生物技術(shù)與人類未來

關(guān)于生物技術(shù)與人類未來第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五11.1生物技術(shù)、主要內(nèi)容和發(fā)展概況11.2生物技術(shù)方法

一、基因工程-DNA重組技術(shù)與蛋白質(zhì)工程二、細(xì)胞工程三、動(dòng)物克隆技術(shù)四、生物芯片技術(shù)11.3生物技術(shù)的應(yīng)用11.4生物技術(shù)面臨的問題與挑戰(zhàn)11.5生物技術(shù)造福人類第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五生物科學(xué)成為當(dāng)今世界自然科學(xué)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，主要由于兩方面的原因：

（1）二十世紀(jì)后葉，分子生物學(xué)等領(lǐng)域一系列突破性成就，使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的地位發(fā)生了革命性的變化；（2）建立在實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上的生物技術(shù)的發(fā)展為人類帶來了巨大的利益和財(cái)富。生物技術(shù)將是未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力 第一次技術(shù)革命 工業(yè)革命 解放人的雙手 第二次技術(shù)革命 信息技術(shù) 擴(kuò)展人的大腦 第三次技術(shù)革命 生物技術(shù) 改造生命本身第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五1982年，國際合作與發(fā)展組織的定義為：生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物體作為反應(yīng)器將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。美國政府技術(shù)顧問委員會(huì)(OAT)的定義是：應(yīng)用生物或來自生物體的物質(zhì)制造或改進(jìn)一種商品的技術(shù)，其中還包括改良有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物與動(dòng)物以及利用微生物改良環(huán)境的技術(shù)。該定義強(qiáng)調(diào)了生物技術(shù)的商品屬性。生物工程-應(yīng)用11.1生物技術(shù)定義、主要內(nèi)容和發(fā)展概況

生物技術(shù)的定義和特點(diǎn)第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五生物技術(shù)具有多學(xué)科交叉和綜合運(yùn)用的特點(diǎn)：

1）其理論來源于實(shí)驗(yàn)室大量復(fù)雜的基礎(chǔ)研究工作2）微生物學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)工程、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科生物技術(shù)的顯著特點(diǎn)

1）高技術(shù)（精細(xì)和密集的復(fù)雜技術(shù)）2）高投入

3）高利潤

4）周期長(三高一長)

↓利用生物技術(shù)的生產(chǎn)線第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五通常生物技術(shù)主要包括基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)（酶）工程四大工程，此外還有單克隆抗體技術(shù)；克隆動(dòng)物技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物材料技術(shù)、生物能源技術(shù)、利用生物降解環(huán)境中有毒有害化合物的技術(shù)等都可屬生物技術(shù)范疇的內(nèi)容。直接相關(guān)聯(lián)的學(xué)科：分子生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物信息學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、材料科學(xué)等。涉及的學(xué)科還遠(yuǎn)不止這些生物技術(shù)是對人類和社會(huì)生活影響最大的技術(shù)領(lǐng)域按應(yīng)用領(lǐng)域劃分：農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、醫(yī)藥生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)、海洋生物技術(shù)、材料生物技術(shù)、能源生物技術(shù)等等。11.2生物技術(shù)方法：第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五基因工程是指在分子水平，設(shè)計(jì)并實(shí)施把一個(gè)生物體中有用的目的基因或DNA(遺傳信息)轉(zhuǎn)入另一個(gè)生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需要的產(chǎn)物。最終實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)價(jià)值。上游和下游技術(shù)一、基因工程與蛋白質(zhì)工程基因工程與建筑工程雷同第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五以克隆和重組DNA為核心的技術(shù)即基因工程技術(shù)，又稱為重組DNA技術(shù)。重組DNA技術(shù)的重大突破帶動(dòng)了現(xiàn)代生物技術(shù)的興起，并很快產(chǎn)生了許多生命科學(xué)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。克隆(clone)---無性繁殖（系）分子克隆–DNA的無性繁殖技術(shù)（從1973年DNA重組）重組DNA技術(shù)包括了基因克隆為主的一系列的分子生物學(xué)操作步驟，實(shí)現(xiàn)不同物種間基因的轉(zhuǎn)移。從研發(fā)到進(jìn)入市場，需要的周期長，至少5年以上?；蚬こ碳夹g(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五重組DNA操作的一般步驟：1）獲得需要的目的基因（又稱外源基因）；2）目的基因在限制性內(nèi)切酶和連接酶作用下與載體連接，形成新的重組DNA分子（克隆和篩選）；

3）轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染：用重組的DNA分子轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞，使之進(jìn)入受體細(xì)胞并能在受體細(xì)胞中復(fù)制和遺傳；4）對轉(zhuǎn)化子即獲得外源基因的受體細(xì)胞進(jìn)行篩選和鑒定；(陽性克隆)5）對獲得外源基因的細(xì)胞或生物體通過發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)、養(yǎng)殖或栽培等，最終獲得所需的遺傳性狀或表達(dá)出所需要的產(chǎn)物。第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五←重組DNA技術(shù)-基因工程圖示第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五獲得需要的目的基因常用的方法：（1）直接從生物體中提取總DNA，構(gòu)建基因組DNA文庫(genomicDNAlibrary)，從文庫中調(diào)用目的基因；（2）以mRNA為模板，反轉(zhuǎn)錄合成互補(bǔ)的DNA片段，建立cDNA文庫，從文庫中調(diào)用；（3）利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）特異性地?cái)U(kuò)增得到所需要的目的基因片段；（4）化學(xué)合成等。■

獲得需要的目的基因（外源基因）第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

細(xì)胞內(nèi)總DNA的提取分離程序：苯酚變性沉淀蛋白質(zhì)(1)細(xì)胞內(nèi)總DNA的提取分離與基因組文庫的構(gòu)建第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

紫外分光光度計(jì)測定DNA溶液的純度和濃度第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

基因組DNA文庫的構(gòu)建

將總DNA經(jīng)過酶解，經(jīng)蔗糖梯度離心或瓊脂糖凝膠電泳分離不同長短的DNA片段。包含的基因組片段分別克隆在質(zhì)?；蚴删w載體上，轉(zhuǎn)染細(xì)菌或體外包裝到噬菌體顆粒上便構(gòu)成了該生物的基因組文庫。然后用標(biāo)記的單鏈DNA為探針（probe）調(diào)用目的基因。第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五(2)逆轉(zhuǎn)錄人工合成互補(bǔ)DNA－cDNA文庫的構(gòu)建

mRNA

逆轉(zhuǎn)錄

cDNA(互補(bǔ)DNA）第二條DNA鏈克隆、轉(zhuǎn)染、建庫第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五基因組文庫與cDNA文庫的比較構(gòu)建基因組文庫獲取目的基因存在的問題——

費(fèi)時(shí)費(fèi)事 有內(nèi)含子序列cDNA文庫，反轉(zhuǎn)錄人工合成互補(bǔ)DNA方法的優(yōu)勢：

1、不含內(nèi)含子序列

2、獲取的DNA片段往往是具有特定功能的目的基因第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五(3)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR技術(shù)）PCR技術(shù)就是在體外的小試管中通過酶促反應(yīng)有選擇地大量擴(kuò)增（包括分離）一段目的基因的技術(shù)。該技術(shù)高效、快捷、特異性好。

小試管中反應(yīng)需加入4種物質(zhì)：

（1）作為模板的DNA序列－－即微量的總DNA；

（2）與欲分離的目的基因兩條鏈的各自5’端序列相互補(bǔ)的DNA引物（約20個(gè)左右堿基的短DNA單鏈）；

（3）TaqDNA聚合酶；

（4）4種核苷酸4×dNTP（即dATP,dTTP,dGTP和dCTP）第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）反應(yīng)步驟：變性、退火、延伸三步曲變性：雙鏈DNA解鏈成為單鏈DNA退火：部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補(bǔ)部位相配對和結(jié)合延伸：以目的基因?yàn)槟０?，合成互補(bǔ)的新DNA鏈第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）每一輪聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可使目的基因片段增加一倍30輪循環(huán)，每一個(gè)目的基因就被選擇性放大，獲得

230（1.07×109)個(gè)片段循環(huán)反應(yīng)在特制的PCR儀中可自動(dòng)進(jìn)行直到完成第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五PCR技術(shù)的發(fā)明PCR的發(fā)明是DNA操作技術(shù)的革命美國Kary

Mullis教授開汽車時(shí)的聯(lián)想

逶迤崎嶇的山路——DNA雙螺旋行駛的汽車——一小段DNA引物

……1988年發(fā)明了PCR技術(shù)

1993年獲得諾貝爾獎(jiǎng)第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五基因重組和克隆操作最重要的工具有以下3個(gè)：

(1)限制性內(nèi)切酶（和連接酶）

(2)載體

(3)宿主菌微量的目的基因必須經(jīng)過基因克隆獲得大量的拷貝后，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的重組、轉(zhuǎn)化和表達(dá)等操作?！?/p>

構(gòu)建重組DNA和基因克隆限制性內(nèi)切酶是從細(xì)菌中分離提純的核酸內(nèi)切酶，可以識(shí)別并切開核酸序列的特定位點(diǎn)-稱分子手術(shù)刀Arber、Smith和Nathans因?yàn)樵诎l(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶方面的開創(chuàng)性工作而共同獲得了1978年的諾貝爾獎(jiǎng)。第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五▽限制性內(nèi)切酶識(shí)別特定的核苷酸序列，一般4~6個(gè)堿基對。例如：EcoRI特異識(shí)別GAATTC及其互補(bǔ)堿基組成的雙鏈▽DNA片段酶切后形成粘性末端或平端，互補(bǔ)的粘性末端或平端用T4連接酶可連接起來第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五限制性內(nèi)切酶-DNA的分子刀已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和鑒定的限制性內(nèi)切酶有200多種第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

限制性內(nèi)切酶切與DNA重組的操作：第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

基因體外重組（基因克?。?/p>

1973年，由美國斯坦福大學(xué)教授Cohn和美國加州大學(xué)教授Boyer帶領(lǐng)各自的研究組幾乎同時(shí)分別完成了DNA體外重組，一舉打開了基因工程學(xué)大門。第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五載體載體：是運(yùn)送目的基因片段進(jìn)入宿主細(xì)胞的工具（因?yàn)榍懈畹腄NA并不能直接進(jìn)入到細(xì)菌等宿主細(xì)胞中，需要連入到合適載體中，才可能轉(zhuǎn)入到宿主細(xì)胞中并隨之繁殖而復(fù)制）一般載體要求具備以下特性：（1）能夠自我復(fù)制，并帶動(dòng)插入的外源基因一起復(fù)制（2）具有合適的限制性酶切位點(diǎn)（3）細(xì)胞內(nèi)拷貝數(shù)要多（4）通常載體的分子量要?。ㄓ袝r(shí)要求載體分子量要大）（5）具有合適的篩選標(biāo)記（6）細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定性高目前最常用的原核細(xì)胞的克隆載體包括細(xì)菌質(zhì)粒、噬菌體、cosmid質(zhì)粒等DNA。第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞中自然存在于染色體外可以自主復(fù)制的一段環(huán)狀DNA分子。進(jìn)入到宿主細(xì)胞中的一個(gè)質(zhì)?？梢源罅吭黾悠淇截悢?shù)。質(zhì)粒載體第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五（1)該質(zhì)粒比較小，可以插入一段較長的DNA片段。（2)進(jìn)入宿主細(xì)菌細(xì)胞后，pUC18在每個(gè)細(xì)胞中可大量復(fù)制，形成大約500個(gè)拷貝。（3)在pUC18中有一小段人為設(shè)計(jì)和插入的具有多種限制性酶切位點(diǎn)的序列，即多克隆位點(diǎn)。例如：細(xì)菌質(zhì)粒pUC18就是一種已被改造的實(shí)用載體：第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五質(zhì)粒載體

的一般結(jié)構(gòu)第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五pUC118質(zhì)粒的多克隆位點(diǎn)整合在lacZ即β-半乳糖苷酶的基因中，lacZ可以使細(xì)菌在含有IPTG（即乳糖操縱子的誘導(dǎo)物）和X-gal（即β-半乳糖苷酶的底物）的平板培養(yǎng)基上形成藍(lán)色的菌落，即X-gal被lacZ基因編碼產(chǎn)生的β-半乳糖苷酶水解成藍(lán)色。但是，當(dāng)外源DNA片段插入到多克隆位點(diǎn)區(qū)時(shí)，就破壞了lacZ基因的結(jié)構(gòu)，使lacZ基因失去了活性和表達(dá)功能，大腸桿菌就形成白色菌落,即形成白色菌落的細(xì)菌是攜帶有插入片段重組質(zhì)粒的細(xì)菌。（4)帶有篩選標(biāo)記－如lacZ基因的插入失活，篩選重組質(zhì)粒第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五（5)帶有其他篩選標(biāo)記：如pUC18載體攜帶了另一種篩選標(biāo)記－抗生素（antibiotic）如氨卞青霉素抗性（AmpR）的基因。只有插入外源目的基因的宿主細(xì)胞能在含有氨卞的培養(yǎng)基板上生長，所以也可依此特性篩選重組質(zhì)粒。

含有重組質(zhì)粒的宿主菌又稱“轉(zhuǎn)化子”。第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

DNA克隆常用質(zhì)粒載體→改進(jìn)的pUC18第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五瓊脂培養(yǎng)基上的菌落原位印跡到濾膜上制備32P標(biāo)記的DNA分子探針（如用PCR法）與膜上的核酸雜交放射自顯影法確定轉(zhuǎn)化子挑出陽性菌落培養(yǎng)或進(jìn)入下一步操作

DNA分子雜交直接鑒定-

分子探針方法鑒定第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五重組基因?qū)胨拗骶崔D(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染）將目的基因克隆或轉(zhuǎn)化到大腸桿菌細(xì)胞中的操作步驟包括：●制備感受態(tài)細(xì)胞

感受態(tài)細(xì)胞（competentcell）－受體細(xì)胞處理后所處的易接受外源基因的狀態(tài)●用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞；●篩選含重組質(zhì)粒的大腸桿菌細(xì)胞，進(jìn)行檢查或鑒定。

第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五基因克隆獲得大量目的基因后，就要使其在合適的宿主細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生需要的基因表達(dá)產(chǎn)物或使宿主生物具備所需的性狀，同時(shí)目的基因還能在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳。這一過程就是遺傳轉(zhuǎn)化。若需要讓克隆的基因表達(dá)和產(chǎn)生大量編碼蛋白，可對轉(zhuǎn)化的大腸桿菌或轉(zhuǎn)化的細(xì)胞（即轉(zhuǎn)化子）進(jìn)行培養(yǎng)，使目的基因大量表達(dá)和積累，然后對表達(dá)產(chǎn)物分離純化，便可獲得想要的產(chǎn)品。

導(dǎo)入基因的大腸桿菌細(xì)胞是基因克隆的宿主，可大量表達(dá)目的基因。■

轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染受體細(xì)胞及轉(zhuǎn)化子的篩選第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五植物和動(dòng)物的遺傳轉(zhuǎn)化常用的方法載體法轉(zhuǎn)化——如上所述的細(xì)菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)化等。

植物采用的是農(nóng)桿菌介導(dǎo)法（Ti質(zhì)粒）基因的直接轉(zhuǎn)移（1）高壓電脈沖電激穿孔（2）基因槍法（3）微注射法（4）同源重組等等第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五宿主菌或受體細(xì)胞：

大腸桿菌

藍(lán)藻

酵母

昆蟲細(xì)胞

哺乳動(dòng)物細(xì)胞

植物原生質(zhì)體細(xì)胞（除去細(xì)胞壁的）

通過DNA體外重組技術(shù)構(gòu)建的重組質(zhì)粒除了轉(zhuǎn)化到細(xì)菌中表達(dá)外，還可以直接用以轉(zhuǎn)化藍(lán)藻等原核生物或其他一些原生生物細(xì)胞以及酵母、昆蟲、哺乳動(dòng)物CHO等真核生物細(xì)胞。

也可直接轉(zhuǎn)染到動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)。第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五舉藍(lán)藻例：

構(gòu)建缺失chlL基因的藍(lán)細(xì)菌（即藍(lán)藻）突變株（直接轉(zhuǎn)化法之一）chlL－一種控制葉綠素合成的基因第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五Southern分子雜交分析－示例（用探針雜交）A.DNA體外重組實(shí)驗(yàn)

B.抗生素篩選轉(zhuǎn)化子細(xì)胞

C.培養(yǎng)突變株細(xì)胞

D.Southern雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，外源目的基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入突變株細(xì)胞中第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五對轉(zhuǎn)化子的篩選和克隆基因的鑒定原理：瓊脂糖凝膠電泳分離鑒定大小不等的酶解片段：

DNA片段上的磷酸基團(tuán)帶負(fù)電荷酶解片段向陽極移動(dòng)，受到電場驅(qū)動(dòng)力和凝膠阻力兩種作用-

不同大小的DNA片段的遷移率不同（參照已知分子量標(biāo)準(zhǔn)的遷移率，找出未知片段）

酶切和電泳方法-最常用的鑒定轉(zhuǎn)化子即轉(zhuǎn)基因生物的基因的方法第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五紀(jì)念發(fā)明者EdwardSouthern（1）提取總DNA（2）酶解總DNA（3）對酶切產(chǎn)物電泳（4）轉(zhuǎn)移到濾膜（5）變性解鏈（6）DNA探針雜交（7）洗脫（8）放射自顯影（9）比較分析又稱DNA雜交法轉(zhuǎn)化子的分析－Southern雜交鑒定克隆第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如點(diǎn)突變來改造蛋白結(jié)構(gòu)；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實(shí)際使用。T－4溶菌酶為例第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五“后基因組時(shí)代”將是“蛋白質(zhì)組學(xué)時(shí)代”，即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研究，包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用。因?yàn)閷ι矬w的結(jié)構(gòu)和功能直接發(fā)生作用的是基因表達(dá)產(chǎn)物－蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學(xué)、晶體學(xué)、動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對蛋白質(zhì)人工改造與合成，最終獲得商業(yè)化的產(chǎn)品。

蛋白質(zhì)工程第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞工程是指通過細(xì)胞水平上的篩選或改造，獲得有商業(yè)價(jià)值的細(xì)胞株、細(xì)胞系或細(xì)胞組織，再通過規(guī)模培養(yǎng)，獲得特殊商品的技術(shù)與過程。細(xì)胞工程包括動(dòng)物細(xì)胞工程和植物細(xì)胞工程，它們分別以動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞為主要生產(chǎn)對象，以細(xì)胞培養(yǎng)為主要過程和內(nèi)容。二、細(xì)胞工程第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五生產(chǎn)藥物為主，如EPO、tPA、CSF、抗體、疫苗

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞融合和細(xì)胞重組－也是細(xì)胞工程主要內(nèi)容細(xì)胞融合是將不同種類的兩種細(xì)胞經(jīng)過特殊處理后放在一起，在某些促融因子作用下發(fā)生融合，形成雜種細(xì)胞，具有新的性狀。如雜交瘤技術(shù)。細(xì)胞重組是把不同種類的細(xì)胞的部件重新組合裝配，包括核的移植、葉綠體移植、核糖體重建及線粒體裝配等。第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五單克隆是指所有制備抗體的細(xì)胞都是同一個(gè)細(xì)胞的拷貝，因此其產(chǎn)生的抗體完全相同。制備單克隆抗體的過程涉及到細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合等多種步驟，得到的是在體外無限生長、又可分泌單一種抗體的雜交瘤。單克隆抗體-細(xì)胞融合技術(shù)單克隆抗體是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)物，而不是直接來自于動(dòng)物血清。第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五Anti－erbB2（ScFv-Fc)Anti－erbB2

（Herceptin)工程抗體藥物-如腫瘤抗原erbB2的單克隆抗體的工程化第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五單細(xì)胞藻類培養(yǎng)一些單細(xì)胞低等植物如單細(xì)胞藻類的大規(guī)模培養(yǎng)成為細(xì)胞工程的重要組成部分獲得蛋白質(zhì)資源、營養(yǎng)食品、精細(xì)化工產(chǎn)品等等，如螺旋藻等，含有多種營養(yǎng)物質(zhì)如：嗜鹽綠藻－β胡蘿卜素

螺旋藻－γ亞油酸、鈣等植物細(xì)胞工程一第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五高等植物細(xì)胞和組織培養(yǎng)高等植物細(xì)胞具有全能性。從高等植物的幼胚、根、莖、葉、花和果實(shí)等不同器官的組織中分離的單個(gè)細(xì)胞，經(jīng)過特殊培養(yǎng)形成愈傷組織，并可進(jìn)一步誘導(dǎo)生成完整的植株。通過載體介導(dǎo)可得到轉(zhuǎn)基因植株。植物細(xì)胞工程二第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五以克隆羊?yàn)槔?997年2月23日蘇格蘭Roslin研究所 Wilmut和Campbell，在《Nature》雜志宣布：

世界首例來源于哺乳動(dòng)物體細(xì)胞的克隆羊“多莉”問世了應(yīng)用核移植技術(shù)，就是利用一個(gè)動(dòng)物的體細(xì)胞的細(xì)胞核（供體核）來取代受精或未受精卵中的細(xì)胞核，形成一個(gè)重建的“合子”。克隆原意是無性繁殖系。克隆動(dòng)物就是不經(jīng)過生殖細(xì)胞的受精過程而直接由體細(xì)胞獲得新的動(dòng)物個(gè)體，這個(gè)新個(gè)體是原“核供體動(dòng)物”的拷貝。三、動(dòng)物克隆技術(shù)第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五434次核移植成功277次乳腺細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)；獲得29個(gè)發(fā)育為8細(xì)胞的“胚”；13頭代孕母親；1996年7月5日，羊羔6LL3，被命名為“多莉”。其他克隆動(dòng)物相繼問世，達(dá)幾百頭，如豬第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五（1）既然綿羊的體細(xì)胞可以被成功地克隆成一個(gè)新的個(gè)體，是否意味著人類也可以克隆自己呢？（2）是否應(yīng)該允許進(jìn)行克隆人的實(shí)驗(yàn)？在最后討論克隆技術(shù)產(chǎn)生的兩個(gè)重大問題：第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五四、干細(xì)胞技術(shù)什么是干細(xì)胞？存在于胚胎和成體中具有自我更新和分化能力并可分化產(chǎn)生至少一種或多種終極特化細(xì)胞的功能細(xì)胞。干細(xì)胞的種類

1、胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）:胚胎發(fā)育早期，受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)的內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)，可以自我更新并具有分化為體內(nèi)所有組織的能力，是全能性細(xì)胞

2、成體干細(xì)胞（ASC）:包括造血干細(xì)胞、表皮干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等，研究進(jìn)展使人們擴(kuò)大了對ASC分化潛能的認(rèn)識(shí)小鼠胚胎干細(xì)胞在70年代就可體外培養(yǎng)，人，最近才成功；

造血干細(xì)胞：骨髓、外周血、臍帶血中，50年代就臨床移植；其他干細(xì)胞培養(yǎng)和定向分化誘導(dǎo)，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。干細(xì)胞的技術(shù)方法幾十年來，科學(xué)家一直希望制造這樣的干細(xì)胞。2008-11月，日本京都大學(xué)通過向人皮膚細(xì)胞中植入4個(gè)經(jīng)過重新編碼的病毒基因，使皮膚細(xì)胞具備類似胚胎干細(xì)胞的功能，這就是誘導(dǎo)式多功能干細(xì)胞（iPS），能發(fā)育為任何器官或組織，而且iPS不需要人類卵子，也不需要制造或者破壞胚胎，因此避開了倫理和技術(shù)障礙。

干細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用和前景理論上，可以用來治療各種疾病，可以體外制造人體器官等，前景廣闊，但還有許多機(jī)理和技術(shù)需要探索和解決。第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五五、生物芯片技術(shù)生物芯片又稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)相結(jié)合的結(jié)晶。該技術(shù)系指將大量DNA探針分子固定于支持物上后，與帶熒光標(biāo)記的DNA樣品分子進(jìn)行雜交，通過檢測每個(gè)探針分子的雜交信號(hào)強(qiáng)度而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。信息量大、高通量、可快速并行處理。1996年底，美國Affymetrix結(jié)合照相平板印刷、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、寡核苷酸合成、熒光標(biāo)記、核酸探針分子雜交和激光共聚掃描等高新技術(shù)，研制創(chuàng)造了世界第一塊DNA芯片（僅2mm2的膠片，40萬個(gè)小格)。

生物芯片技術(shù)的一般原理第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五A.用于微陣列芯片制作的點(diǎn)樣儀。；B.封裝在卡盒中的微陣列芯片;C.用于微陣列芯片熒光標(biāo)記檢測的激光共聚焦掃描器；D.微陣列芯片的局部放大；E.微陣列芯片上固定DNA探針的示意圖。圖中藍(lán)色的DNA鏈?zhǔn)穷A(yù)先固定在芯片表面的捕獲探針，紅色的DNA鏈?zhǔn)桥c捕獲探針互補(bǔ)的靶DNA分子。第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五DNA芯片可用于大規(guī)模篩查基因突變所引起的疾病；分析基因組及發(fā)現(xiàn)新基因等具有很大的優(yōu)勢；

DNA芯片技術(shù)用于基因組分析時(shí)，具有樣品用量小、信息量大、分析方法簡易快速、自動(dòng)化程度高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，特別適合于尋找新基因、基因表達(dá)檢測、突變檢測、基因組多態(tài)性分析和基因文庫作圖以及雜交測序等方面。此外，醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開發(fā)、司法鑒定、農(nóng)業(yè)技術(shù)和食品技術(shù)領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用；蛋白芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室

生物芯片技術(shù)的主要應(yīng)用1998年底，美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)將基因芯片技術(shù)列為該年度自然科學(xué)領(lǐng)域十大進(jìn)展之一。基因芯片和蛋白質(zhì)芯片稱為“可以隨身攜帶的微型實(shí)驗(yàn)室”。第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五一、生物技術(shù)與醫(yī)藥健康-

分子診斷、基因治療和醫(yī)藥研發(fā)

二、生物技術(shù)與工業(yè)-

新型生物材料

生物能源

微生物發(fā)酵工程

三、生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)11.3生物技術(shù)的應(yīng)用第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

生產(chǎn)稀少珍貴的蛋白質(zhì)藥物1982年，美國食品與藥物管理局批準(zhǔn)了首例基因工程產(chǎn)品—人胰島素投放市場——它標(biāo)志了基因工程產(chǎn)品正式進(jìn)入到商業(yè)化階段。人生長激素、表皮生長因子、腫瘤壞死因子、a-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細(xì)胞生成素、尿激酶原、白細(xì)胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等一、生物技術(shù)與醫(yī)藥健康第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

分子診斷最早應(yīng)用于對傳染性疾病的診斷：利用PCR技術(shù)或PCR與分子雜交標(biāo)記相結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確地檢測出病原性物質(zhì)。包括病毒、細(xì)菌真菌、寄生蟲等。專一性強(qiáng)、靈敏度高、抗干擾性好、操作快速簡便第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五對遺傳性疾病的診斷（可診斷200多種遺傳性疾?。┭蛩吞ケP絨毛膜檢測第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五遺傳病產(chǎn)前檢測第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五例：shouthern印跡法檢測鐮狀紅細(xì)胞貧血癥一種常染色體退化遺傳病引起原因：基因的點(diǎn)突變丟失了可被MstII或Cvnl切開的一個(gè)限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)。用shouthern印記法和限制性片段多態(tài)性RFLP分析，MstⅡ酶切正常：三條帶患病：一條帶子女1：正常子女2：患病子女3：攜帶者第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五例：特異性互補(bǔ)寡核苷酸法檢測鐮狀紅細(xì)胞貧血癥（1）提取DNA，熱處理成為單鏈DNA；（2）以單鏈DNA為模板，僅對可能發(fā)生突變的核苷酸區(qū)域設(shè)計(jì)引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增后轉(zhuǎn)移到濾膜上，熱變性成單鏈；（3）分別用兩種特異性互補(bǔ)寡核苷酸分子探針（ASO）雜交。是一種更快速、簡便和高效地診斷技術(shù)第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

基因治療基因治療即利用基因工程技術(shù)治療人類遺傳性疾病。（導(dǎo)致30％的兒童死亡和60％的成年人疾病的原因）理論上，將正常的人類基因克隆，并引入到遺傳病患者的體細(xì)胞中，這些基因都會(huì)產(chǎn)生蛋白，以替代、修復(fù)或糾正有缺陷的基因，有望緩解疾病進(jìn)程。通常使用一種反轉(zhuǎn)錄病毒作為基因治療的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，無害病毒重組載體可以感染人的組織和細(xì)胞，但不自我復(fù)制！第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五例：基因治療重癥綜合性免疫缺乏癥（SCID）1990年，轉(zhuǎn)基因T淋巴細(xì)胞注射到人體骨髓組織中治療SCID（ADA缺乏癥），3年后，患者50％的T淋巴細(xì)胞出現(xiàn)新的ada基因并合成了腺苷酸脫氨酶（ada).06年美國成功治愈晚期皮膚癌患者也有失敗第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

RNAi現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)，是外源的多拷貝轉(zhuǎn)基因被引入牽?；ê笏て鸬幕虺聊憫?yīng)，導(dǎo)致了封面上的花的雙色彩圖案。Argonaute是RNAi效應(yīng)復(fù)合體中的標(biāo)志組分，2004年Science封面上登載了它的晶體結(jié)構(gòu)。

1995年，AndrewFire和CraigMello等人發(fā)現(xiàn)在秀麗新小桿菌中僅需少量dsRNA（雙鏈RNA）分子就可以抑制與dsRNA的同源基因par-1表達(dá)，并將此種dsRNA觸發(fā)的轉(zhuǎn)錄后基因沉默現(xiàn)象命名為RNA干擾（RNAinterference，RNAi）。RNA干擾現(xiàn)象廣泛存在于從植物、真菌、線蟲、昆蟲、蛙類、鳥類、大鼠、小鼠、猴一直到人類幾乎所有的真核生物中。RNAi的發(fā)現(xiàn)RNA干擾技術(shù)在基因治療中的應(yīng)用前景第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五

2001年Nature首家報(bào)導(dǎo)：在哺乳動(dòng)物培養(yǎng)細(xì)胞中通過RNAi成功誘導(dǎo)了特異性靶基因表達(dá)沉默。隨著RNA干擾的分子生物學(xué)機(jī)制和功能的進(jìn)一步闡明，RNA干擾技術(shù)體系的逐步建立，使RNA干擾技術(shù)已成功應(yīng)用于線蟲、果蠅、真菌、植物及哺乳動(dòng)物等生物的基因功能研究，并在研究與治療遺傳性疾病、病毒感染免疫缺陷和腫瘤等重大疾病的基因治療和藥物篩選方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。RNA干擾技術(shù)的應(yīng)用第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五In

humansCancer69%第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五動(dòng)植物原材料：生物生命過程中形成的材料，如麻、棉、蠶絲和貝殼等生物醫(yī)用材料：植入人體內(nèi)可起某種生物學(xué)功能的材料，如膠原蛋白制成的人工血管、人工皮仿生和組織工程材料：模仿生物功能的人工合成材料

新型生物材料-

是生物材料學(xué)與材料科學(xué)的交叉科學(xué)二、生物技術(shù)與工業(yè)第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五現(xiàn)代發(fā)酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術(shù)改造的微生物在全自動(dòng)發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器中生產(chǎn)某種商品的技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程是分子生物學(xué)、生物代謝、微生物生長動(dòng)力學(xué)、大型發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器研制、化工原理等密切結(jié)合和應(yīng)用的結(jié)果。

微生物發(fā)酵-發(fā)酵工程第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五一般發(fā)酵工程包括以下基本步驟：（1）菌種選育；（通過細(xì)胞誘變或基因工程技術(shù)改造等）（2）細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)即發(fā)酵過程；（3）生產(chǎn)活性的誘導(dǎo)；（在發(fā)酵特定階段，用化學(xué)或物理法）（4）菌體及產(chǎn)物的收獲（利用濃縮、吸附、過濾、離心、萃取、干燥、重結(jié)晶等手段）

上游技術(shù)：指基因重組和微生物育種技術(shù)等獲得工程菌

下游技術(shù)：指發(fā)酵生產(chǎn)、產(chǎn)物分離到產(chǎn)品制作等過程監(jiān)控現(xiàn)代發(fā)酵工程的應(yīng)用范圍非常廣泛，從食品、藥品（如抗生素類產(chǎn)品）、酶制劑、精細(xì)化工產(chǎn)品到許多工業(yè)用原料等等生物可降解塑料PHB（即聚β羥基丁酸脂Biopol)第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五美國：用現(xiàn)代生物技術(shù)建成“工程微藻”，生產(chǎn)柴油芬蘭：用一億歐元在南部建世界首座生物柴油加工廠(從植物油如油菜和動(dòng)物脂肪中提煉柴油燃料，每年可生產(chǎn)17萬噸，2007年完工并投產(chǎn))全球的生物柴油年產(chǎn)量已超過350萬噸，預(yù)計(jì)2010年可達(dá)3000萬噸以上中國：生物能源公司發(fā)展迅速，海南正和生物能源公司四川古杉油脂化工公司福建卓越新生物能源發(fā)展公司河南相繼建成了規(guī)模超過萬噸的生產(chǎn)廠等優(yōu)點(diǎn)：含硫量低、較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能、較好的潤滑性能

生物能源－生物柴油由帝斯曼投資參股的天津國韻生物科技有限公司聚羥基脂肪酸酯(PHA)生產(chǎn)基地在天津泰達(dá)開發(fā)區(qū)開工建設(shè)。該基地為中國目前最大的聚羥基脂肪酸酯生產(chǎn)基地，預(yù)計(jì)2009年初可投入生產(chǎn)。建成后，PHA年生產(chǎn)量可達(dá)1萬噸。第74頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五三、生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物-1、促進(jìn)動(dòng)物生長、改善畜產(chǎn)品質(zhì)量和提高抗病性

2、作為生物反應(yīng)器：如從轉(zhuǎn)基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA畜牧業(yè)中的基因工程幼畜腹瀉疫苗、口蹄疫疫苗（亞單位疫苗），牛、羊生長激素、纖維素酶在大腸桿菌表達(dá)，用于動(dòng)物飼料第75頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五植物基因工程在種植業(yè)的應(yīng)用用攜帶外源基因的農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化植物原生質(zhì)體，或直接轉(zhuǎn)化，使外源DNA與植物染色體DNA整合，通過原生質(zhì)體的培養(yǎng)分化成愈傷組織，最后發(fā)育成具有新性狀的完整植株—轉(zhuǎn)基因植物。已培育出的作物有抗化學(xué)除草劑大豆、水稻和小麥，抗蟲棉、玉米和馬鈴薯等（轉(zhuǎn)微生物的Bt基因，其產(chǎn)物可特異性毒死昆蟲），抗旱、抗寒作物及花卉品種改良等等。第76頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)基因西紅柿－將多聚半乳糖醛酸酶（催化西紅柿成熟的一種酶）克隆，將其互補(bǔ)的基因轉(zhuǎn)入西紅柿植株，生成互補(bǔ)的mRNA，使西紅柿不能正常成熟。需要時(shí)，微量乙烯氣體熏一次，西紅柿很快即可成熟。固氮酶基因轉(zhuǎn)入水稻、小麥人類DNA移到苜宿屬植物生產(chǎn)干擾素、胰島素、白介素－2等……

環(huán)境保護(hù)等等轉(zhuǎn)基因微生物吸收環(huán)境有害化合物第77頁，共83頁，2023年，2月20日，星期五10.4生物技術(shù)面臨的問題與挑戰(zhàn)基因一旦被改動(dòng)，一方面可能引起生物體內(nèi)一系列未知的結(jié)構(gòu)與功能的變化；另一方面，轉(zhuǎn)基因操作對生物體的影響會(huì)通過遺傳傳遞。如