营养与动物基因.ppt
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1、专题八 营养与基因表达,1、营养学的发展史,战国时,黄帝内经素问:,“五谷为养、五果为助、五畜为益、五菜为充”明朝李时珍的本草纲目,西方:文艺复兴、产业革命后为近代营养学奠定了基础。,1.1 历史 三阶段,阶段一:从18世纪中叶到19世纪中叶,此期的最大成就是法国化学家Antoine,Lavoisier(1743-1794)创立了燃素学说,奠定了营养学的理论基础。,阶段二:从19世纪中叶到20世纪30-40年代,此阶段的主要成就是认识到了蛋白质、脂肪和碳水化合物三大有机物是人体必需养分。大部分研究集中在这三大养分及能量利用率上,并开始积累有关矿物元素的资料。为发现和研究各种营养素的鼎盛时期.,
2、阶段三:从20世纪40年代至今营养学的,形成与发展阶段,从30年代开始,维生素、氨基酸、必需脂肪酸、无机元素、能量代谢、蛋白质代谢的研究取得巨大进展。,在30-40年代,分离并阐明了维生素的化学结构以 后,微量养分的营养就初步形成了。,20世纪30年代,国外创立了营养学,营养,学是在美国的营养学会成立之后才被正式承认的。它综合应用了化学、生物化学、微生物学、生理学、医学等多门学科的基本原理。,40年代开始了对氨基酸的营养研究。,50年代,对微量元素、维生素、氨基酸这些微量养分的营养功能和需要量进行了大量研究.二十一世纪分子营养学为又一研究热点,主要涉及营养与免疫,营养与基因表达等等.,2.分子
3、营养学(molecular nutrition),主要是研究营养素与基因之间的相互作用及其对机体健康影响的规律和机制,并据此提出促进健康和防治营养相关疾病措施的一门学科。,一方面研究营养素对基因表达的调控作用;另一方面研究遗传因素对营养素消化、吸收、,分布、代谢和排泄的决定作用。,molecular nutrition,在此基础上,探讨二者相互作用对生物体表型特征影响的规律,从而针对不同基因型及其变异、营养素对基因表达的特异调节,制订出营养素需要量、供给量标准,为促进健康,预防和控制营养缺乏病、营养相关疾病和先天代谢性缺陷提供真实、可靠的科学依据。,3.分子营养学的发展简史,1908 年 Ga
4、rrod AE 博士首先使用了“inborn error ofmetabolism”,提出了基因酶的概念(理论)。,1948 年 Gibson 发现“recessive methemoglobinemia”是由于依赖NADH 的高铁血红蛋白还原酶缺乏所致。,1952 年 Cori 证明葡萄糖-6-磷酸酶缺乏可导致“Von Gierkes,disease”。,1953 年 Jervis 的研究表明“phenylketonuria(PKU)”的发生是由于苯丙氨酸羧化酶缺乏所致。,1985 年 Simopoulos AP 博士在西雅图举行的“海洋食物与健康”的会议上,首次使用了分子营养学这个名词。由
5、于分子生物学、分子遗传学、生理学、内分泌学、遗传流行病学等的快速发展及这些新知识向营养学研究领域的渗透,从1988 年开始分子营养学研究进入了黄金时代。,一、分子营养学定义,近几十年,随着分子生物学理论与实验技术在生命科学领域各个学科的渗透及应用,产生了许多新兴学科。分子营养学就是营养学与现代分子生物学原理和技术有机结合而产生的一门新兴边缘学科。分子营养学(molecular nutrition)主要是研究营养素与基因之间的相互作用(包括营养素与营养素之间、营养素与基因之间和基因与基因之间的相互作用)及其对机体健康影响的规律和机制,并据此提出促进健康和防治营养相关疾病措施的一门学科。,二、分子
6、营养学的研究对象,2.基因表达的过程及其产物(mRNA、蛋白质)。,1.与营养相关的基因结构及其相关的DNA和染色体结构。,3.膳食因素(营养素、植物化学物等其他非营养素)和膳食构成。,4.机体健康的作用。,三、分子营养学的主要研究内容,筛选和鉴定机体对营养素作出应答反应的基因。明确受膳食调控基因的功能。研究营养素对基因表达和基因组结构的影响及其作用机制,一方面可从基因水平深入理解营养素发挥已知生理功能的机制,另一方面有助于发现营养素新的功能。鉴定与营养相关疾病有关的基因,并明确在疾病发生、发展和疾病严重程度中的作用。,利用营养素修饰基因表达或基因结构,以促进有益健康基因的表达,抑制有害健康基
7、因的表达。筛选和鉴定机体对营养素反应存在差异的基因多态性或变异gene polymorphism and genetic variation。基因多态性或变异对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的影响及其对生理功能的影响。基因多态性对营养素需要量的影响。基因多态性对营养相关疾病发生发展和疾病严重程度的影响。,分子营养学实际应用价值,营养素与基因相互作用导致营养相关疾病和先天代谢性缺陷的过程及机制。生命早期饮食经历对成年后营养相关疾病发生的影响及机制。根据上述研究结果,为促进健康和防治营养相关疾病,制定膳食干预方案;个体化的营养素需要量;特殊人群营养相关疾病敏感人群)的特殊膳食指南及营养素供给量
8、;营养相关疾病病人的特殊食疗配方等。根据基因与营养素相互作用的原理,构建转基因动物,开展基因治疗和以营养素为母体开发治疗营养相关疾病的药物。,营养素调控基因表达的基本途径,营养素,细胞,受体结合,调节酶,转录因子基因,功能基因表达,蛋白质合成,营养素调控基因表达,DNA,转录前,RNA聚合酶,转录,转录后,翻译,蛋白质,翻译后,甲基化修饰,顺式,反式调整,作用元素:肽类激素、固醇激素、维生素、矿物元素,启动子,增强子,沉寂子,去鳞酸化,磷酸化,糖基化,戴帽:甲基化形成帽子结构,加尾:mRNA前体de3-OH添加100200polyA,循环一次,乙酰化,葡萄糖、去甲基肾上腺素、铁、硒对蛋白受体,
9、以酶为靶标筛选功能因子,酶为靶标筛选功能因子成为研究热点,酶参与机体的各种代谢活动(消化吸收、代谢排泄、激素调节、造血功能、神经调节、免疫反应),人体发生的任何病变都有酶的作用参与,通过促进或者抑制酶的活性可以达到改善生理功能的作用,使疾病得到控制和根治,四、分子营养学的研究方法,1、营养学研究方法。2、分子生物学实验技术与方法(Northern blot,RT-PCR,mRNA差异显示,western blot,基因芯片、基因敲除、转基因动物)。3、分子遗传学研究方法。4、分子流行病学研究方法。5、生物化学研究方法。6、细胞生物学研究方法。,动物产品是人类重要的食物来源,而且是重要的优质蛋白
10、源,含有人类生长发育所需要的全部必须氨基酸与味道鲜美的多种鲜味氨基酸。筛选培育具有优良经济生产性状的养殖品种以及采用遗传改良或营养调控加强优良性状的相关基因选择和表达,对提高经济效益,与可持续方向发展具有重要的理论和应用价值。,主要内容,第一节 转基因动物在动物营养研究中的应用第二节 营养与基因表达,第一节 转基因动物在动物营养研究中的应用,一、基因对动物生长和胴体组成的调控二、改变动物体内的生化途径三、改变动物的产品成分四、提高动物的抗逆性能五、改善动物的肉质,第一节 转基因动物在动物营养研究中的应用,*分子生物学理论和技术的发展使人们已能通过把单个或多个基因转移到动物体内,改变动物或动物产
11、品的性状,使之满足人们的需要。*转基因动物为动物营养研究提供了新的模型。,自从Palmiter等(1982)获得“超级小鼠”以来,许多实验室已得到各种类型的转基因动物,如兔、猪、羊、牛、鱼等等。这一技术的成熟和完善为外源基因对动物生长代谢调控的研究创造了有利的条件。转基因动物在动物营养研究中的应用主要表现在以下方面:一、调控动物生长和胴体组成二、改变动物体内的生化途径三、改变动物的产品成分四、提高动物的抗逆性能五、改善动物的肉质,What is Genetically Modified?什么是转基因?,将不同来源的DNA分子进行重组,克服了天然物种生殖隔离的屏障,将具有某种特性的基因分离和克隆
12、,再转接到另外的生物细胞内。从而可以按照人们的意愿创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。,“转基因技术”(Genetically Modified Technology),是指使用基因工程或分子生物学技术(不包括传统育种、细胞及原生质体融合、杂交、诱变、体外受精、体细胞变迁及多倍体诱导等技术),将遗传物质导入活细胞或生物体中,产生基因重组现象,并使之表达并遗传的相关技术;,转基因生物的种类?,目前已经进入食品领域的三类转基因生物包括:转基因动物 转基因植物(最多,最重要)转基因微生物,现在国内都有哪些转基因食品?,第一批列入目录的农业转基因生物是:大豆:大豆种子、大豆、大豆粉、大豆油
13、、豆粕玉米:玉米种子、玉米、玉米油、玉米粉油菜:油菜种子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕棉花种子番茄:番茄种子、鲜番茄、番茄酱,现在市场上常见的小西红柿算是转基因食品么?,小西红柿其实并不属于转基因食品,它是通过常规育种方法培育的。,为什么会对转基因食品有恐惧心理?,据专家分析,转基因食品在基因重组与改变过程中,可能产生某种毒性、过敏性,生成抗营养因子。引起营养成分改变,或者某种抗抗生素基因随食品转移到肠道,使抗生素对该机体从此失去疗效。就目前而言,还没有发现转基因食品对人类有害,但同时也缺乏证据证明它的无害性,因此产生了一些争论。,从本质上讲,转基因生物和常规育种的品种是一样的两者都是在原有的基
14、础上对某些性状进行修饰,或增加新性状、或消除原有不利性状。有意识的杂交育种已有100多年的历史,为什么对转基因植物进行安全性分析?不要求对常规育种的品种作系统的安全性评价?,原因:常规有性杂交仅限于种内或近缘种间。转基因植物中的外源基因可来自植物、动物、微生物,人们对可能出现的新组合、新性状能否影响人类健康和生物环境还缺乏足够的知识和经验。按目前科学水平还不可能完全精确地预测一个外源基因在新的遗传背景中会产生什么样的互作作用。,从理论上讲,基因工程中所转的外源基因是已知的有明确功能的基因。它与远源有性杂交中的高度随机过程相比,其转基因后果应当可以更精确地预测,在应用上也更加安全。,转基因植物的
15、安全性争论,支持派认为:如果转基因农业生物技术得不到社会支持,这一研究将被扼杀,并且强调,迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。,美国人食用转基因食品已多年,超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的,还没有事例证明人吃了以后会得病,甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国,均有几千万人在吃,到现在为止也没有个案例说明它有问题。,反对派的观点,一英国科学家声称,转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能;美国康乃尔大学也发现,转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品,未经长期安全测试,长期食用可能对人类及生态环境
16、造成负面影响。尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家,对转基因作物更加排斥,因而抵制美国GMO产品的进口。,转 基因食品的安全性问题在哪里?,1、食物安全性因素,(1)转基因产物的直接影响:包括营养成分、毒性或增加食物过敏性物质的可能;(2)转基因间接影响:经遗传工程修饰的基因片段导入后,引发基因突变或改变代谢途径,致使其最终产物可能含有新的成分或改变现有成分的含量所造成的间接影响;,(3)植物里导入了具有抗除草剂或毒杀虫功能的基因后,它是否也象其他有害物质一样能通过食物链进入人体内;(4)转基因食品经由胃肠道的吸收而将基因转移至胃肠道微生物中,从而对人体健康造成影响,2、环境安全性因素,(1)转
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