基因工程概論課件

第一章緒論第一章緒論第一節(jié)基因工程誕生的理論基礎一.確定了遺傳信息的攜帶者是DNA而不是蛋白質。明確了遺傳的物質基礎問題

1.肺炎雙球菌轉化實驗1944年Avery，確定了基因的分子載體是DNA，而不是蛋白質。

2.噬菌體轉染實驗1952年AlfredHershy和MarshaChase進一步證明遺傳物質是DNA第一節(jié)基因工程誕生的理論基礎二.揭示了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留復制機理，解決了基因的自我復制和傳遞的問題。

1953年JamesD.Watson和FrancisH.C.Crick揭示了DNA分子的雙螺旋結構和半保留復制機制。二.揭示了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留復制機理，解決了三.提出了“中心法則”和操縱子學說，并成功地破譯了遺傳密碼，從而闡明了遺傳信息的流向和表達問題

1958年Crick又提出了遺傳信息傳遞的“中心法則”三.提出了“中心法則”和操縱子學說，并成功地破譯了遺傳密碼，1964年MarshallNirenberg和GobindKhorana等終于破譯了64個遺傳密碼

F.Jacob和J.Monod在1961年提出了操縱子學說1964年MarshallNirenberg第二節(jié)基因工程誕生的技術基礎DNA分子的體外切割與連接1.限制性內切酶（restrictionenzymes）

WernerArber理論預見限制酶

1968年H.O.Smith等分離出第一種限制性核酸內切酶

DanielNathans用限制酶切得SV40DNA片斷

3人于1978年獲得Nobel生理或醫(yī)學獎2.DNA連接酶（ligase）

1967年5個實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶第二節(jié)基因工程誕生的技術基礎二.DNA分子的核苷酸序列分析

1975年F.Sanger、A.Maxam和W.Gilbert發(fā)明了DNA快速測序技術,1980年Nobel化學獎三.載體的構建

1972年前后使用小分子量的細菌質粒和噬菌體作載體。在細菌細胞里的大量擴增四.轉化技術

1970年M.Mandel和A.Higa發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氯化鈣處理的大腸桿菌容易吸收噬菌體DNA。1972年S.Cohen發(fā)現(xiàn)這種處理過的細菌同樣能吸收質粒DNA二.DNA分子的核苷酸序列分析五.瓊脂糖凝膠電泳和southern轉移雜交技術

1960s發(fā)明了瓊脂糖凝膠電泳，可將不同長度的DNA分離開;DNA印跡技術由Southern于1975創(chuàng)建,稱為Southern印跡技術五.瓊脂糖凝膠電泳和southern轉移雜交技術第三節(jié)基因工程發(fā)展史上的某些重要事件1869年，F(xiàn).Miescher首次從萊茵河鮭魚精子中分離到DNA1944年，O.T.Avery等人在肺炎鏈球菌轉化實驗中發(fā)現(xiàn)遺傳信息的攜帶者是DNA，而不是蛋白質

1952年，

A.D.Hershey和M.Chase再次證明T2噬菌體的遺傳物質是DNA1953年，J.D.Watson和F.H.C.Crick提出雙螺旋結構模型

1958年,Meselson米西爾森和Stanl斯坦爾提出了DNA半保留復制模型

1961年，馬太(Matthaei)和尼倫伯格(Nirenberg)破譯了第一批密碼子，F(xiàn).Jacob和J.Monod提出了操縱子模型

第三節(jié)基因工程發(fā)展史上的某些重要事件1962年，Arber等人發(fā)現(xiàn)限制性內切酶1968年,

Smith和wilcox在流感嗜血桿菌中分離并純化了限制性內切酶HindIII

1967-1968年，發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶，建立了DNA序列分析方法

1972年，得到了第一個重組的DNA分子

1973年，完成了第一個細菌基因的克隆

1974年，首次實現(xiàn)了異源真核生物的基因在大腸桿菌中的轉化

1978年，用大腸桿菌表達人工合成的人腦激素和人胰島素

1981年，成功獲得了第一個轉基因小鼠，培育出轉基因果蠅

1962年，Arber等人發(fā)現(xiàn)限制性內切酶1982年，第一個由基因工程菌生產的藥物:胰島素

1983年，第一個轉基因植物培育成功

1986年，基因工程生物在控制的情況下，實驗性地釋放到環(huán)境中

1988年，開始人類基因計劃

1994年，基因工程西紅柿在美國上市

2000年，人和擬南芥測序完成

2006年，水稻基因組測序完成1982年，第一個由基因工程菌生產的藥物:胰島素第四節(jié)基因工程的定義及其主要的研究內容

一.基因工程的誕生1.Berg的開創(chuàng)性實驗

1972年斯坦福大學的PaulBerg小組完成了首次體外重組實驗：將SV40的DNA片斷與噬菌體的DNA片斷連接起來(用DNA末端轉移酶，而非限制性內切酶)。第四節(jié)基因工程的定義及其主要的研究內容2.Boyer-Cohen實驗1973年斯坦福大學的S.Cohen小組將含有卡那霉素抗性基因的大腸桿菌R6-5質粒與含有四環(huán)素抗性基因的另一種大腸桿菌質粒pSC101連接成重組質粒，具有雙重抗藥性。后來又把非洲爪蟾核糖體基因片斷同pSC101質粒重組，轉化大腸桿菌，并在菌體內成功轉錄出相應的mRNA。這是第一次成功的基因克隆實驗。2.Boyer-Cohen實驗Boyer-Cohen實驗Boyer-Cohen實驗StanleyCohenHerbBoyer1986Nobel生理或醫(yī)學獎StanleyCohenHerbBoyer1986No二.基因工程的定義和特征定義在體外將核酸分子插入病毒、質?；蚱渌d體分子，構建遺傳物質的新組合，并使之滲入到原先沒有這類分子的寄生細胞內，而能持續(xù)穩(wěn)定地繁殖

在體外對不同生物的遺傳物質（基因）進行剪切、重組、連接，然后插入到載體分子中（細菌質粒、病毒或噬菌體DNA)，轉入微生物、植物或動物細胞內進行無性繁殖，并表達出基因產物二.基因工程的定義和特征2.特征(1)按照人們的主觀愿望進行設計

(2)跨越物種屏障外源基因到另一種不同的生物細胞內進行繁殖(3)無性擴增外源DNA在寄主細胞內可大量擴增，和高水平表達2.特征3.基因工程（geneengineering）相關的概念：基因操作（genemanipulation），重組DNA技術（recombinantDNAtechnique），基因克隆（genecloning），分子克?。╩olecularcloning）

3.基因工程（geneengineering）相關的概念：4.Clone(名詞)：是指從一個共同祖先無性繁殖下來的一群遺傳上同一的DNA分子細胞或個體所組成的特殊的生命群體

Clone(動詞)：是產生一個遺傳上同一的DNA分子細胞或個體所組成的特殊的生命群體的過程

4.Clone(名詞)：是指從一個共同祖先無性繁殖下來的一5.研究內容(1)目的基因的獲取從復雜的生物基因組中，經(jīng)過酶切消化或PCR擴增等步驟，分離出帶有目的基因的DNA片斷(2)重組體的制備將目的基因的DNA片斷插入到能自我復制并帶有選擇性標記（抗菌素抗性）的載體分子上5.研究內容(3)重組體的轉化將重組體（載體）轉入適當?shù)氖荏w細胞中(4)克隆鑒定挑選轉化成功的細胞克?。ê心康幕颍?5)目的基因表達使導入寄主細胞的目的基因表達出我們所需要的基因產物(3)重組體的轉化第五節(jié)基因工程的安全性1996年美國國立衛(wèi)生研究院公布了“重組DNA研究準則”在實驗室安全防護方面，明確規(guī)定了物理防護和生物防護兩個方面的統(tǒng)一標準。物理防護為P1——P4四個等級，生物防護則分為EK1——EK3三個不同的等級

第五節(jié)基因工程的安全性1.實驗室的物理安全P1——P4是關于基因工程實驗室物理安全防護上的裝備規(guī)定。P1級實驗室為一般的裝備良好的普通微生物實驗室；P2級實驗室，在P1級實驗室的基礎上，還需裝備負壓的安全操作柜；P3級實驗室，即全負壓的實驗室，同時還要裝備安全操作柜；P4級實驗室是具有最高安全防護措施的實驗室，要求建設專用的實驗大樓，周圍與其它建筑物之間應留有一定距離的隔離帶，細菌操作帶手套進行，以及使用其他必要的隔離裝置，使研究者不會直接同細菌接觸。P=Protect1.實驗室的物理安全2.實驗室的生物安全生物防護方面，EK1——EK3級是專門針對大腸桿菌而規(guī)定的安全防護標準。它是依據(jù)大腸桿菌在自然環(huán)境中的存活率為前提制定的。EK1級大腸桿菌菌株，在自然環(huán)境中一般都要死亡。而符合2-3級標準的大腸桿菌菌株，在自然環(huán)境中則是無法存活的。第一個安全的大腸桿菌是K12菌株，由于不適用于操作，目前廣泛應用的是K12的派生菌株。

2.實驗室的生物安全3.載體的安全應該是失去了自我遷移的能力，不會自動從“安全”的菌株轉移到“不安全”的菌株中。

3.載體的安全二.實驗操作的安全性

注意有毒生物對人的危害?。。?！注意有毒試劑對人的危害?。。?！二.實驗操作的安全性三.基因工程產物或產品的安全性

轉基因作物對生態(tài)環(huán)境可能的影響，如產生超級雜草具有除草劑耐性因子的轉基因作物的遺傳因子可能通過授粉和種子遷移傳播給野生植物。獲得這些耐性后的野生植物有可能會變成對一般除草劑有耐性的“超級”雜草。為了清除這些雜草，將不得不使用更強大的，濃度更大的除草劑，這必然會引起土壤板結、土質變壞、藥物殘留等，從而對生態(tài)環(huán)境造成破壞。三.基因工程產物或產品的安全性2.標記基因的傳遞可能引起的抗生素耐性基因工程技術中應用的標記基因通常是一類抗生素基因，人們擔心食用含有此類標記基因的食品后，是否對腸道微生物產生影響或者抗生素類藥物產生耐藥性。3.轉基因食品引起的食物過敏的可能性轉基因食品引起食物過敏的可能性是人們關注的焦點之一。特別是如果轉基因食品轉入的蛋白質是新蛋白時，這些異種蛋白有可能引起食物過敏。2.標記基因的傳遞可能引起的抗生素耐性4.毒性方面，如蛋白酶抑制劑，溶血劑，神經(jīng)毒素許多食品原料生物本身會產生大量的毒性物質，如蛋白酶抑制劑、溶血劑和神經(jīng)毒素等，那么轉基因作物中是否有毒素以及毒素的含量就成為爭議的重要內容之一5.倫理方面許多民族都有其獨特的飲食習慣和制約，某些宗教團體禁止食用的動物基因轉入他們通常食用的動物中（如將豬的基因轉入綿羊中），這可能觸犯某些民族的飲食戒律；另外將動物基因轉入植物中可能使素食者感到困惑。4.毒性方面，如蛋白酶抑制劑，溶血劑，神經(jīng)毒素6.其他除以上爭論外，對轉基因食品安全性的爭議還表現(xiàn)在微生物作為宿主細胞的安全性問題，轉基因動物激素、食品、飼料添加劑等對動物本身的生長、發(fā)育和繁殖的安全性問題等方面。基于上述諸多方面的異議，轉基因食品的安全性問題的研究成為轉基因技術研究的一個熱點。6.其他所以關于GMO（geneticmodifiedoriganism）的爭論主要集中于安全性，宗教，貿易

所以關于GMO（geneticmodifiedoriga四.轉基因生物安全性評價對轉基因生物安全評價主要集中在環(huán)境安全性和食用安全性兩個方面。1.環(huán)境安全性評價環(huán)境安全性評價的核心問題是轉基因生物是否會將所轉基因再轉移到其它生物中，會不會破壞生態(tài)環(huán)境，打破原有生物種群的動態(tài)平衡，四.轉基因生物安全性評價包括：①轉基因作物本身成為雜草的可能性；②轉基因作物便親緣野生種成為雜草或超級雜草的可能性；③轉基因作物可能產生新的病毒或疾?。虎苻D基因作物對非目標生物的危害；⑤轉基因作物作為外來種對新環(huán)境的入侵，使生物多樣性受到威脅；⑥轉基因作物對生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)過程的影響；⑦其他一些不可預計的風險。包括：2.食用安全性評價食用安全性，主要包括營養(yǎng)成分、抗營養(yǎng)因、毒性和致敏性等。目前普遍公認的食用安全性評價的原則是經(jīng)合組織（OECD）1993年提出的“實質等同性”（Substantialequivalence）原則。

2.食用安全性評價（1）實質等同性原則實質等同性原則最早由國際經(jīng)濟互助開發(fā)組織于1993年提出并已被大多數(shù)國家采用。該原則認為如果導入基因后產生的蛋白質經(jīng)確認是安全的，或者是轉基因作物和原作物在主要營養(yǎng)成分（脂肪、蛋白質、碳水化合物等）、形態(tài)和是否產生抗營養(yǎng)因子、毒性物質、過敏性蛋白等方面沒有發(fā)生特殊的變化的話，則可以認為轉基因作物在安全性上和原作物是同等的，對人類的影響是相似的，則無需對它的安全性再作進一步的分析。（1）實質等同性原則根據(jù)“實質等同性”原則，轉基因食品安全性分成三個等級：I級，轉基因食品成分、營養(yǎng)價值、體內代謝途徑、雜質水平和傳統(tǒng)食品相同，或變異在已知的范圍內，這類食品無需做進一步的分析評價；Ⅱ級，與傳統(tǒng)食品極其相似，但產生或缺少某個新成分或特性，對不同成分或特性應作進一步的分析評價；Ⅲ級，與傳統(tǒng)食品既不相同也不相似，需要作廣泛的營養(yǎng)學和毒理學評價。根據(jù)“實質等同性”原則，轉基因食品安全性分成三個等級：（2）轉基因食品的食用安全性轉基因食品與相應的傳統(tǒng)食品相比，至少存在以下兩個不同點：一是轉基因食品中含有利用轉基因技術導入的外源基因，而傳統(tǒng)的食品中不含有；二是由于外源基因的表達使轉基因食品中含有了特定的外源基因表達產物(相應的蛋白質）。

（2）轉基因食品的食用安全性A.外源基因的毒性及其水平轉移問題轉基因食品中外源基因含量很小，其化學組成與普通DNA并無差異。通過食用轉基因食品而攝入體內的外源基因的數(shù)量與消化道中來源于其他食品中的DNA數(shù)量相比微不足道。因此，轉基因食品中的外源基因本身不會對人體產生直接毒害作用。

A.外源基因的毒性及其水平轉移問題

轉基因食品中的外源基因特別是抗生素抗性基因（Antibioticresistancegene）被攝入人體后，水平轉移（Horizontalgenetransfer）至腸道生物或上皮細胞，從而對人體產生不利影響的可能性非常小，也沒有在人類消化系統(tǒng)中細菌轉化的報道。轉基因食品中的卡那霉素、新霉素和潮霉素對人類不存在抗生素醫(yī)療安全性的問題。轉基因食品中的外源基因特別是抗生素抗性基因B.外源基因編碼蛋白的毒性與過敏性問題評判轉基因食品中外源基因編碼蛋白的食用安全性的評定，一是根據(jù)外源基因編碼蛋白的化學組成判斷其毒性，二是采用動物試驗或模擬試驗的方法評判外源基因編碼蛋白的毒性。由于各國政府對轉基因食品的審批程序中，對外源基因編碼蛋白的毒性評價都有嚴格的標準，因此通過嚴格審查后被批準商業(yè)化生產的轉基因食品中的外源基因編碼蛋白對人體均無直接毒性B.外源基因編碼蛋白的毒性與過敏性問題C.外源基因的次生效應及其安全性問題外源基因的次生效應是指由于外源基因的插入而對宿主體內某些基因的表達所產生的影響，現(xiàn)還無法對外源基因的次生效應進行控制和預測。對外源基因的次生效應可能對轉基因食品食用安全性產生的影響，一般采用“實質等同性”原則和個案分析程序（case－by－caseprocedure）進行評價分析C.外源基因的次生效應及其安全性問題結論：對動、植物進行負責任的遺傳修飾或使用轉基因技術在實質上既不新也不會有危害性。傳統(tǒng)的遺傳育種與轉基因技術相比缺乏靈活性和精確性，并因此而缺乏可預期性，其風險絕不比轉基因技術低。夸大轉基因食品的潛在危險性，缺乏研究依據(jù)的推測，可能會使消費者對食品安全產生認識混亂，從而在根本上阻礙轉基因技術的發(fā)展結論：第六節(jié)基因工程的應用一理論應用：分析基因的結構與功能二基因工程實際應用1基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生目前，基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用非常廣泛，主要包括以下兩個方面：（1）生產基因工程藥品如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等?；蚬こ趟幤肥侵扑幑I(yè)上的重大突破。第六節(jié)基因工程的應用

如1克胰島素（h-Insulin）要從7.5公斤新鮮豬或牛胰臟組織中提取得到，而目前世界上糖尿病患者有6000萬人，每人每年約需1克胰島素，這樣總計需從45億公斤新鮮胰臟中提取,利用基因工程的"工程菌"生產1克胰島素，只需20升發(fā)酵液。生長激素釋放因子“SRIH”的動物激素（一種十四肽，能抑制其他激素的釋放和治療糖尿病等），它原來要從羊的腦下垂體中提取，50萬頭羊也只能提取5mg的產品，而現(xiàn)在只要用10L發(fā)酵液就可獲得同樣的產量。如1克胰島素（h-Insulin）要從7.5商品名稱英文名縮寫開發(fā)公司胰島素HumulinNovolinHumalogInsulinlispoinsulinLillyNovoNordiskLilly人生長激素ProtropinHumatropeNutropinAQrhuGHGenentechLillyGenentech干擾素IntronAReferonAAvonixBetaseronActimmuneAlferon-NrhuIFNa2brhuIFNa2arhuIFNrhuIFN1brhuIFN1brhuIFNa3ScheringRocheBiogenChironGenentechInterferonScience商品名稱英文名縮寫開發(fā)公司胰島素HumulinInsuliKogenateRecombinateFactorVIIIBayerBaxter葡萄腦苷脂酶CerezymeglucocerebrosidaseGenzyml脫氧核糖核酸酶PulmozymedomaseGenentech乙型肝炎疫苗RecombivaxHBEngerixBComraxHepatitisBvaccineMerckSmithKlineMerck甲型肝炎疫苗HavrixHepatitisBvaccineSmithKlineKogenateFactorVIIIBayer葡萄腦苷（2）用于基因診斷與基因治療基因工程技術還可以直接用于基因的診斷和治療。目前用基因診斷方法已經(jīng)能夠檢測出腸道病毒、單純皰疹病毒等許多種病毒。基因治療是把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的，如惡性腫瘤、艾滋病、心血管疾病，以及糖尿病等，也都可以被人類征服（2）用于基因診斷與基因治療3基因工程與農業(yè)、食品工業(yè)（1）培育高產、優(yōu)質或具有特殊用途的動植物、微生物新品種（2）培育各種抗逆性的作物新品種（3）為人類開辟新的食物來源3基因工程與農業(yè)、食品工業(yè)基因工程概論課件21個種植生物技術作物的國家包括11個發(fā)展中國家和10個工業(yè)化國家。按種植面積的大小順序排列，它們分別是美國、阿根廷、巴西、加拿大、中國、巴拉圭、印度、南非、烏拉圭、澳大利亞、墨西哥、羅馬尼亞、菲律賓、西班牙、哥倫比亞、伊朗、洪都拉斯、葡萄牙、德國、法國和捷克共和國。21個種植生物技術作物的國家包括11個發(fā)展中2005年，美國、阿根廷、巴西、加拿大和中國仍是全球主要的生物技術作物種植國。美國種植的4980萬公頃生物技術作物（占此類作物全球種植面積的55％）中，大約有20％為包含2種或3種基因的混合基因產品。2005年，美國、阿根廷、巴西、加拿大和中國仍是全球主要的Bt大豆仍是2005年的主要生物技術作物，種植面積達5440萬公頃（占生物技術作物全球種植面積的60％），其后為玉米（2120萬公頃，24％）、棉花（980萬公頃，11％）和油菜（460萬公頃，5％）。Bt大豆仍是2005年的主要生物技術作物，種植面積達542005年，生物技術作物全球種植面積達9000萬公頃，其中耐除草劑的大豆、玉米和油菜占71％（6370萬公頃）；Bt作物占18％（1620萬公頃），混合基因作物占11％（1010萬公頃）?；旌匣蜃魑锸?004和2005年間發(fā)展最快的，增長率達49％，而耐除草劑的增長率為9％，抗蟲性的增長率為4％。

2005年，生物技術作物全球種植面積達902005年發(fā)展最為迅速的國家是巴西，初步預測的增加值為440萬公頃（2004年為500萬公頃，2005年為940萬公頃），其后為美國（220萬公頃）、阿根廷（90萬公頃）和印度（80萬公頃）。印度的年度增長比率是最快的，幾乎增長了3倍，從2004年的50萬公頃增長到2005年的130萬公頃。2005年發(fā)展最為迅速的國家是巴西，初步預2004年伊朗正式推廣Bt水稻。隨后，幾百名農民于2005年在伊朗種植了大約4千公頃的Bt水稻，拉開了伊朗商業(yè)種植Bt水稻的序幕，并且為2006年Bt水稻的全面商業(yè)種植生產種子。

2007年美國加州文特里亞生物科學公司（VentriaBioscience）將人類的基因加入水稻ＤＮＡ，培育出含有三種人體蛋白質乳鐵素（lactoferrin）、溶菌素（lysozyme）與血清白蛋白（serumalbumin）的水稻，計畫今年春天起在堪薩斯州吉瑞郡種植三千兩百英畝（約一千三百公頃），收成的稻米將摻入優(yōu)酪乳、果仁燕麥棒之類的食品，乳鐵素與溶菌素見於人體的母乳與唾液，有助於緩解兒童嚴重腹瀉；血清白蛋白也有廣泛的醫(yī)療用途。2004年伊朗正式推廣Bt水稻。隨后，幾百4基因工程與環(huán)境保護（1）環(huán)境監(jiān)測（2）被污染環(huán)境的凈化（3）生物能源：由于不斷發(fā)展的乙醇工業(yè)對于玉米的需求不斷飆升4基因工程與環(huán)境保護演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！第一章緒論第一章緒論第一節(jié)基因工程誕生的理論基礎一.確定了遺傳信息的攜帶者是DNA而不是蛋白質。明確了遺傳的物質基礎問題

1.肺炎雙球菌轉化實驗1944年Avery，確定了基因的分子載體是DNA，而不是蛋白質。

2.噬菌體轉染實驗1952年AlfredHershy和MarshaChase進一步證明遺傳物質是DNA第一節(jié)基因工程誕生的理論基礎二.揭示了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留復制機理，解決了基因的自我復制和傳遞的問題。

1953年JamesD.Watson和FrancisH.C.Crick揭示了DNA分子的雙螺旋結構和半保留復制機制。二.揭示了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留復制機理，解決了三.提出了“中心法則”和操縱子學說，并成功地破譯了遺傳密碼，從而闡明了遺傳信息的流向和表達問題

1958年Crick又提出了遺傳信息傳遞的“中心法則”三.提出了“中心法則”和操縱子學說，并成功地破譯了遺傳密碼，1964年MarshallNirenberg和GobindKhorana等終于破譯了64個遺傳密碼

F.Jacob和J.Monod在1961年提出了操縱子學說1964年MarshallNirenberg第二節(jié)基因工程誕生的技術基礎DNA分子的體外切割與連接1.限制性內切酶（restrictionenzymes）

WernerArber理論預見限制酶

1968年H.O.Smith等分離出第一種限制性核酸內切酶

DanielNathans用限制酶切得SV40DNA片斷

3人于1978年獲得Nobel生理或醫(yī)學獎2.DNA連接酶（ligase）

1967年5個實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶第二節(jié)基因工程誕生的技術基礎二.DNA分子的核苷酸序列分析

1975年F.Sanger、A.Maxam和W.Gilbert發(fā)明了DNA快速測序技術,1980年Nobel化學獎三.載體的構建

1972年前后使用小分子量的細菌質粒和噬菌體作載體。在細菌細胞里的大量擴增四.轉化技術

1970年M.Mandel和A.Higa發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氯化鈣處理的大腸桿菌容易吸收噬菌體DNA。1972年S.Cohen發(fā)現(xiàn)這種處理過的細菌同樣能吸收質粒DNA二.DNA分子的核苷酸序列分析五.瓊脂糖凝膠電泳和southern轉移雜交技術

1960s發(fā)明了瓊脂糖凝膠電泳，可將不同長度的DNA分離開;DNA印跡技術由Southern于1975創(chuàng)建,稱為Southern印跡技術五.瓊脂糖凝膠電泳和southern轉移雜交技術第三節(jié)基因工程發(fā)展史上的某些重要事件1869年，F(xiàn).Miescher首次從萊茵河鮭魚精子中分離到DNA1944年，O.T.Avery等人在肺炎鏈球菌轉化實驗中發(fā)現(xiàn)遺傳信息的攜帶者是DNA，而不是蛋白質

1952年，

A.D.Hershey和M.Chase再次證明T2噬菌體的遺傳物質是DNA1953年，J.D.Watson和F.H.C.Crick提出雙螺旋結構模型

1958年,Meselson米西爾森和Stanl斯坦爾提出了DNA半保留復制模型

1961年，馬太(Matthaei)和尼倫伯格(Nirenberg)破譯了第一批密碼子，F(xiàn).Jacob和J.Monod提出了操縱子模型

第三節(jié)基因工程發(fā)展史上的某些重要事件1962年，Arber等人發(fā)現(xiàn)限制性內切酶1968年,

Smith和wilcox在流感嗜血桿菌中分離并純化了限制性內切酶HindIII

1967-1968年，發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶，建立了DNA序列分析方法

1972年，得到了第一個重組的DNA分子

1973年，完成了第一個細菌基因的克隆

1974年，首次實現(xiàn)了異源真核生物的基因在大腸桿菌中的轉化

1978年，用大腸桿菌表達人工合成的人腦激素和人胰島素

1981年，成功獲得了第一個轉基因小鼠，培育出轉基因果蠅

1962年，Arber等人發(fā)現(xiàn)限制性內切酶1982年，第一個由基因工程菌生產的藥物:胰島素

1983年，第一個轉基因植物培育成功

1986年，基因工程生物在控制的情況下，實驗性地釋放到環(huán)境中

1988年，開始人類基因計劃

1994年，基因工程西紅柿在美國上市

2000年，人和擬南芥測序完成

2006年，水稻基因組測序完成1982年，第一個由基因工程菌生產的藥物:胰島素第四節(jié)基因工程的定義及其主要的研究內容

一.基因工程的誕生1.Berg的開創(chuàng)性實驗

1972年斯坦福大學的PaulBerg小組完成了首次體外重組實驗：將SV40的DNA片斷與噬菌體的DNA片斷連接起來(用DNA末端轉移酶，而非限制性內切酶)。第四節(jié)基因工程的定義及其主要的研究內容2.Boyer-Cohen實驗1973年斯坦福大學的S.Cohen小組將含有卡那霉素抗性基因的大腸桿菌R6-5質粒與含有四環(huán)素抗性基因的另一種大腸桿菌質粒pSC101連接成重組質粒，具有雙重抗藥性。后來又把非洲爪蟾核糖體基因片斷同pSC101質粒重組，轉化大腸桿菌，并在菌體內成功轉錄出相應的mRNA。這是第一次成功的基因克隆實驗。2.Boyer-Cohen實驗Boyer-Cohen實驗Boyer-Cohen實驗StanleyCohenHerbBoyer1986Nobel生理或醫(yī)學獎StanleyCohenHerbBoyer1986No二.基因工程的定義和特征定義在體外將核酸分子插入病毒、質?；蚱渌d體分子，構建遺傳物質的新組合，并使之滲入到原先沒有這類分子的寄生細胞內，而能持續(xù)穩(wěn)定地繁殖

在體外對不同生物的遺傳物質（基因）進行剪切、重組、連接，然后插入到載體分子中（細菌質粒、病毒或噬菌體DNA)，轉入微生物、植物或動物細胞內進行無性繁殖，并表達出基因產物二.基因工程的定義和特征2.特征(1)按照人們的主觀愿望進行設計

(2)跨越物種屏障外源基因到另一種不同的生物細胞內進行繁殖(3)無性擴增外源DNA在寄主細胞內可大量擴增，和高水平表達2.特征3.基因工程（geneengineering）相關的概念：基因操作（genemanipulation），重組DNA技術（recombinantDNAtechnique），基因克隆（genecloning），分子克?。╩olecularcloning）

3.基因工程（geneengineering）相關的概念：4.Clone(名詞)：是指從一個共同祖先無性繁殖下來的一群遺傳上同一的DNA分子細胞或個體所組成的特殊的生命群體

Clone(動詞)：是產生一個遺傳上同一的DNA分子細胞或個體所組成的特殊的生命群體的過程

4.Clone(名詞)：是指從一個共同祖先無性繁殖下來的一5.研究內容(1)目的基因的獲取從復雜的生物基因組中，經(jīng)過酶切消化或PCR擴增等步驟，分離出帶有目的基因的DNA片斷(2)重組體的制備將目的基因的DNA片斷插入到能自我復制并帶有選擇性標記（抗菌素抗性）的載體分子上5.研究內容(3)重組體的轉化將重組體（載體）轉入適當?shù)氖荏w細胞中(4)克隆鑒定挑選轉化成功的細胞克隆（含有目的基因）(5)目的基因表達使導入寄主細胞的目的基因表達出我們所需要的基因產物(3)重組體的轉化第五節(jié)基因工程的安全性1996年美國國立衛(wèi)生研究院公布了“重組DNA研究準則”在實驗室安全防護方面，明確規(guī)定了物理防護和生物防護兩個方面的統(tǒng)一標準。物理防護為P1——P4四個等級，生物防護則分為EK1——EK3三個不同的等級

第五節(jié)基因工程的安全性1.實驗室的物理安全P1——P4是關于基因工程實驗室物理安全防護上的裝備規(guī)定。P1級實驗室為一般的裝備良好的普通微生物實驗室；P2級實驗室，在P1級實驗室的基礎上，還需裝備負壓的安全操作柜；P3級實驗室，即全負壓的實驗室，同時還要裝備安全操作柜；P4級實驗室是具有最高安全防護措施的實驗室，要求建設專用的實驗大樓，周圍與其它建筑物之間應留有一定距離的隔離帶，細菌操作帶手套進行，以及使用其他必要的隔離裝置，使研究者不會直接同細菌接觸。P=Protect1.實驗室的物理安全2.實驗室的生物安全生物防護方面，EK1——EK3級是專門針對大腸桿菌而規(guī)定的安全防護標準。它是依據(jù)大腸桿菌在自然環(huán)境中的存活率為前提制定的。EK1級大腸桿菌菌株，在自然環(huán)境中一般都要死亡。而符合2-3級標準的大腸桿菌菌株，在自然環(huán)境中則是無法存活的。第一個安全的大腸桿菌是K12菌株，由于不適用于操作，目前廣泛應用的是K12的派生菌株。

2.實驗室的生物安全3.載體的安全應該是失去了自我遷移的能力，不會自動從“安全”的菌株轉移到“不安全”的菌株中。

3.載體的安全二.實驗操作的安全性

注意有毒生物對人的危害?。。?！注意有毒試劑對人的危害！?。?！二.實驗操作的安全性三.基因工程產物或產品的安全性

轉基因作物對生態(tài)環(huán)境可能的影響，如產生超級雜草具有除草劑耐性因子的轉基因作物的遺傳因子可能通過授粉和種子遷移傳播給野生植物。獲得這些耐性后的野生植物有可能會變成對一般除草劑有耐性的“超級”雜草。為了清除這些雜草，將不得不使用更強大的，濃度更大的除草劑，這必然會引起土壤板結、土質變壞、藥物殘留等，從而對生態(tài)環(huán)境造成破壞。三.基因工程產物或產品的安全性2.標記基因的傳遞可能引起的抗生素耐性基因工程技術中應用的標記基因通常是一類抗生素基因，人們擔心食用含有此類標記基因的食品后，是否對腸道微生物產生影響或者抗生素類藥物產生耐藥性。3.轉基因食品引起的食物過敏的可能性轉基因食品引起食物過敏的可能性是人們關注的焦點之一。特別是如果轉基因食品轉入的蛋白質是新蛋白時，這些異種蛋白有可能引起食物過敏。2.標記基因的傳遞可能引起的抗生素耐性4.毒性方面，如蛋白酶抑制劑，溶血劑，神經(jīng)毒素許多食品原料生物本身會產生大量的毒性物質，如蛋白酶抑制劑、溶血劑和神經(jīng)毒素等，那么轉基因作物中是否有毒素以及毒素的含量就成為爭議的重要內容之一5.倫理方面許多民族都有其獨特的飲食習慣和制約，某些宗教團體禁止食用的動物基因轉入他們通常食用的動物中（如將豬的基因轉入綿羊中），這可能觸犯某些民族的飲食戒律；另外將動物基因轉入植物中可能使素食者感到困惑。4.毒性方面，如蛋白酶抑制劑，溶血劑，神經(jīng)毒素6.其他除以上爭論外，對轉基因食品安全性的爭議還表現(xiàn)在微生物作為宿主細胞的安全性問題，轉基因動物激素、食品、飼料添加劑等對動物本身的生長、發(fā)育和繁殖的安全性問題等方面?；谏鲜鲋T多方面的異議，轉基因食品的安全性問題的研究成為轉基因技術研究的一個熱點。6.其他所以關于GMO（geneticmodifiedoriganism）的爭論主要集中于安全性，宗教，貿易

所以關于GMO（geneticmodifiedoriga四.轉基因生物安全性評價對轉基因生物安全評價主要集中在環(huán)境安全性和食用安全性兩個方面。1.環(huán)境安全性評價環(huán)境安全性評價的核心問題是轉基因生物是否會將所轉基因再轉移到其它生物中，會不會破壞生態(tài)環(huán)境，打破原有生物種群的動態(tài)平衡，四.轉基因生物安全性評價包括：①轉基因作物本身成為雜草的可能性；②轉基因作物便親緣野生種成為雜草或超級雜草的可能性；③轉基因作物可能產生新的病毒或疾?。虎苻D基因作物對非目標生物的危害；⑤轉基因作物作為外來種對新環(huán)境的入侵，使生物多樣性受到威脅；⑥轉基因作物對生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)過程的影響；⑦其他一些不可預計的風險。包括：2.食用安全性評價食用安全性，主要包括營養(yǎng)成分、抗營養(yǎng)因、毒性和致敏性等。目前普遍公認的食用安全性評價的原則是經(jīng)合組織（OECD）1993年提出的“實質等同性”（Substantialequivalence）原則。

2.食用安全性評價（1）實質等同性原則實質等同性原則最早由國際經(jīng)濟互助開發(fā)組織于1993年提出并已被大多數(shù)國家采用。該原則認為如果導入基因后產生的蛋白質經(jīng)確認是安全的，或者是轉基因作物和原作物在主要營養(yǎng)成分（脂肪、蛋白質、碳水化合物等）、形態(tài)和是否產生抗營養(yǎng)因子、毒性物質、過敏性蛋白等方面沒有發(fā)生特殊的變化的話，則可以認為轉基因作物在安全性上和原作物是同等的，對人類的影響是相似的，則無需對它的安全性再作進一步的分析。（1）實質等同性原則根據(jù)“實質等同性”原則，轉基因食品安全性分成三個等級：I級，轉基因食品成分、營養(yǎng)價值、體內代謝途徑、雜質水平和傳統(tǒng)食品相同，或變異在已知的范圍內，這類食品無需做進一步的分析評價；Ⅱ級，與傳統(tǒng)食品極其相似，但產生或缺少某個新成分或特性，對不同成分或特性應作進一步的分析評價；Ⅲ級，與傳統(tǒng)食品既不相同也不相似，需要作廣泛的營養(yǎng)學和毒理學評價。根據(jù)“實質等同性”原則，轉基因食品安全性分成三個等級：（2）轉基因食品的食用安全性轉基因食品與相應的傳統(tǒng)食品相比，至少存在以下兩個不同點：一是轉基因食品中含有利用轉基因技術導入的外源基因，而傳統(tǒng)的食品中不含有；二是由于外源基因的表達使轉基因食品中含有了特定的外源基因表達產物(相應的蛋白質）。

（2）轉基因食品的食用安全性A.外源基因的毒性及其水平轉移問題轉基因食品中外源基因含量很小，其化學組成與普通DNA并無差異。通過食用轉基因食品而攝入體內的外源基因的數(shù)量與消化道中來源于其他食品中的DNA數(shù)量相比微不足道。因此，轉基因食品中的外源基因本身不會對人體產生直接毒害作用。

A.外源基因的毒性及其水平轉移問題

轉基因食品中的外源基因特別是抗生素抗性基因（Antibioticresistancegene）被攝入人體后，水平轉移（Horizontalgenetransfer）至腸道生物或上皮細胞，從而對人體產生不利影響的可能性非常小，也沒有在人類消化系統(tǒng)中細菌轉化的報道。轉基因食品中的卡那霉素、新霉素和潮霉素對人類不存在抗生素醫(yī)療安全性的問題。轉基因食品中的外源基因特別是抗生素抗性基因B.外源基因編碼蛋白的毒性與過敏性問題評判轉基因食品中外源基因編碼蛋白的食用安全性的評定，一是根據(jù)外源基因編碼蛋白的化學組成判斷其毒性，二是采用動物試驗或模擬試驗的方法評判外源基因編碼蛋白的毒性。由于各國政府對轉基因食品的審批程序中，對外源基因編碼蛋白的毒性評價都有嚴格的標準，因此通過嚴格審查后被批準商業(yè)化生產的轉基因食品中的外源基因編碼蛋白對人體均無直接毒性B.外源基因編碼蛋白的毒性與過敏性問題C.外源基因的次生效應及其安全性問題外源基因的次生效應是指由于外源基因的插入而對宿主體內某些基因的表達所產生的影響，現(xiàn)還無法對外源基因的次生效應進行控制和預測。對外源基因的次生效應可能對轉基因食品食用安全性產生的影響，一般采用“實質等同性”原則和個案分析程序（case－by－caseprocedure）進行評價分析C.外源基因的次生效應及其安全性問題結論：對動、植物進行負責任的遺傳修飾或使用轉基因技術在實質上既不新也不會有危害性。傳統(tǒng)的遺傳育種與轉基因技術相比缺乏靈活性和精確性，并因此而缺乏可預期性，其風險絕不比轉基因技術低。夸大轉基因食品的潛在危險性，缺乏研究依據(jù)的推測，可能會使消費者對食品安全產生認識混亂，從而在根本上阻礙轉基因技術的發(fā)展結論：第六節(jié)基因工程的應用一理論應用：分析基因的結構與功能二基因工程實際應用1基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生目前，基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用非常廣泛，主要包括以下兩個方面：（1）生產基因工程藥品如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等?；蚬こ趟幤肥侵扑幑I(yè)上的重大突破。第六節(jié)基因工程的應用

如1克胰島素（h-Insulin）要從7.5公斤新鮮豬或牛胰臟組織中提取得到，而目前世界上糖尿病患者有6000萬人，每人每年約需1克胰島素，這樣總計需從45億公斤新鮮胰臟中提取,利用基因工程的"工程菌"生產1克胰島素，只需20升發(fā)酵液。生長激素釋放因子“SRIH”的動物激素（一種十四肽，能抑制其他激素的釋放和治療糖尿病等），它原來要從羊的腦下垂體中提取，50萬頭羊也只能提取5mg的產品，而現(xiàn)在只要用10L發(fā)酵液就可獲得同樣的產量。如1克胰島素（h-Insulin）要從7.5商品名稱英文名縮寫開發(fā)公司胰島素HumulinNovolinHumalogInsulinlispoinsulinLillyNovoNordiskLilly人生長激素ProtropinHumatropeNutropinAQrhuGHGenentechLillyGenentech干擾素IntronAReferonAAvonixBetaseronActimmuneAlferon-NrhuIFNa2brhuIFNa2arhuIFNrhuIFN1brhuIFN1brhuIFNa3ScheringRocheBiogenChironGenentechInterferonScience商品名稱英文名縮寫開發(fā)公司胰島素Humulin