普通生物學(xué)-生命科學(xué)通論

第八講基因工程學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握基因工程的原理和過程2、了解基因工程在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等的應(yīng)用3、了解基因工程產(chǎn)品和食品的可能潛在風(fēng)險4、了解生物制藥的原理和方法5、了解藥物基因組學(xué)的內(nèi)容一、基因工程的概念

geneticengineering定義：又稱為重組DNA技術(shù)，指將某些特定的基因或DNA片斷，通過載體或其它手段送入受體細胞，使它們在受體細胞中增殖并表達的一種遺傳學(xué)操作。目的:是生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)造出生物的新性狀，并能穩(wěn)定遺傳?；蚬こ痰母拍钪匾卣鳎?、可把來自任何生物的基因轉(zhuǎn)移到與其毫無關(guān)系的任何其他受體細胞中，可以任意改造生物的遺傳特性，創(chuàng)造出生物的新性狀2、某一段DNA可在受體細胞內(nèi)進行復(fù)制，為制備大量純化的DNA片段提供了可能基因工程的概念應(yīng)用價值：1、工業(yè)中的應(yīng)用2、在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用3、農(nóng)林牧漁業(yè)中的應(yīng)用4、生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究二、基因工程技術(shù)路線1、DNA片段的取得（目的基因的分離和制備）2、DNA片段和載體的連接——重組體DNA3、外源DNA片段引入受體細胞——基因克隆和基因文庫4、選擇基因（目的基因）5、目的基因表達切接轉(zhuǎn)選表達（一）DNA片段的獲得1、從基因所在的生物體直接取得限制性內(nèi)切酶（restrictionenzymes）2、人工合成DNA片段（DNA合成儀）3、PCR反應(yīng)合成DNA4、mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA5、用機械的方法超聲波、粘性末端、平整末端200多種限制性內(nèi)切酶，切點各不相同（二）DNA片段和載體的連接

——重組體DNA載體：細菌中的質(zhì)粒、溫和噬菌體重組體DNA：載體DNA+引入的DNA粘性末端平整末端連接酶（三））重組組體DNA引入入受體體細胞胞受體:大腸腸桿菌菌、真真核細細胞轉(zhuǎn)基因因動物物（transgenicanimals））：接受了了外源源基因因，發(fā)發(fā)生了了性狀狀改變變的動動物克隆（（clones）、、無性性繁殖殖系:基因文文庫（（genelibrary）（四））選擇擇基因因分子雜雜交（（molecularhybridization））：基因序序列遺傳學(xué)學(xué)方法法：性性能免疫學(xué)學(xué)方法法：蛋蛋白質(zhì)質(zhì)探針（（probes）:根據(jù)所所需基基因的的核苷苷酸順順序制制成一一段與與之互互補的的核苷苷酸短短鏈，，并用用同位位素標(biāo)標(biāo)記合成，，蛋白白質(zhì)———核核苷酸酸順序序mRNA———cDNA原位分分子雜雜交（五））目的的基因因的表表達目的基基因在在插入入載體體后，，在其其編碼碼順序序的5’端端有能能被受受體細細胞識識別的的啟動動基因因順序序及能能和核核糖體體結(jié)合合的順順序。。則該該目的的基因因就可可以表表達，，從而而使是是因工工程得得以實實現(xiàn)。?；蚬すこ碳技夹g(shù)路路線2三、應(yīng)應(yīng)用生命科科學(xué)基基礎(chǔ)理理論研研究中中的應(yīng)應(yīng)用農(nóng)林牧牧副漁漁中的的應(yīng)用用工業(yè)中中的應(yīng)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)學(xué)中的的應(yīng)用用（一））在基基礎(chǔ)研研究中中的應(yīng)應(yīng)用幾乎在在所有有生命命科學(xué)學(xué)分支支學(xué)科科中得得到應(yīng)應(yīng)用DNAcomputationMolecularComputationbyDNAHairpinFormation,byKensakuSakamoto,etal（（2000）DNA-BasedComputerTakesAimatGenesDennisNormile（（2002）（二））在農(nóng)農(nóng)業(yè)上上的應(yīng)應(yīng)用1.增增加農(nóng)農(nóng)作物物產(chǎn)品品的營營養(yǎng)價價值，如：：增加加種子子、塊塊莖的的蛋白白質(zhì)含含量，，改變變植物物蛋白白的必必需氨氨基酸酸比例例等。。2.提提高農(nóng)農(nóng)作物物抗逆逆性能能如：抗病病蟲害害、抗抗旱、、抗?jié)碀?、抗抗除草草劑等等性能能?.提提高光光合作作用效效率將將是提提高農(nóng)農(nóng)作物物產(chǎn)量量的一一個有有效方方法。。4.生生物固固氮的的基因因工程程。若能能把禾禾谷等等非豆豆科植植物轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉槟芡隽鼍补采?，，或具具固氮氮能力力，將將代替替無數(shù)數(shù)個氮氮肥廠廠。5.增增加植植物次次生代代謝產(chǎn)產(chǎn)物產(chǎn)產(chǎn)率。植物物次生生代謝謝產(chǎn)物物構(gòu)成成全世世界藥藥物原原料的的25%，，如治治療瘧瘧疾的的奎寧寧、治治療白白血病病的長長春新新堿、、治療療高血血壓的的東莨莨菪堿堿、作作為麻麻醉劑劑的嗎嗎啡等等。6.運運用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)基因因動物物的技技術(shù)，，可培培育畜畜牧業(yè)業(yè)新品品種。。7.其其它。。（三））在工工業(yè)中中的應(yīng)應(yīng)用啤酒釀釀造白酒和和黃酒酒的釀釀造和酒精生生產(chǎn)干酪“吃油油”工工程菌菌纖維素素酶（四））在醫(yī)醫(yī)學(xué)中中的應(yīng)應(yīng)用1.基基因工工程用用于生生產(chǎn)蛋蛋白質(zhì)質(zhì)類藥藥物治療糖糖尿病病的胰島素素，是一一種51個個氨基基酸殘殘基組組成的的蛋白白質(zhì)1982年年美美國EliLilly公公司推推出基基因工工程制制造的的人胰胰島素素，商商品名名為(Humulin)。干擾素素用于治治療肝肝炎等等病毒毒感染染性疾疾病，，有良良好療療效。。1升升發(fā)酵酵液中中所得得的干干擾素素相當(dāng)當(dāng)于過過去從從1000升升人人血中中所得得。生生產(chǎn)成成本也也大為為降低低。目前用用基因因工程程生產(chǎn)產(chǎn)的蛋蛋白質(zhì)質(zhì)藥物物已達達數(shù)十十種，，許多多以前前本不不可能能大量量生產(chǎn)產(chǎn)的生長長因因子子，凝血血因因子子等蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)藥藥物物，，現(xiàn)現(xiàn)在在用用基基因因工工程程辦辦法法便便可可能能大大量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。正在在開開發(fā)發(fā)的的350種種生生物物技技術(shù)術(shù)藥藥物物中中，，1/3以以上上用用于于腫腫瘤瘤，，其其中中有有30種種用用于于黑黑素素瘤瘤，，20種種用用于于結(jié)結(jié)直直腸腸癌癌，，13種種用用于于乳乳腺腺癌癌，，13種種用用于于前前列列腺腺癌癌。。正在在開開發(fā)發(fā)的的疫疫苗苗有有77種種，，用用于于預(yù)預(yù)防防或或治治療療HIV感感染染、、AIDS、、結(jié)結(jié)直直腸腸癌癌、、胰胰腺腺癌癌、、乳乳腺腺癌癌、、肺肺癌癌、、結(jié)結(jié)腸腸癌癌、、前前列列腺腺癌癌、、多多發(fā)發(fā)性性硬硬化化、、中中風(fēng)風(fēng)。。正在在開開發(fā)發(fā)的的生生物物技技術(shù)術(shù)藥藥物物中中，，有有29種種用用于于HIV感感染染、、AIDS和和AIDS相相關(guān)關(guān)疾疾病病；；19種種用用于于自自身身免免疫疫性性疾疾病病，，其其中中11種種用用于于類類風(fēng)風(fēng)濕濕性性關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)炎炎、、3種種用用于于狼狼瘡瘡；；8種種用用于于血血液液疾疾病病，，其其中中4種種用用于于血血友友病病，，一一種種用用于于鐮鐮形形細細胞胞性性貧貧血血。。2.基基因因工工程程用用于于疫疫苗苗生生產(chǎn)產(chǎn)常用用的的制制備備疫疫苗苗的的方方法法，，一一種種是是弱弱毒毒活活疫疫苗苗，，一一種種是是死死疫疫苗苗。。兩兩種種疫疫苗苗各各有有自自身身的的弱弱點點。?；罨钜咭呙缑珉[隱含含著著感感染染的的危危險險性性。。死死疫疫苗苗免免疫疫活活性性不不高高，，需需加加大大注注射射量量或或多多次次接接種種。。利用用基基因因工工程程制制備備重組組亞亞基基疫疫苗苗，可可以以克克服服上上述述缺缺點點，，亞亞基基疫疫苗苗指指只只含含有有病病原原物物的的一一個個或或幾幾個個抗抗原原成成分分，，不不含含病病原原物物遺遺傳傳信信息息。。重重組組亞亞基基疫疫苗苗就就是是用用基基因因工工程程方方法法，，把把編編碼碼抗抗原原蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的基基因因重重組組到到載載體體上上去去，，再再送送入入細細菌菌細細胞胞或或其其他他細細胞胞中中區(qū)區(qū)大大量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。這這樣樣得得到到的的亞亞基基疫疫苗苗往往往往效效價價很很高高，，但但決決無無感感染染毒毒性性等等危危險險。。在酵酵母母中中表表達達乙乙型型肝肝炎炎表表面面抗抗原原HBsAg產(chǎn)產(chǎn)量量可可達達每每升升2.5mg，，已已于于1984年年問問世世。?；蛞蚬すこ坛躺a(chǎn)產(chǎn)疫疫苗苗有有良良好好的的發(fā)發(fā)展展前前景景。。3.基基因因工工程程用用于于基基因因治治療療人體體基基因因的的缺缺失失，，導(dǎo)導(dǎo)致致一一些些遺遺傳傳疾疾病病，，應(yīng)應(yīng)用用基基因因工工程程技技術(shù)術(shù)使使缺缺失失的的基基因因歸歸還還人人體體，，達達到到治治療療的的目目的的，，已已成成為為基基因因工工程程在在醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)方方面面應(yīng)應(yīng)用用的的又又一一重重要要內(nèi)內(nèi)容容。?？寺÷⊙蜓蛟囋囼烌灣沙晒Υ虼蜷_開了了廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用的的大大門門1/蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)——肽肽類類藥藥物物的的生生產(chǎn)產(chǎn)2/器器官官移移植植3/挽挽救救珍珍稀稀瀕瀕危危動動物物4/良良種種牲牲畜畜的的繁繁育育5/用用于于研研究究的的動動物物模模型型的的建建立立克隆隆技技術(shù)術(shù)所所帶帶來來的的挑挑戰(zhàn)戰(zhàn)四、、負負面面效效應(yīng)應(yīng)1、、倫倫理理2、、不不可可預(yù)預(yù)見見性性危危害害五、、藥藥物物開開發(fā)發(fā)（一一））藥藥物物作作用用機機制制（二二））藥藥物物基基因因組組學(xué)學(xué)(一一)藥藥物物作作用用機機制制1．．理理化化反反應(yīng)應(yīng)2．．參參與與或或干干擾擾細細胞胞代代謝謝3．．影影響響生生理理物物質(zhì)質(zhì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運運4．．對對酶酶的的影影響響5