现代生命科学与生物技术07基因技术ppt课件.ppt

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1、1,第7章 基因技术,2,本章内容,7.1 基因克隆技术7.2 基因测序技术7.3 基因重组技术7.4 生物制造,2023/1/9,3,7.1 基因克隆技术,概念：由少量（单拷贝）基因扩增产生大量（高拷贝）基因。分子克隆策略：化学合成已知序列（6080bp）;生物合成（基因扩增）(已知部分或全部序列)；文库筛选应用：测序，功能研究，诊断与检测，物质生产,7.1.1 基因克隆,2023/1/9,4,7.1.2 PCR原理与技术,1、原理1971，Kleppe等首先描述了基因合成的基本原理PCR技术发明人：Kary Mullis（Cetus公司）1983，构想DNA链的合成。1985，Klenow

2、片段扩增出哺乳动物单拷贝基因1993，获得诺贝尔化学奖。聚合酶链式反应：Polymerase chain reaction，PCR分子生物学技术，生物体外，扩增一段DNA片段。通常不超过10kb,特定方法扩增40kb左右。,2023/1/9,5,PCR原理：在DNA聚合酶催化下DNA的复制过程，利用反复相同程序，DNA聚合酶在体外扩增特定的DNA片段。,变性94,退火55,延伸72,第1轮,第2轮,第3轮,指数增加,2023/1/9,6,加热方式：水加热，空气加热，电热丝加热，半导体+电热丝致冷方式：水致冷，空气致冷，压缩机致冷，半导体致冷,温控系统,仪器构造：三传感器，双区域温度-温度梯度,

3、样品池,传感,热敏元件,热泵,热池,2、PCR仪原理,计算机芯片控制过程参数,2023/1/9,7,The PCRJet from MegaBase gives fast PCR with large samples.,2、PCR仪，热循环仪,More reactions in the same space with 1,536 wells,2023/1/9,8,3、操作过程,PCR反应的基本组分：DNA模板：含靶基因的DNA片段引物：1对人工合成的短寡核苷酸，1825bp，决定扩增的起始和终止位置及扩增长度DNA聚合酶：作用是催化合成复制扩增的区域底物：4种脱氧核糖核苷酸(dNTPs)，A、

4、T、G、C缓冲体系:提供适合聚合酶行使功能的化学环境。石蜡油：防止蒸发；管盖（可加热）封闭反应管,2023/1/9,9,PCR的条件与循环参数,第1步：2540个循环，变性(94-96，1-2min)退火（降低温度使得引物结合到模板的特定序列上。55，1-2min)延伸（DNA聚合酶由引物的3端开始，沿着DNA链合成新的互补链。72，1000bp/min)。第2步：强化延伸，72，713min第3步：终止反应（4）PCR反应在热循环仪（PCR仪）中自动化进行。反应控制：温度的加热或冷却过程，关键是每步反应温度精确，升温和降温的时间控制。,10,PCR产物的电泳结果,2023/1/9,11,7.

5、1.3 PCR技术应用进展,原理没有变，技术改进，派生出多种类型和用途。基因克隆方面：反转录PCR(RT-PCR)：以RNA为模板，基因扩增多重PCR(multiplex PCR)：同一反应中使用多组引物，扩增多个基因,2023/1/9,12,gcgtacgtacgtagagtgctagtctagtcgtagcgccgtagtcgatcgtgtgggtagtagctgatatgatgcgaggtaggggataggatagcaacagatgagcggatgctgagtgcagtggcatgcgatgtcgatgatagcggtaggtagacttcgcgcataaagctgcgcgagatga

6、ttgcaaagragttagatgagctgatgctagaggtcagtgactgatgatcgatgcatgcatggatgatgcagctgatcgatgtagatgcaataagtcgatgatcgatgatgatgctagatgatagctagatgtgatcgatggtaggtaggatggtaggtaaattgatagatgctagatcgtaggtagtagctagatgcagggataatgcgcatta.,7.2 基因测序技术,基因是由A、T、G、C4种碱基组成基因组测序就是排列出其DNA上所有碱基顺序。,2023/1/9,13,7.2.1 核酸测序技术简史,1965，H

7、olley R等：测定酵母tRNA全部77bp的序列。1971，Wu,Taylor：dNTP，DNA黏末端12bp。1973，Gilbert和Maxam，RNA聚合逆转录DNA，RNA测序。1975,Sanger:加减法测定了X174 DNA的6386bp序列。1977，Sanger：酶法测序。双脱氧链终止法。PNAS。1977，Maxam和Gilbert：化学降解法测序。PNAS。1980，Messing等:测序优化，计算机数据处理。1982，Hood等:部分自动化，荧光检测，PCR测序。1990，自动测序仪，测序酶，配套荧光染料，机器人高通量工具，人类基因组测序启动。2000，毛细管测序仪

8、，机器人使用，加速测序20052007，以Genome Sequencer System、Genome Analyzer system、SOLiD System为代表的基因组测序分析系统的诞生，标志着进入超高通量基因组测序的新时代。,2023/1/9,14,7.2.2 传统测序技术,（1）产生长度只差1bp的一系列寡核苷酸：固定起点，随机终止于特定一种或者多种残基（A、T、C、G）。长度由特定碱基在DNA上位置所决定。（2）检测长度只差1bp的一系列寡核苷酸：SDSPAGE电泳分离，发光成像。（3）确定序列：放射性（32P、33P）、荧光（非放射性荧光），直接读出DNA上的核苷酸顺序。产生只差

9、1bp寡核苷酸方法，分两种：Sanger双脱氧链终止法，Maxam-Gilbert DNA化学降解法。,1、基本原理,2023/1/9,15,2、Sanger双脱氧链终止法,2023/1/9,16,2、Sanger双脱氧链终止法,2023/1/9,17,3、MaxamGilbert DNA化学降解法,开始：Gilbert研究lac抑制子与lac操纵基因。发现：抑制子结合并保护操纵子DNA，用Sanger建立的RNA测序技术测定了DNA片段序列。灵感火花：苏联Mirzabekov到访，午餐讨论，是否与DNA的甲基化有关，产生了化学测序技术。1977：测序技术，PNAS，74：560564DNA片

10、段一端用放射性标记，用碱基特异性的化学反应裂解DNA，通过标定末端与断裂位点之间的距离来确定碱基的位置,2023/1/9,18,原理,末端标记DNA：放射性同位素化学修饰碱基：硫酸二甲酯甲基化G；甲酸甲基化A和G；肼水解C和T，盐抑T，哌啶切割：链断裂，一组从1300bp不等的末端标记分子。5组独立反应：每组特异针对某一种或某一类碱基。生成5组产物，共同起点（放射性标记末端）到发生化学降解的位点。电泳分离，放射自显影。读出序列：比较G、AG、CT、C和AC各个泳道，从测序凝胶放射自显影片上读出DNA序列。,2023/1/9,19,Maxam-Gilbert vs Sanger,MG法：刚问世时

11、，重现性更高，化学试剂，易掌握。Sanger法：单链模板和特异引物，高质量DNA聚合酶噬菌体和噬菌粒载体的发展，聚合酶，标记技术，合成引物及测序反应日臻完善，机器人等自动化。Sanger法：简便快速，现今测序的最佳方案。MG法应用:基因功能研究。,2023/1/9,20,2023/1/9,21,ATGCCGTAGGCCTAGC TAGGCCTAGCTCGGA,ATGCCGTAGGCCTAGCTCGGA,基因组DNA,BAC文库,根据物理图谱正确定位的BAC 或contig,用于霰弹法测序的候选克隆,用于霰弹法测序的亚克隆,测序并组装,完整的基因组序列,逐步克隆法（Clone by Clone）

12、,全基因组霰弹法（Whole Genome Shot-gun),基因组DNA,霰弹法克隆,测序并进行全基因组序列组装,完整的基因组序列,2023/1/9,22,毛细管检测：ABI公司的3100,凝胶电泳检测:美国LI-COR公司的4300系统,2023/1/9,23,3730XL 系列 DNA 分析仪,MegaBACE1000 毛细管测序仪,2023/1/9,24,测序效率,1977：450 bp（样品/人/周可读平均长度）1980：20100bp（荧光标记）1985：30250bp1990:60300bp（PCR引入）1995：180500bp1999:500650bp2000：500060

13、0bp,荧光素标记的终止物ddNTP；单向测序长度保证700900bp。1.5kb序列，双向反应，一次读通，免去引物合成。,2023/1/9,25,1994：3亿美元测定一个人类基因组(1:10),1984：30亿美元测定一个人类基因组,未来目标：1000 美元测定一个人类基因组(1:3x106),2004：3千万美元测定一个人类基因组(1:100),2006：150万美元测定一个人类基因组(1:2000),未来目标：100 美元测定一个人类基因组(1:3x107),2023/1/9,26,7.2.3高通量测序技术,主要测序方法：焦磷酸测序技术：Roche公司的GS FLX系统（454系统）；

14、桥扩增测序技术：Illumina公司的Genome Analyzer系统（Solexa系统）；连接测序技术：ABI公司的SOLiD系统；,2023/1/9,27,7.2.3高通量测序技术,主要应用领域：未知物种基因组的从头测序已知物种的重新测序环境基因组测序基因转录组和表达调节sRNA分析染色质免疫共沉淀SNP等多个领域。,2023/1/9,28,1、焦磷酸测序技术,2005年底，罗氏诊断公司和454公司推出了基于焦磷酸测序法的超高通量基因组测序系统Genome Sequencer 20 System(GS 20)。2007年推出了通量更大，读长更长，准确性更高的第二代基因组测序系统Genom

15、e Sequencer FLX System(GS FLX)。,2023/1/9,29,Pyrosequencing技术原理,每延伸1个核苷酸，释放出1个焦磷酸焦磷酸在磺酰化酶作用下生成ATP荧光素酶利用ATP把无荧光的分子转化为荧光物质，化学发光，监测。,1、焦磷酸测序技术,2023/1/9,30,Nucleotides dispensed sequentially,The sequence in this pyrogram is AGGCAG,A,GG,C,A,G,无需加ddNTP，随着反应的进行而同步读出序列。,2023/1/9,31,Single image,DNA聚合酶,APS,AT

16、P,PPi,Light+Oxyluciferin,sulfurylase,luciferase,Emulsion Based Clonal Amplification,2023/1/9,32,Open Machine、Sequence Genome,光学系统,计算机系统,微流体系统,多道吸口,试剂,泵、阀,CCD照相机,pl板,2023/1/9,33,The 454 Tech,2007年3月Roche公司收购了454公司，推出了新一代高通量测序仪GS FLX系统。10小时内完成一个测序反应，单反应读长由100bp扩展到400bp，准确性达99产出数据量达1亿碱基对。每次运行可分析16个非混合的

17、独立样品。J.D.Watson的基因组的测序。,2023/1/9,34,Genome Analyzer,Illumina公司于2007年推出。读序原理：可逆性末端终结反应。在桥扩增过程，四种碱基底物分别标记四种不同荧光，每个碱基末端被保护基团封闭。单次反应只能加入一个碱基，经过扫描，读取该次反应颜色。然后，除去该保护基团，以使下一个碱基的延伸反应继续进行。反复多轮反应，按顺序可排出DNA的序列。,2、桥扩增测序技术（Solexa）,2023/1/9,35,2、桥扩增测序技术,原理：基因组DNA片段化，两端添加接头；单链DNA片段被固定在特殊芯片上形成单链桥，以芯片引物扩增，形成双链桥。30多轮

18、扩增，每个单链DNA分子扩增形成单克隆DNA簇；检测，读出序列。,2023/1/9,36,Solexa测序通量,单端读序长度已经大于36 个碱基，双端读序将使测序提高1倍，读序长度达236碱基。读取的准确性在99以上。每次可平行分析8个非混合独立样品。单次实验可得到1530亿碱基的数据。,2023/1/9,37,3.连接测序技术（SOLiD系统）,2007年，ABI公司推出新一代高通量基因测序仪SOLiD系统。,2023/1/9,38,3.连接测序技术（SOLiD系统）,引物与微珠接头序列配对，在连接酶催化下，探针与测序引物发生连接反应。,可视化检测连接产物发光，第5位碱基颜色。除去末端，完成

19、一轮测序。重新开始连接、成像、切割。,2023/1/9,39,SOLiD系统,ABI，2007年推出四色荧光探针连接反应（1）基因组片段与接头连接，构建文库。（2）油包水的微反应器中扩增，变性，杂交，富集PCR产物。修饰，共价键结合到样品板上。（3）磁珠沉积，并分割成不同的小室。（4）连接过程中读序，进行拼接和分析。,2023/1/9,40,测序效率,每轮运行可产生超过40亿碱基对的数据；准确率能达到99.94；可用于检测基因组序列变异，如SNP、基因拷贝数变化、重复序列、倒位、插入和缺失，特别适合个体基因组测序、比较基因组学、基因表达谱分析、染色质免疫共沉淀位点和蛋白调控因子-DNA结合部位

20、等研究。,2023/1/9,41,三种高通量测序技术的比较,2023/1/9,42,7.3 基因重组技术,基因重组概念：在体外，将不同的基因通过切割、连接，重组形成杂合分子。插入到合适的载体分子上，转化到宿主细胞中。随着细胞繁殖，基因得以真实复制扩增和表达。应用：测序，修饰和改造基因，表达编码产物。,2023/1/9,43,7.3.1 传统的重组技术,酶切反应,载体,目标基因,可连接的末端,连接反应,转化,重组分子,重组子,2023/1/9,44,1、DNA片段的酶切,限制性内切酶催化双链DNA分子断裂，形成相应的片段。反应体系组成：双链DNA、限制性内切酶、缓冲液组成反应条件：一般在37反应

21、1小时。,2023/1/9,45,2、DNA片段的连接,DNA连接酶催化两条断开的DNA双链分子，形成 3,5-磷酸二酯键，得到重组DNA分子。反应体系组成：2个DNA片段（具有可连接的末端）、连接酶、缓冲液条件：一般在1026下，反应0.5-8小时,2023/1/9,46,3、重组DNA分子的转化,转化；将重组DNA分子导入到宿主细胞过程。Ca2+诱导转化：重组分子与宿主细胞在CaCl2中混合，冰浴30min，42热击（90s），冷却3min。PEG介导的原生质体转化，电穿孔转化,基因枪转化，农杆菌介导的植物转化等。,2023/1/9,47,4、转化细胞的扩增培养,宿主细胞经转化后立即进行短

22、时间的培养，使细胞增殖达到一定数目，以利于筛选和鉴定。,2023/1/9,48,5、重组子的筛选与鉴定,从混合体系中把期望重组子（只含有目标基因的重组子）分离出来，去除其他非期望重组子和非转化细胞。载体遗传标记筛选：抗生素抗性筛选，营养缺陷性筛选，互补筛选法，噬菌斑筛选法目标基因序列的检测：菌落原位杂交，测序测定，产物检测。,2023/1/9,49,7.3.2 Shuffling技术,反复重组和筛选的循环过程:一组相关基因的随机片段（来自不同种类生物，具有相关功能的基因）无引物PCR方式重新组合，装配新功能重组基因。酶切这些基因成片段，再一次重组成新组合基因，重复这一过程，一直到具有高品质的蛋

23、白质产生,2023/1/9,50,DNA改组过程模拟示意图,2023/1/9,51,hybrid protoplast-progeny,Genome shuffling,2023/1/9,52,7.4.1 概述,7.4 生物制造,2023/1/9,53,7.4 生物制造,生物制造（Bio-Manufacturing）是基因技术的具体产品应用和工业规模生产，包括生物制造的新产品、新工艺、新技术。三个方面，仿生设计、生物制造工程和生物过程加工工程。2004年成立中国机械工程学会生物制造工程分会，其应用在医学界和生物界。,2023/1/9,54,1、仿生设计,仿生学，借鉴生物某些特殊功能，改善机器设

24、计。研究生物、模仿生物的各种特征，生物的自组织、自生长、遗传等特性和规律，启迪制造，形成新的制造技术原理。仿生原理的应用促进制造技术的变革。用思维控制的假肢:大脑与机器融为一体,智能的手臂,2023/1/9,55,永久性人造心脏-25万美元,4个部分组成:金属钛制成的心脏本体、一个微型锂电池、一个计算机操纵系统以及外接电池组。微型锂电池和操纵系统植入患者腹腔，提供动力。外接电池组通过安装在腹部皮肤下能量传输装置对微型锂电池进行充电。美国丹佛无机医药公司制造，重约两磅，大小与葡萄柚相仿.美国，每年约有4000多人需要心脏移植，但捐赠者只有2000人,2023/1/9,56,2、生物制造工程（机械

25、与材料）,生命体的人工制造，制造类生物或生物体。组织器官就是各种功能细胞按特定结构装配成的复杂机器。按照加工材料的生物学特性分为四个层次。第一层次：非生物相容性的材料，制造组织或器官的模型，手术规划、模拟及假肢辅助设计加工。第二层次：较好的生物相容性但非生物可降解性的材料，在体内长期存在，人工器官或植入物。第三层次：良好生物相容性、生物可降解性的材料，在人体内分解、吸收并排出，特定形状和结构支架。第四层次：细胞为材料，进行转运、定位和三维受控组装，制造人工活性器官。,2023/1/9,57,3、生物过程加工工程(化工、轻工、材料、医药、农业),利用生物体的合成过程和生命机能、活动特性进行生产制

26、造：化合物（食品、药物、化学品、能源、材料）小型器械和元件：制备、加工和信号检测。,2023/1/9,58,7.4.2 药品与食品制造,目前正处于生物医药技术大规模产业化开始阶段。研制中药物超过2200种，1700余种进入临床试验。2020年之后快速发展期，成为世界经济主导产业。药品市场中，美、欧、日的份额超过了80%。大跨国公司主导了世界专利药市场，20强企业收入：1994年占50%，2002年到66%。重磅炸弹药物：2002年全球最畅销的10种药物的总销售额近400亿元，占全球药品销售额的1/10,2023/1/9,59,7.4.2 微生物发酵技术,发酵：利用微生物的生长繁殖，得到目标产物

27、。基本过程：制备培养基(原料)，发酵罐中，灭菌。发酵培养：接种，控制温度、pH、溶解氧、搅拌、通气、培养基成分。微生物生长，同时生产产品提炼：进行分离提取，从发酵液中获得相应产品。,实验室规模：罐2-100L,2023/1/9,60,工业规模发酵设备：发酵罐100T,自控室,2023/1/9,61,发酵技术产品,药物：100多种抗生素，10余种氨基酸，维生素，核苷酸和核苷，激素酶、酶抑制剂，核苷酸和核苷，免疫调节剂和受体拮抗剂，疫苗。大肠杆菌：干扰素，胰岛素，生长素酵母：乙肝疫苗工业产品：有机溶剂和有机酸，酶制剂，糖类、单细胞蛋白、生物转化、工业酶类。食品：饮料、调味品,2023/1/9,62

28、,7.4.3 动物细胞培养技术,昆虫细胞：诊断试剂哺乳动物细胞：干扰素，红细胞生成素，集落刺激因子，病毒疫苗杂交瘤细胞：抗体鸡胚细胞：疫苗单细胞培养：皮肤移植。,2023/1/9,63,动物细胞培养反应器,蛋白质药物,疫苗,2023/1/9,64,转基因技术,在细胞、组织或整体水平上，利用物理、化学或生物学等手段导入外源基因或外源DNA，从而使受体基因组发生改变的一种方式。将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰。转基因是通过基因的操作，将一种基因（来源于植物、动物、微生物或人工合成物）运送到另一种生物上，因而使后者获得新的特征。这种技术

29、可突破物种界限，从DNA分子水平上有目的地、有效地改造生物。,为了得到需要的物种，将一种物种的基因植入另外一种物种后获得的新物种,2023/1/9,66,7.4.4 转基因植物,（1）转基因植物的培育过程：构建植物表达的载体：基因工程技术。外源DNA导入植物：花粉管通道法，基因枪，农杆菌介导转化筛选与培育：形成植株,植株,(2)基因枪介导转化法利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。,2023/1/9,68,（2）转基因植物的发展

30、,1983年首例转基因植物烟草120多种植物获得转基因植株。,农户：10.3 million；国家：22,2023/1/9,69,Global Area of Biotech Crops in 2006:by Country(Million Hectares),使用基因：抗虫;抗除草剂,2023/1/9,70,美国No1,加拿大No4,阿根廷No2,巴西No3,中国No6,印度No5,2023/1/9,71,Golden rice：vitamin A,转基因小麦,转基因水稻,正常稻,金稻1,金稻2,转基因技术大事记（1）,1981年，第一次成功地将外源基因导入动物胚胎，创立了转基因动物技术。1

31、982年获得转基因小鼠。此后相继培育成功了转基因兔、绵羊、猪、鱼、昆虫、牛、鸡、山羊、大鼠等转基因动物。,转基因技术大事记（2）,1983年世界首例转基因植物含有抗生素药类抗体的烟草培育成功，标志着人类用转基因技术改良农作物的开始。,转基因技术大事记(3),1986年抗病毒棉花试验成功，在美国进入田间试验。1987年抗虫基因、耐除草剂基因和番茄成熟控制基因相继成功地转入作物。1992年美国建立转基因安全性评估体系。1993年美国授予第一个转基因作物专利。1994年美国Calgene公司培育的延熟保鲜的转基因番茄被批准商品化生产。1995年第一个转基因食品番茄在美国进入超市。1996年全球许多国

32、家开始把转基因作物进入商品化生产，种植面积达170万公顷。1996年至2000年的5年间，全球转基因农作物种植面积增长了25倍，2000年转基因农作物的种植总面积有4420万公顷。其中，大豆占50%以上，其次是玉米和棉花。,带有抗昆虫毒素基因的转基因西红柿植株,正常西红柿植株,长保鲜期转基因番茄,第一例批准上市的延熟保鲜的转基因番茄，转进去的外源基因的作用是产生反义mRNA部分抑制乙烯形成酶基因的活性，转入基因的本身没有可检测到的基因产物，在番茄果实中没有任何添加成份，作为食品，与非转基因的番茄同样安全。储存期延长12个月。,含有胡萝卜素,转基因金稻,美国通过基因工程将人的基因植入牛的体内，由

33、转基因公牛授精的母牛产下5头健壮的牛犊，每头都含有一个人类的基因。,Abolish or Encourage,美国市场上的一些转基因食品,Kelloggs 玉米片Heinz 婴儿米粉Nestle 婴儿食品Quaker 咀嚼麦片超级苗条快餐Aunt Jemima 烤薄饼Alpo 宠物食品McDonalds 素食糖Old El Paso 玉米卷,转基因食品的环境安全性问题,转基因作物演变成农田杂草的可能性 基因漂流到近缘野生种的可能性 对生物类群的影响,转基因食品的食用安全性问题,对终产物（已知或未知的终产物）的影响 转移的基因结构的稳定性 基因插入受体基因组的位置 载体的选择以及使用具有抗生素耐

34、药性的 选择性标识基因是否会对人产生影响 引起机体过敏等（大豆蛋白）,上海医学遗传研究所培育转基因羊,中国已经获得5只转基因山羊。其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋白有活性的人凝血九因子。这是由中国工程院院士曾溢涛教授为首的科学家们经过艰辛探索获得的重大成果。黄淑帏教授首创的转基因羊研制新路线，使人类用高新技术建造“动物药厂”的梦想出现了曙光。,闪光金鱼是将海葵的基因注射进斑马鱼的卵中诞生的，在紫外线照射线光亮。这种鱼已经在台湾销售。,闪光金鱼,2023/1/9,85,7.4.5 生物塑料,塑料是以石油基产品，以石油为原料加工而成高分子聚合物最大特点是不容易降解。造成严重白色

35、污染，塑料垃圾成为一大公害。酯聚:聚羟基烷酸酯PHA，聚-羟基丁酸酯PHB聚乳酸(PLA)：微生物发酵获得乳酸单体，聚合制成1050万以上。Cargill，Dow，丰原集团,2023/1/9,86,7.4.6 基因材料,将涉及DNA的材料设计，性能结构关系，制备和应用材料科学与工程定义为基因材料学。内容包括基因与蛋白质的结构材料的力学性能关系，材料制备的基因模板，基因编码材料的组装，基因组装的分级结构和仿生等。1、基因与材料的构效关系材料的结构决定了性能，研究较多的是骨、丝蛋白、发光材料等与其控制的基因的关系。,2023/1/9,87,2、基因重组材料应用基因工程技术，对基因重组，制备的新型生物材料，包括结构仿生材料和功能材料。结构仿生材料：蜘蛛丝、鞘蛋白（成釉蛋白）。功能材料：片层状蛋白、弹性蛋白、聚氨基酸。丝蛋白：较高强度和较大弹性，力学性能优越。蛛丝蛋白是蜘蛛大囊腺产生的牵引丝，硬而强，是外科手术缝合线、防弹衣等的理想材料。蚕丝、蜘蛛丝基因转化细菌、植物、动物，合成蚕丝和蛛丝蛋白，这就是生物钢。,2023/1/9,88,2、自组装基因材料,基因工程重组胶原蛋白：哺乳动物细胞表达出胶原蛋白。表达量0.6-20mg/L大肠杆菌、酵母、植物表达：需要翻译后修饰基因（脯氨酰羟化酶）存在，才能表达全长胶原蛋白。酵母细胞中表达量1g/L。,