胞培养,细胞工程,高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。,利用动物细胞工程生产一些药品，如红细胞生成素、抗血友病因子、组织纤溶酶原激活物（tPA）等等,细胞工程,动物细胞培养,细胞融合、细胞重组、杂交瘤技术,细胞工程,细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理后放在一起，在某些促融因子作用下发生融合，形成杂种细胞。,细胞重组是把不同种类的细胞的部件重新组合装配，包括核的移植、叶绿体移植、核糖体重建及线粒体装配等。杂交瘤技术是通过细胞融合产生特异杂交瘤细胞。,酶工程：指利用酶、细胞器或细胞所具有的催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一种技术。,发酵工程：利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程中的特殊性等特点，在合适的条件下，通过现代化工程技术手段，利用微生物特定功能生产出人类所需产品的一种技术。,蛋白质工程 指在基因工程的基础上，结合蛋白质晶体学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科知识，通过基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质的一种技术。,1917,Karl Ereky首次使用“生物技术”这一名词1943，大规模工业生产青霉素1944，Avery,MacLeod 和McCarty通过实验证明DNA是遗传物质1953，Watson和Crick阐明了DNA的双螺旋结构1961，生物技术和生物工程杂志创刊,二、发展：,19611966，破译遗传密码1970，分离出第一个限制性内切酶1972，Khorana等人合成了完整的tRNA基因1973，Boyer和Cohen建立了DNA重组技术1975,Kohler和Milstein建立了单克隆抗体技术1976，第一个DNA重组技术规则问世1978，Genentech公司在大肠杆菌中表达出胰岛素1980，美国最高法院对Diamond和Chakrabarty专利案作出裁定，认为经基因工程操作的微生物可获得专利,1981，第一台商业化生产的DNA自动测序仪诞生 第一个单克隆抗体诊断试剂盒在美国被批准使用1982，用DNA重组技术生产的第一个动物疫苗在欧洲获得批准1983，基因工程Ti 质粒用于植物转化1988，美国授予对肿瘤敏感的基因工程属以专利 PCR方法问世1990，美国批准第一个体细胞基因治疗方案1997，英国科学家培养出第一只克隆绵羊多莉1998，美国批准艾滋病疫苗可以进行人体试验 日本科学家培养出克隆牛，英美等国培养出克隆鼠,2000，英国科学家培养出转基因克隆猪2001，人类基因组框架图公布2002，水稻基因组框架图公布 小鼠基因组框架图公布2003，中国科学家研制的重组腺病毒p53注射液获得国家食品药物监督管理局批准的新药证书，成为世界上第一个获得正式批准的基因治疗药物2004，英国当局（Human Fertilisation and Embryology Authority,HFEA）首次批准英国一科研单位进行人类细胞核移植治疗克隆治疗,2007，猪基因组测序结果公布2007，首次绘出狗的基因组序列草图2008，英国成功制造人兽混合胚胎成活3天2008，大熊猫“晶晶”基因组框架图绘制完成2008，日本科学家成功克隆冷冻16年死亡老鼠2009，英国科学家诱导出精子样细胞？,克隆技术的发展,1938年：德国科学家首次提出克隆的设想。1952年：科学家开始用青蛙克隆试验。1970年：克隆青蛙试验取得突破，据称，青蛙卵发育成为了蝌蚪，但是在开始进食后死亡。1981年：科学家进行克隆鼠试验，据称，用鼠胚胎细胞培育出了发育正常的鼠。1984年：第一只胚胎克隆羊诞生。,1997年2月24日：英国罗斯林研究所宣布克隆羊培育成功。他们用取自一只6岁成年羊的乳腺细胞培育成功一只克隆羊。,277次乳腺细胞核移植实验；获得29个发育为8细胞的“胚”；13头代孕母亲,几点说明,任何一个高等动物的细胞或个体都有两套独立的遗传系统：一套是我们所熟知的由细胞核里的全部基因所组成的遗传系统，这是主要的遗传系统，负责生物体结构和细胞绝大部分的生命活动；另一套是由细胞质里的线粒体和叶绿体的DNA所组成的细胞质遗传系统，植物的细胞质遗传系统有线粒体和叶绿体两种，动物的细胞质遗传系统只有线粒体一种。,（1）多利并不是与母体完全一样的克隆,细胞质遗传系统与细胞核遗传系统有着密切的关系，但线粒体和叶绿体DNA上的基因是细胞核的染色体上所没有的，因此，细胞质遗传系统的功能不能由细胞核遗传系统来代行。由于动物的精子不为后代提供细胞质，所以高等动物的线粒体是通过母系的细胞质来遗传的，即其后代的所有线粒体都来自于母亲，与父亲无关。多利的细胞核来自芬兰母羊，但线粒体DNA分析确认了多利的线粒体来自苏格兰黑面母羊，由于线粒体在细胞生命活动中具有极其重要的功能，与许多生理活动密切相关，因此多利在生理上与其母体也会有明显的差异。,多利的诞生显示了用生物技术复制与母体完全一样的个体的可能性：如果接受体细胞的去核卵与体细胞是来自于同一个个体，则所得的复制体的细胞质与细胞核里的基因都与母体是完全一样的，这样的克隆才是母体真实的复制品。女性有可能用自身的体细胞和自身的去核卵细胞克隆出与自己的遗传组成、生理特征完全一样的个体；而克隆技术不可能用男性的体细胞复制出与原来个体在遗传上完全相同的克隆。,（2）即使是女性，也不可能复制出 与自身心理完全一样的个体,心理的形成不仅与个人的遗传相关，而且与个人的社会经历和社会环境密切相关。（因此，对于人这种以心智和社会性为其本质特征的生物，用克隆技术复制不会有任何进步的意义。）,（3）通过体细胞克隆所得到的生物体与通过正常两性生殖产生的生物体在生存能力上可能会存在差别,动物的体细胞的最多分裂次数是有限制的，而且每一次分裂都会在其染色体上留下年龄的标记，这种母体的真实复制品的生理年龄也可能与它的实际出生年龄会不一致，即克隆动物个体可能会出现早衰现象,对多利所进行的生理监测似乎也表明正是如此。,克隆羊的意义,理论意义：证明已分化的高等动物的体细胞仍然具有潜在的遗传表达全能性，也证明了用现代生物技术复制或克隆高等动物甚至人类的可能性。12生肖已经克隆了一半,1998年2月23日：英国PPL医疗公司宣布，该公司克隆出一头牛犊“杰弗逊”先生。,1998年7月5日：日本科学家宣布，他们利用成年动物细胞克隆的两头牛犊诞生。,1998年7月22日：科学家采用一种新克隆技术，用成年鼠的体细胞成功地培育出了三代共50多只克隆鼠，这是人类第一次用克隆动物克隆出克隆动物。,1999年5月31日：美国夏威夷大学的科学家，利用成年体细胞克隆出第一只雄性老鼠。,2000年1月：美国科学家宣布克隆猴成功，这只恒河猴被命名为“泰特拉”。,2000年3月14日：英国PPL公司宣布，他们成功克隆出5只克隆猪，这是人类首次培育出克隆猪。,2001年1月27日：美国和意大利科学家宣布，他们将联手尝试克隆人。,2003年Dolly死亡。,2001年12月22，美国科学家经188次实验，培育出世界上第一只克隆猫。,2003年，美国成功克隆骡，法国克隆出大老鼠，韩国克隆出狗；2004年，美国又克隆出马。,2000年6月，中国第一只体细胞克隆羊阳阳,2003年，2月26日，阳阳喜做太姥姥,五代同堂,2002年1月18日我国首只本土克隆牛“委委”诞生,中国第一头体细胞克隆猪（2005年8月5日）,三、趋势：基因操作技术日新月异；基因工程药物和疫苗研究和开发突飞猛进；转基因植物和动物取得重大突破；阐明生物体基因组及其编码蛋白质的结构与功能是当今生命科学发展的一个主流方向；基因治疗、细胞核移植克隆、胚胎干细胞等技术取得重大研究进展；蛋白质工程；信息技术飞速发展。,最终目标:生产商业产品典型的技术密集型产业；市场迅速扩张；世界各国政府高度重视；生物制药是现代生物技术产业的支柱；现代生物技术产品不断增加；经营现代生物技术产品的公司竞争强烈；研究目标日趋集中，生产产品更加专一；医学生物技术产业化进程最快。,四、现代生物技术的前景1、对人类生活的影响更加准确的诊断、预防或治愈传染病和遗传疾病；有效地提高作物的产量，获得具有抗虫、抗真菌、抗病毒、抗逆境等优良性状的植物；开发制造可以生产化学药物、生物多聚体、氨基酸、酶类和各种食品添加剂的微生物和动物细胞；创造带有更多优良性状的家畜和其他动物；简化从环境中清除污染物和废弃物的程序。,2、对人类社会及环境的影响经过基因改造的生物体是否会对其他生物体或环境造成危害；使用和开发基因工程生物是否会降低自然界的遗传多样性；人是否可以成为基因工程操作的对象；基因诊断的程序会不会侵犯个人隐私；农业生物技术是否会彻底改变传统的耕作方式；用现代生物技术生产的药物进行治疗是否会压抑同样有效的传统的治疗方式发展中国家的生物多样性资源如何得到保护。等等,中国科学家参与了人类基因组计划中1人类基因组序列的测定，成为人类基因组计划的唯一的发展中国家；参与了新近启动的人类基因单核苷酸多态性（SNP）的国际项目，承担10的任务；率先完成了籼稻品种基因组的框架图以及粳稻品种第四条染色体的精细序列分析。,五、现代生物技术与中国,2008年7月9日，一个值得注意的日子中国国务院常务会议通过，投资240亿元人民币巨资，以期：获得一批具有重要应用价值和自主知识产权的基因培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因生物新品种转基因技术的发展从1983年首例转基因植物(烟草和马铃薯)培育成功开始，已经经历了技术成熟期(19831993年)、以首例转基因作物延熟保鲜番茄在美国批准上市为标志的产业发展期(19942005年)、从2006年商业化种植面积超过1亿公顷开始的战略机遇期(20062016年),1、农业生物技术：转基因水稻、大豆、小麦、棉花、番茄、烟草等；转基因植物种植面积排在世界第4位，转基因抗虫棉占棉花种植面积的40，是转基因植物种植增长率最高的国家；,遗传标记 遗传育种生长激素 生产能力转基因动物 生物反应器体细胞克隆基因工程疫苗动物胚胎工程动物营养,（2）、动物生物技术,动物基因工程育种,乳腺生物反应器荷兰 生产EPO的转基因牛 年产值40亿 美元 英国 生产-胰蛋白酶制剂的转基因羊 一杯羊奶 6000美元 中国中科院发育所 合作1998年6月得到两 扬州大学 只体细胞克隆羊，能分 泌乳腺药物,优点：1、产量高；2、质量好；生物活性最高 3、纯化工艺相对简单；4、生产成本低。,获得供器官移植的纯种猪需要：去掉猪抗原性 移入人抗凝血因子 近交 20 代约需 20 年 克隆技术使纯种猪培育时间大为缩短。,转基因动物研究还存在不少技术问题：1、基因的内在作用了解尚不够深刻，难以构建具有可调控的高效表达的转化基因；2、外源DNA在动物细胞染色体上的整合机制尚不清楚；3、有效性低；4、病毒基因可能从整合点脱离，成为染色体外的独立复制成分，恢复病毒特性，从而造成细胞功能紊乱或死亡；,5、动物模型与预期不符；6、检测方法限制；7、转基因动物的生产性能不尽人意；8、克隆繁殖出现基因异常比例超过40。,胚胎工程技术：冷冻保存技术胚胎移植体外生产胚胎胚胎克隆性别鉴定,世界上第一只“人兽羊”，有15的细胞来自人类,科学家称人兽混合胚胎研究注定要失败,人兽混合胚胎存在遗传缺陷,兔子卵子用于人兽混合胚胎培育,贝纳蒂（右）6个孩子相继夭折，唯一的儿子爱德华（左）身患残疾,混合胚胎示意图混合胚胎婴儿（两个妈一个爹）,步骤：第一步：母亲有缺陷的线粒体DNA卵子与父亲的精子受精 第二步：这对父母的受精卵移植到另一女性供者的健康卵子内 第三步：改造后的胚胎重新嵌入母亲体内，最后结果是，孩子有三个基因上的父母,2010年，英国纽卡斯尔大学的科学家利用三名成人基因培育出了数十个混合人类胚胎，这宣布了“设计婴儿”时代的来临，理论上说混合人类胚胎虽能避免一些遗传疾病，然而在社会伦理和法律上却引发了强烈的道德和法律争论,动物营养1、酶制剂 纤维素分解酶、植酸酶、戊聚糖酶2、甘露寡糖（替代抗生素）3、氨基酸微量元素螯合物4、合成氨基酸（赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸）,2、医药生物技术（1）基因药物：中国已成功生产了重组乙肝疫苗，人干扰素1b(rhuIFN1b)、人干扰素2a(rhuIFN2a)、人干扰素(rhuIFN)、重组腺病毒p53抗癌注射液、白细胞介素2（rhuIL-2）、人红细胞生成素（rhuEPO）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、链激酶（rSK）等20种药物。,（2）基因治疗实验室研究阶段 临床试验和应用阶段肥胖病基因治疗、血液替器官代品开发、人基因转化的猪器官移植61基因治疗病例为恶性肿瘤，24为艾滋病,六、面临的问题：,创新能力不足而造成的过多的仿制；研究和开发投入严重不足；生物技术开发与产业化的机制不很完善；低水平的重复；专业和管理顶尖人才紧缺。,