基因工程生物安全学习培训课件.ppt
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1、 何谓基因工程?何谓基因工程?为什么发展基因工程?为什么发展基因工程?基因工程有哪些生物安全问题?基因工程有哪些生物安全问题?基因工程生物安全怎样管理?基因工程生物安全怎样管理?什么是基因什么是基因工程?工程?科学家为之痴狂,科学家为之痴狂,艺术家为之灵感涌溢,艺术家为之灵感涌溢,世界为之震撼世界为之震撼.1953年年4月月25日,日,James Watson 和和Francis Crick在在Nature上发表上发表DNA双螺旋结构双螺旋结构。DNA基因工程基因工程又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组重组技术技术。是在生物体外,通过对是在生物体外,通过对DNADNA分子进
2、行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”,对生物的基因进,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出胞内表达,产生出人类所需要的新的生人类所需要的新的生物类型和生物产品。物类型和生物产品。通过通过基因工程基因工程可把来自任何生物的基可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中,可以任意改造生物的受体细胞中,可以任意改造生物的遗传特性,创造出生物的新性状。遗传特性,创造出生物的新性状。基因工程操作流程示意图基因工程操作流程
3、示意图由基因工程技术构建的且具有新遗传性状由基因工程技术构建的且具有新遗传性状的生物称之为的生物称之为“基因工程生物基因工程生物”、“转转基因生物基因生物”或或“基因工程体基因工程体”。转基因食品转基因食品为什么发展基因工程?为什么发展基因工程?基因工程的诞生使生命科学发生了革基因工程的诞生使生命科学发生了革命性变化,标志着人类已进入改造命性变化,标志着人类已进入改造和创建新生命形态的时代,并展现和创建新生命形态的时代,并展现出其光辉的未来。出其光辉的未来。在生命科学基础理论研究中的应用在生命科学基础理论研究中的应用在医学中的应用在医学中的应用在农业中的应用在农业中的应用在工业中的应用在工业中
4、的应用在环境保护中的应用在环境保护中的应用 几乎在所有生命科学分支学几乎在所有生命科学分支学科中得到应用。科中得到应用。1.1.基因工程用于生产蛋白质类药物基因工程用于生产蛋白质类药物 19821982年美国年美国 EliLilly公司推出基因工程制造的公司推出基因工程制造的人人胰岛素胰岛素(治疗糖尿病),商品名为(治疗糖尿病),商品名为Humulin。l干扰素干扰素治疗肝炎等病毒感染性疾病有良好疗效。治疗肝炎等病毒感染性疾病有良好疗效。1 1升发酵液中所得的干扰素相当于过去从升发酵液中所得的干扰素相当于过去从10001000升人血中所得,生产成本也大为降低。升人血中所得,生产成本也大为降低。
5、l目前基因工程生产的蛋白质药物已达数十种,目前基因工程生产的蛋白质药物已达数十种,许多以前不可能大量生产的许多以前不可能大量生产的生长因子生长因子,凝血因凝血因子子等蛋白质药物,用基因工程可能大量生产。等蛋白质药物,用基因工程可能大量生产。在大肠杆菌在大肠杆菌表达或酵母表达或酵母中表达中表达 人类药物生产人类药物生产 1982年美国首先将年美国首先将重组胰岛素投放市场,标重组胰岛素投放市场,标志着世界第一个基因工程志着世界第一个基因工程药物的诞生。几十年来基药物的诞生。几十年来基因工程技术成果的约因工程技术成果的约60集中应用于医药工业,为集中应用于医药工业,为生物医药的发展带来一场生物医药的
6、发展带来一场崭新的革命。崭新的革命。l利用基因工程制备的利用基因工程制备的重组亚基疫苗重组亚基疫苗只含有病原物只含有病原物的一个或几个抗原成分,不含病原物遗传信息,的一个或几个抗原成分,不含病原物遗传信息,且这样的亚基疫苗往往效价很高,但决无感染毒且这样的亚基疫苗往往效价很高,但决无感染毒性等危险。性等危险。l在酵母中表达乙型肝炎表面抗原在酵母中表达乙型肝炎表面抗原HBsAgHBsAg产量可达产量可达每升每升 2.5 mg 2.5 mg,已于,已于19841984年问世。年问世。l正在开发的正在开发的350350种生物技术药物中,种生物技术药物中,1/31/3以上用于肿以上用于肿瘤,其中有瘤,
7、其中有3030种用于黑素瘤,种用于黑素瘤,2020种用于结直肠癌,种用于结直肠癌,1313种用于乳腺癌,种用于乳腺癌,1313种用于前列腺癌。种用于前列腺癌。l正在开发的疫苗有正在开发的疫苗有7777种,用于预防或治疗种,用于预防或治疗AIDSAIDS、结、结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、多发性硬化、中风等。癌、多发性硬化、中风等。l正在开发的生物技术药物中,有正在开发的生物技术药物中,有2929种用于种用于HIVHIV感染、感染、AIDSAIDS相关疾病;相关疾病;1919种用于自身免疫性疾病,其中种用于自身免疫性疾病,其中111
8、1种用于类风湿性关节炎、种用于类风湿性关节炎、3 3种用于狼疮;种用于狼疮;8 8种用于血种用于血液疾病,其中液疾病,其中4 4种用于血友病,一种用于镰形细胞性种用于血友病,一种用于镰形细胞性贫血。贫血。l人体基因的缺失或突人体基因的缺失或突变,导致一些遗传疾变,导致一些遗传疾病,应用基因工程技病,应用基因工程技术使缺失的基因归还术使缺失的基因归还人体,达到治疗的目人体,达到治疗的目的,已成为基因工程的,已成为基因工程在医学方面应用的又在医学方面应用的又一重要内容。一重要内容。4、特殊转、特殊转基因食品基因食品1.1.提高农作物抗逆性能提高农作物抗逆性能 抗除草剂抗除草剂 抗病虫害抗病虫害 抗
9、旱、抗涝抗旱、抗涝转基因植物对未来农业将产生不可估量的影响转基因植物对未来农业将产生不可估量的影响转基因植物转基因植物2.2.增加农作物产品的营养价值增加农作物产品的营养价值如增加种子、块茎的蛋如增加种子、块茎的蛋白质含量,改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。白质含量,改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。金色金色(黄金黄金)大米大米是运用转基因技术研发出来的,目的在是运用转基因技术研发出来的,目的在于研发出一种含有于研发出一种含有-胡萝卜素的大米,胡萝卜素的大米,-胡萝卜素是维生胡萝卜素是维生素素A A的前体,当前,食用的每克金色大米中的前体,当前,食用的每克金色大米中-胡萝卜素的含胡萝卜素的含量为量
10、为3535毫克。毫克。2012 2012年年1212月月6 6日,中国疾病预防控制中心在其网站对日,中国疾病预防控制中心在其网站对“黄金大米黄金大米”一事进行情况通报。通报称,湖南省衡南县江一事进行情况通报。通报称,湖南省衡南县江口镇中心小学口镇中心小学2525名儿童于名儿童于20082008年年6 6月月2 2日随午餐每人食用了日随午餐每人食用了6060克克“黄金大米黄金大米”米饭。米饭。“黄金大米黄金大米”米饭系由美国塔夫茨大米饭系由美国塔夫茨大学汤光文在美国进行烹调后,未按规定向国内相关机构申报,学汤光文在美国进行烹调后,未按规定向国内相关机构申报,于于20082008年年5 5月月29
11、29日携带入境,违反了国务院农业转基因生物日携带入境,违反了国务院农业转基因生物安全管理有关规定,存在学术不端行为。安全管理有关规定,存在学术不端行为。3.3.提高光合作用效率从而提高农作物产量。提高光合作用效率从而提高农作物产量。4.4.生物固氮的基因工程生物固氮的基因工程。把禾谷等非豆科植物转变为把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生,或具固氮能力,将代替无数个氮能同根瘤菌共生,或具固氮能力,将代替无数个氮肥厂。肥厂。5.5.增加植物次生代谢产物产率增加植物次生代谢产物产率。构成全球药物原料构成全球药物原料的的 25%25%,如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春,如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病
12、的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。等。6.6.培育畜牧业和水产业新品种。培育畜牧业和水产业新品种。Producing EnviropigsResearchers borrow a gene from E.coli bacterium that produces a phytase enzyme(植酸酶植酸酶),inject it into a fertilized egg,and rely on the animals normal reproductive system to deliver transgenic pigs.啤酒
13、酿造啤酒酿造白酒和黄酒的酿造和酒精生产白酒和黄酒的酿造和酒精生产干酪干酪“吃油吃油”工程菌工程菌纤维素酶纤维素酶饲料、养殖业及其他工业饲料、养殖业及其他工业酶制剂酶制剂氨基酸氨基酸维生素维生素增稠剂增稠剂有有机酸机酸乳化剂,表面活化剂乳化剂,表面活化剂食用色素食用色素食用香精及调味料、合成靛蓝、限制性内食用香精及调味料、合成靛蓝、限制性内切酶的生产等,都可以采用基因工程微生切酶的生产等,都可以采用基因工程微生物生产而得到。物生产而得到。a)修复修复重金属污染重金属污染土壤的基因工程菌土壤的基因工程菌b)含酚工业废水中典型污染物的生物降解技术含酚工业废水中典型污染物的生物降解技术c)造纸工业中木
14、聚糖酶高效表达工程菌的应用造纸工业中木聚糖酶高效表达工程菌的应用d)石油产品的微生物脱硫技术石油产品的微生物脱硫技术e)农药残留的微生物降解技术农药残留的微生物降解技术f)合成友好可再生材料的微生物工程菌合成友好可再生材料的微生物工程菌g)新型秸秆发酵乙醇代谢基因工程菌,新型秸秆发酵乙醇代谢基因工程菌,基因工程有哪些生物安全问题?基因工程有哪些生物安全问题?young womanorold woman?基因工程是一把双刃剑,既可能成为基因工程是一把双刃剑,既可能成为推动人类进步的新动力,也可能成推动人类进步的新动力,也可能成为导致人类倒退甚至毁灭的工具。为导致人类倒退甚至毁灭的工具。“科学虽然
15、伟大,但他只能回答世界是什么的问题,应当如何的价值目标,却在它的视野之外。”-爱因斯坦(爱因斯坦文集,北京商务书馆,1979,p3)第一事件:广岛原子弹爆炸第一事件:广岛原子弹爆炸科学理论导致成千上万人的死亡。科学理论导致成千上万人的死亡。第二事件:第二事件:19651965年年寂静的春天寂静的春天一书的出版一书的出版揭露了大量使用有机氯农药所引起的严重揭露了大量使用有机氯农药所引起的严重后果。世界范围的环境污染威胁人类在地球后果。世界范围的环境污染威胁人类在地球生存以及地球本身的存在,向人类敲响了环生存以及地球本身的存在,向人类敲响了环境恶化的警钟。境恶化的警钟。引起科学家良心危机的二大事件
16、引起科学家良心危机的二大事件使科学家使科学家和公众对科学研究的社会后果,成果应和公众对科学研究的社会后果,成果应用对社会、人类和生态的影响严肃关注用对社会、人类和生态的影响严肃关注基因工程生物安全基因工程生物安全包括重组包括重组DNADNA技术在内的所有技术在内的所有对基因的操作对基因的操作及及其其生物体的安全生物体的安全l环境安全性环境安全性(damage to the natural environment)转基因植物演变成农田杂草的可能性转基因植物演变成农田杂草的可能性基因漂流到近缘野生种的可能性基因漂流到近缘野生种的可能性对非目标生物的影响对非目标生物的影响l现代农业生产安全性现代农业
17、生产安全性(disruption of current practices of farming)作物作物间的基因漂流作物作物间的基因漂流l转基因食品安全性转基因食品安全性(damage to human health)过敏性过敏性抗生素抗性的水平转移抗生素抗性的水平转移外源外源DNA的食用的食用营养水平的改变营养水平的改变花粉花粉BtBt玉米玉米帝王蝶幼虫死亡帝王蝶幼虫死亡帝王蝶事件帝王蝶事件风蝶死亡风蝶死亡020406080100Day 2Day 4存活率Bt玉米花粉非B t玉 米花粉摄食Bt花粉叶片的幼虫重量平均只有无花粉叶片的50%Leakage of GM proteins into
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