基因工程技术和应用.ppt

基因工程 院校 辽宁大学商学院专业 09级旅游管理 2 班学号 290607225姓名 何国莉 基因工程概况 基因工程是生物工程的一个重要分支 它和细胞工程 酶工程 蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程 所谓基因工程 geneticengineering 是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术 属于基因重组 是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内 使这个基因能在受体细胞内复制 转录 翻译表达的操作 它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质 DNA大分子提取出来 在离体条件下用适当的工具酶进行切割后 把它与作为载体的DNA分子连接起来 然后与载体一起导入某一更易生长 繁殖的受体细胞中 以让外源物质在其中 安家落户 进行正常的复制和表达 从而获得新物种的一种崭新技术 基因工程 狭义的基因工程 指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因广义的基因工程 指按人们意愿设计 通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性 如用重组DNA技术 将外源基因转入大肠杆菌中表达 使大肠杆菌能够生产人所需要的产品 基因工程的主要技术环节 第一步 获取目的基因第二步 目的基因与运载体结合第三步 将目的基因导入受体细胞第四步 目的基因的检测和表达 第一步 获取目的基因 目的基因 如植物的抗病 抗病毒抗细菌 基因 种子的贮藏蛋白的基因 以及人的胰岛素基因干扰素基因等 都是目的基因 如转基因荧光蝌蚪 获取基因途径 要从浩瀚的 基因海洋 中获得特定的目的基因 是十分不易的 科学家们经过不懈地探索 想出了许多办法 其中主要有两条途径 第一 从供体细胞的DNA中直接分离基因直接分离基因最常用的方法是 鸟枪法 又叫 散弹射击法 鸟枪法的具体做法是 用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段 将这些片段分别载入运载体 然后通过运载体分别转入不同的受体细胞 让供体细胞提供的DNA 即外源DNA 的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制 在遗传学中叫做扩增 从中找出含有目的基因的细胞 再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来 用鸟枪法获得目的基因的优点是操作简便 缺点是工作量大 具有一定的盲目性 又由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段 一般使用人工合成的方法 第二 人工合成基因目前人工合成基因的方法主要有两条 一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模版 反转录成互补的单链DNA 然后在酶的作用下合成双链DNA 从而获得所需要的基因 另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列 推测出相应的信使RNA序列 然后按照碱基互补配对的原则 推测出它的基因的核苷酸序列 再通过化学方法 以单核苷酸为原料合成目的基因 如人的血红蛋白基因胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得 基因样本 第二步 目的基因与运载 将目的基因与运载体结合的过程 实际上是不同来源的DNA重新组合的过程 首先要用一定的限制酶切割质粒 使质粒出现一个缺口 露出黏性末端 然后用同一种限制酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处 再加入适量DNA连接酶 质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就会因碱基互补配对而结合 形成一个重组DNA分子 如人的胰岛素基因就是通过这种方法与大肠杆菌中的质粒DNA分子结合 形成重组DNA分子 也叫重组质粒 的 DNA重组过程示意图 第三步 将目的基因导入受体细胞 目的基因的片段与运载体在生物体外连接形成重组DNA分子后 下一步是将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增 基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 用人工方法使外重组的DNA分子转移到受体细胞 主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 例如 如果运载体是质粒 受体细胞是细菌 一般是将细菌用氯化钙处理 以增大细菌细胞壁的通透性 使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞 目的基因导入受体细胞后 就可以随着受体细胞的繁殖而复制 由于细菌的繁殖速度非常快 在很短的时间内就能够获得大量的目的基因 受体细胞 大肠杆菌 大肠杆菌 第四步 目的基因的检测和表达 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过检测与鉴定才能知道 以上步骤完成后 在全部的受体细胞中 真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的 因此 必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测 检测的方法有很多种 例如 大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因 当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒 并被转入受体细胞后 就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因 重组DNA分子进入受体细胞后 受体细胞必须表现出特定的性状 才能说明目的基因完成了表达过程 基因工程的应用 医药 基因作为机体内的遗传单位 不仅可以决定我们的相貌 高矮 而且它的异常会不可避免地导致各种疾病的出现 某些缺陷基因可能会遗传给后代 有些则不能 基因治疗的提出最初是针对单基因缺陷的遗传疾病 目的在于有一个正常的基因来代替缺陷基因或者来补救缺陷基因的致病因素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 长期以来只能依靠从猪 牛等动物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取4 5g的胰岛素 其产量之低和价格之高可想而知 用基因治病是把功能基因导入病人体内使之表达 并因表达产物 蛋白质发挥了功能使疾病得以治疗 人造血液 白细胞介素 乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产 均为解除人类的病苦 提高人类的健康水平发挥了重大的作用 基因工程人干扰素 2b 安达芬 是我国第一个全国产化基因工程人干扰素 2b 具有抗病毒 抑制肿瘤细胞增生 调节人体免疫功能的作用 广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗 是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治理的主要药物 基因工程 胰岛素 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 长期以来只能依靠从猪 牛等动物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取4 5g的胰岛素 其产量之低和价格之高可想而知 而将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌 每2000L培养液就能产生100g胰岛素 大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题 还使其价格降低了30 50 胰岛素试验 胰岛素 胰岛素是由胰岛 细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖 乳糖 核糖 精氨酸 胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素 胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素 也是唯一同时促进糖原 脂肪 蛋白质合成的激素 胰岛素应用