《生物技术概论》PPT课件.ppt

基因工程总论,100 years ago,Gregor Mendel was an Austrian-born,German-speaking Augustinian monk who is famously known as the founder of the modern study of genetics,though his work did not receive much recognition until after his death.,“孟德尔第一定律分离定律”和“孟德尔第二定律独立分配定律”1865年，孟德尔总结出著名的遗传规律，在布尔诺（Brno）自然科学学会宣读了他的论文植物杂交试验（Experiments in Plant Hybridization）”,Thomas Hunt Morgan(September 25,1866 December 4,1945)was an American evolutionary biologist,geneticist and embryologist and science author who won the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1933 for discoveries relating the role the chromosome plays in heredity,Sex-linked inheritance of white-eyes in Drosophila flies,Oswald Theodore Avery,The genetic revolution can be said to have started with the 1944 publication of a paper by Avery and his colleagues in which they proved that DNA-not protein,as many believed at the time-is the agent of heredity.,Martha Chase and Alfred Hershey.1953,DNA is the hereditary material!,Fraenkel Conrat,In 1957,Heinz Fraenkel-Conrat and his coworkers answered this question for two RNA-containing viruses:tobacco mosaic virus JMV),which infects the leaves of tobacco leaves,and Holmes ribgrass virus(HRV),which infects grass.,Discovering the Structure of DNA,美国约翰.霍普金斯医院,for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978,Werner Arber,Daniel Nathans,Hamilton O.Smith,Discovery of restriction enzymes,Restriction enzymes are named for the organism they come from:EcoRI=1st restriction enzyme found in E.coli,Action of enzyme cut DNA at specific sequencesrestriction sitesymmetrical“palindrome”produces protruding endssticky endsMany different enzymesnamed after organism they are found inEcoRI,HindIII,BamHI,SmaI,What is gene?,“Gene”in Genetic,Gene=Cistron,Benzer发表细菌噬菌体遗传区的精细结构论文，提出了顺反子(Cistron)的概念和基因是决定一条多肽链的DNA片段的概念。,顺反子：一个不同突变之间没有互补的功能区。,西莫尔本则尔(Seymour Benzer,1921),基因表达所需的精细结构,Promoter of prokaryote,表达调控区,结构基因区,非翻译区,非翻译区,真核生物（eukaryote）基因结构,1 基因工程的基本概念,重组DNA技术:将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆(molecular cloning)、基因克隆(gene cloning)、基因操作(gene manipulation)。,因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。,1.2基因工程的基本定义,基因工程(gene engineering)又称遗传工程(genetic engineering)。狭义的基因工程指重组DNA技术(recombinant DNAtecnique),重组DNA技术的基本用途,分离、扩增、鉴定、研究、整理生物信息资源,大规模生产生物活性物质,设计、构建生物的新性状甚至新物种,基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。,上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建,即重组DNA技术。,下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。,广义的,1.2基因工程的理论和技术基础,基因工程的理论基础,生物的遗传物质是DNA,DNA的双螺旋结构及半保留复制机理,中心法则,基因工程的技术基础,酶学基础：限制性内切酶和DNA连接酶的发现,载体：细菌质粒、噬菌体等载体的发现,DNA的体外技术：PCR技术的发明,1.3 基因工程的基本技术路线,基 本 过 程,目的基因的制取,从生物体的基因组或cDNA文库中分离（克隆）目的基因的DNA片段，或根据已知目的蛋白质的基因序列人工合成目的基因的DNA片段。,基因载体选择与构建,构建能够将目的基因运载进入受体细胞克隆或表达的工具基因片段，如质粒、噬菌体、病毒等。,目的基因载体与载体拼接,将目的基因连接到具有自我复制并有选择标记的载体上，形成重组DNA分子（重组子的构建）。,重组体导入受体细胞,转化、转染、转导或其它基因转移技术使重组体DNA分子进入受体细胞，筛选和无性繁殖(克隆)，选择具有重组体DNA分子的细胞克隆（阳性克隆）,外源基因表达和产物分离纯化,将阳性细胞克隆的目的基因在细胞内进行高效表达，并且进行表达产物的分离纯化,1.4基因工程的基本形式,第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达 经典基因工程,第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变 蛋白质工程,第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构 途径工程,第四代基因工程 基因组或染色体的转移 基因组工程,1953年 Watson-Crick DNA双螺旋结构,DNA结构的确定和遗传密码的破译,1966年,S.Ochoa,破译了全部遗传密码,分子生物学飞跃发展,1958年 Crick 提出“中心法则”,2基因工程的诞生与发展,限制性内切酶的发现是DNA重组技术建立的主要技术基础,分离了第一种限制性核酸内切酶,1970年,从RNA肿瘤病毒中发现反转录酶,D.Baltimore,DNA重组技术的建立,发展了DNA重组技术，于72年获得第一个重组DNA分子,1972-1973年,H.BoyerP.Berg,完成第一例细菌基因克隆,1973年,P.Berg,DNA测序和PCR技术推动了基因的快速发展,发明了快速的DNA序列测定技术,1975年,Sanger,1983年,Mullis,发明了DNA体外扩增(PCR)技术,Hello Dolly,Dolly,a female sheep or ewe,was the first mammal to be cloned from an adult somatic cell,using the process of nuclear transfer.,Cloning of Dolly the Sheep,Cloned Cows,Cloned Pigs,Idaho gem:the first cloned mule,Prometea:the first cloned horse,A dairy cow provided the egg and acted as the surrogate mother.Unfortunately,despite his healthy,masculine physique and nature,the cloned banteng has thus far been unable to produce offspring.,Im waiting for my dream girl!,Tetra:1st cloned monkey,Can we clone a human?,Should we clone a human?,Maybe,Maybe not,3基因工程的安全性问题,对转基因作物的安全性争论，国际上有几个典型的事件。,1998年秋，Pusztai事件,Dr Arpad Pusztai will now retire,1998年秋，Pusztai博士（英Rowett研究所）用雪花莲凝集素转基因土豆喂大鼠，称大鼠体重和器官重量减轻，免疫系统受破坏,英国皇家学会评审（1999年5月）六方面的错误：,不能确定转基因和非转基因马铃薯的化学成份差异；,对食用转基因土豆的大鼠，未补充蛋白质以防止饥饿；,供试动物数量少，饲喂几种不同的、非大鼠标准食物，少统计学意义；,统计方法不当；,试验结果无一致性等。,试验设计差,斑蝶事件,1999年5月，康奈尔大学在Nature杂志上发表文章称转基因抗虫玉米的花粉飘到一种名叫“马利筋”的杂草上，用马利筋叶片饲喂美国大斑蝶，导致44%的幼虫死亡事实上，实验室完成的试验；未提供使用花粉量数据现在科学的结论2000年开始在美国三个州和加拿大进行田间试验都证明，抗虫玉米花粉对斑蝶并不构成威胁，试验中用10倍于田间的花粉量来喂大斑蝶的幼虫，也没有发现对其生长发育有影响；玉米的花粉非常重，扩散不远，在玉米地以外5米，每平方厘米马利筋叶片上只找到一个玉米花粉；斑蝶减少的真正原因，一是农药的过度使用，二是墨西哥生态环境的破坏,2002年，中国Bt抗虫棉破坏环境事件,南京环科所与绿色和平组织在北京召开会议2002.6.4China Daily发表“GM Cotton Damage Environment”的文章；6月5日德国农业报发表“Chinese Research:Large Environment Damage by Bt Cotton”的文章绿色和平组织薛达元长达 26页的英文报告，再次引发国际争论，在欧、美产生巨大反响,棉铃虫寄生性天敌-寄生蜂的种群数量大大减少；实验室工作；化学杀虫剂也导致这种效果；“棉蚜、红蜘蛛、盲蝽象、甜菜夜蛾等次要害虫上升为主要害虫 Bt基因主要是针对鳞翅目的某些害虫，并不杀死所有害虫；由于少打农药，盲蝽蟓、红蜘蛛、甜菜夜蛾的数量上升是很自然的事情棉铃虫对Bt棉可产生抗性昆虫对任何农药包括Bt制剂在内均可产生抗性；,主要争论与反驳,Bt抗虫棉,抗虫棉在中国实践多年，深受广大棉农的欢迎生态效益：Bt棉可减少农药使用 7080%，减少人畜伤亡事故中国、美国、德国、加拿大、比利时、印度等国的科学家已在网上纷纷发表评论，反驳绿色和平组织的观点争论的实质并不纯粹是科学问题，而是经济和贸易问题转基因作物的安全性已经成了国际贸易的技术壁垒；媒体的炒作，对消费者的心理和转基因作物的产业化已经产生了很大的负面影响。,“你们说转基因食品是安全的，那么，在你们的实验中，让老鼠吃3个月无害，能说明让人吃50年也无害吗？”,施鹏翔,“绿色和平”在中国的项目官员,“列宁说过，一个愚蠢的人提的问题，100个聪明人也回答不了。”“我想请教那些反对者，他如何回答几十年以后的事情？科学在现有的水平上认为是安全的，就是安全的。科学是动态的，说不清几十年后的事情。但如果以后出现了问题，科学会解决它。”,贾士荣,中国农科院生物技术所研究员,转基因科学家,“杂交水稻之父”袁隆平在接受外国驻华记者采访时表示，目前自己正在实验利用转基因技术来提高粮食产量，在安全性严格控制的前提下，包括人的基因也可以转到水稻里去，提高产量。,转基因羊奶让儿童远离痢疾,袁隆平院士就转基因抗虫水稻的安全性实验、抗除草剂转基因作物为什么能够减少除草剂用量等问题与张启发院士进行了讨论，并表示了对转基因作物的研发和政府的决策热情支持的态度。,超级杂交稻与绿色超级稻,2007年2月27日,一年一度的国家科技奖励大会颁奖典礼在人民大会堂隆重举行，上午十时许，国家主席胡锦涛郑重的把这个奖项和500万元奖金颁发给了中国科学院院士、著名遗传学家、小麦育种专家李振声先生。,董 倩：现在我们老说中国经济的关键词也是又好又快，可能在您身上也是追求这样一个发展的目标，您看刚才您给我介绍，用几千年，将近一万年的时间，大自然选出了这样一种草和这样的一种麦结合成为给人类能够吃的小麦，结果您用了二十年的时间就找出来更好的这么一个草和小麦结合，把亩产增加了这么多，接下来您还会有什么样的构想？再缩短时间，还是说还有什么更远的构想？,李振声：当然现在和我做的时候又不同了，因为现在不是基因工程已经慢慢进入到实用化，我们原来做的水平是个体的水平、细胞的水平，现在到基因的水平，我相信通过生物技术，通过基因工程和传统的技术结合起来，我们的产量肯定会一步一步还在不断地上升。品种单产是说明一个潜力，但你要全国产量使它提高的话，必须改善生产条件，改善栽培技术，这个生产的发展是品种的改良和生产条件的改善交替上升的，就是说随着生产条件的不断改善，我们会让六百斤，拿平均产量来说，六百斤增加到七百斤，七百斤增加到八百斤，那就够吃了。,遗传工程技术（Genetech）,一个生物技术产业的诞生！,In 1976,Robert Swanson and Herbert Boyer created the biotechnology industry over a couple of beers at a San Francisco bar called Churchills.Swanson,at just 29,was an ambitious venture capitalist who wanted to commercialize a new way of engineering drugs based on splicing DNA from one organism into the genome of another.Boyer,a 40-year-old biochemistry and biophysics professor at the University of California at San Francisco,had co-developed an ingenious technique for doing exactly that.So Swanson cold-called Boyer,stopped by his lab,and the two retreated to the bar to sketch out a business plan.They were about to change the drug industry forever.,Genentech,Inc Location:Since its founding in 1976,Genentechs headquarters have been located in South San Francisco,California.,For more than 30 years,Genentech has been at the forefront of the biotechnology industry,using human genetic information to develop novel medicines for serious and life-threatening diseases.Today,Genentech is among the worlds leading biotech companies,with multiple therapies on the market for cancer and other serious medical conditions.,参考教材,主要参考书,Its over!,Thank you!,P.Berg重组出第一个DNA分子（SV40-），使其在大肠杆菌中成功表达，被誉为“重组技术之父”，荣获1980年诺贝尔化学奖,Paul Berg witnessed firsthand the history of recombinant DNA research and regulation,having been in the forefront of both movements since he was a young man.He became a professor of biochemistry at Stanford University School of Medicine in 1959,when he was 33.He was elected to the National Academy of Sciences before he was 40,and he gained early recognition and influence when he delineated the key steps in which DNA produces proteins.Berg was awarded the Nobel Prize for Chemistry in 1980 for his work with DNA.,Frederick Sanger 1918-,1/4 of the prize United Kingdom MRC Laboratory of Molecular BiologyCambridge,United Kingdom,for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids,