专题1-基因工程课件.ppt

1、西安交通大学生命学院胚胎工程胚胎工程 生物技术的安全性和伦理问题生物技术的安全性和伦理问题生态工程生态工程专题专题 3基因工程基因工程 专题专题 1专题专题 4专题专题 5专题专题 5细胞工程细胞工程 专题专题 270%20%60%20%平时成绩平时成绩专题综述专题综述实验成绩实验成绩 实验报告实验报告 实验操作，打扫卫生，考勤实验操作，打扫卫生，考勤 期末每人写一篇综述期末每人写一篇综述 不得成段抄袭不得成段抄袭 不定期的课后作业，制作不定期的课后作业，制作ppt 到课情况到课情况实验课时间实验课时间第第5,12,13,14周，周，周六全天周六全天19441950195819631966l

2、DNA DNA双螺旋结构和中心法则的确立双螺旋结构和中心法则的确立 1950.1950.查哥夫查哥夫（E.Chargaff）法则法则 1953.1953.沃森沃森(J.D.Watson)&克里克克里克(F.Crick)1958.1958.梅塞尔松梅塞尔松&斯塔尔斯塔尔 DNA半保留复制半保留复制l 遗传密码的破译遗传密码的破译 1963.1963.尼伦伯格尼伦伯格&马太马太 1966.1966.霍拉纳霍拉纳l DNA DNA是遗传物质的证明是遗传物质的证明 1928.1928.格里菲思格里菲思&1944.1944.艾弗里艾弗里 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验196719701965197

3、71972198319831988l DNA DNA体外重组实现体外重组实现l 重组重组DNADNA表达实验成功表达实验成功l 第一例转基因动物问世第一例转基因动物问世 1980.转基因小鼠转基因小鼠 1983.转基因烟草转基因烟草l 基因转移载体的发现基因转移载体的发现 1967.1967.罗思罗思&海林斯基海林斯基 质粒质粒l 工具酶的发现工具酶的发现 1970.1970.阿尔伯阿尔伯,内森斯内森斯&史密斯史密斯 发现限制性核酸内切酶发现限制性核酸内切酶l DNA DNA合成和测序技术的发明合成和测序技术的发明 1965.1965.桑格桑格（E.Sanger）氨基酸序列分析氨基酸序列分析

4、1977.DNA1977.DNA序列分析序列分析l PCR PCR技术的发明技术的发明 穆里斯穆里斯（K.Mullis）大鼠的生长激素基因及其调控区大鼠的生长激素基因及其调控区l20192019年，加拿大的一个研年，加拿大的一个研究小组展示了一只能在荧究小组展示了一只能在荧光下变绿的小鼠。这种小光下变绿的小鼠。这种小鼠被做了遗传改造，携带鼠被做了遗传改造，携带了一个水母绿色荧光蛋白了一个水母绿色荧光蛋白基因。荧光鼠已被用来研基因。荧光鼠已被用来研究胚的生长和细胞内蛋白究胚的生长和细胞内蛋白的运动。的运动。特点特点 裸露、结构简单、独立于细菌裸露、结构简单、独立于细菌拟核拟核DNA之外的双链环状

5、之外的双链环状DNA；自我复制能力；自我复制能力；可插入外源可插入外源DNA片段；片段；标记基因。标记基因。新霉素，四环素新霉素，四环素，卡那霉素，卡那霉素.注意：注意：真正用作运真正用作运载体的质粒载体的质粒都是人工改都是人工改造过的。造过的。氨苄青霉素氨苄青霉素四环素四环素噬菌体载体噬菌体载体酵母人工染色体酵母人工染色体动物病毒动物病毒DNADNA改造的载体改造的载体（如腺病毒，腺病毒相关病毒，逆转录病毒）（如腺病毒，腺病毒相关病毒，逆转录病毒）分布：分布：主要在原核生物中主要在原核生物中特异性特异性磷酸二酯键磷酸二酯键识别序列识别序列切割位点切割位点举例：举例：切点：切点：作用特点：作用

6、特点：黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端被限制酶切开的被限制酶切开的DNADNA两条单链的切两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对之间正好互补配对磷酸二酯键磷酸二酯键识别双链识别双链DNADNA分子的某种分子的某种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，并，并且使每一条链中且使每一条链中特定部位特定部位的两个核苷酸之间的的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开。断开。(6 6个个,4 4、5 5、8 8个个)主要是主要是原核生物原核生物。40004000种。种。（1 1）来源：）来源：（2 2）种类：）种类：（3 3）作用：）作用：（4 4）结果：）

7、结果：形成两种末端形成两种末端黏性末端黏性末端平末端平末端（小结）（小结）第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写；第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写；第四个字母代表株；第四个字母代表株；用罗马数字表示发现的先后次序。用罗马数字表示发现的先后次序。Hin d 属属 系系 株株 序序Haemophilus influenzae d株株流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌d株的第株的第三三种酶种酶 切割外源切割外源DNA，保护自身。，保护自身。含有某种限制酶的细胞，其含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备分子中或者不

8、具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可要想获得某个目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？产生几个黏性末端？一个目的基因有几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。要切两个切口，产生四个黏性末端，两个。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制酶来切割，会用同一种限制酶来切割，会怎样呢？怎样呢？会产生相同的黏性末端。会产生相同

9、的黏性末端。是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就真的合成是不是把两者的黏性末端黏合起来，这样就真的合成 重组的重组的DNADNA分子了分子了?实际还不够实际还不够,还需要还需要DNADNA连接酶进行连接。连接酶进行连接。1、种类：、种类：2、作用部位：、作用部位：E.coli DNA连接酶连接酶（黏性末端）（黏性末端）T4 DNA连接酶连接酶（黏性末端和平末端黏性末端和平末端）磷酸二酯键磷酸二酯键 都是连接双链都是连接双链DNA的缺口，而不能连接单链的缺口，而不能连接单链DNA。Bt Bt毒蛋白基因毒蛋白基因1 1、获取目的基因、获取目的基因2 2、构建表达载体、构建表达载体3 3、导入受体

10、细胞、导入受体细胞4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定“分分”“切切”“接接”“转转”“筛筛”1 1、目的基因主要是指、目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因。2 2、获取目的基因的常用方法有哪些、获取目的基因的常用方法有哪些?（1 1）从基因文库中获取）从基因文库中获取（2 2）利用）利用PCR技术扩增技术扩增（3 3）人工合成）人工合成请阅读请阅读P9P9第一段第一段 将含有某种生物不同基因的许多将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。种

11、生物的不同基因，称为基因文库。基因文库基因文库 基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库（如（如:cDNA文库）文库）1.1.基因文库基因文库基因组基因组文库与文库与部分基部分基因文库因文库的关系的关系怎样从基因文库中得到怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢我们所需的目的基因呢?2.2.从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因鸟枪法：鸟枪法：供体细胞中的供体细胞中的DNADNA许多许多DNADNA片段片段重组重组DNADNA限制酶限制酶与载体连接与载体连接受体细胞受体细胞产生特定性状产生特定性状导入导入外源外源DNADNA扩增扩增目的基因目的基因分离分离(直接分离法直接分离法)

12、（基因组文库）（基因组文库）反转录法：反转录法：供体细胞的供体细胞的mRNAmRNA单链单链DNADNA反转录酶反转录酶DNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNADNA2.2.从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因（cDNAcDNA文库）文库）重组重组DNADNA与载体连接与载体连接受体细胞受体细胞产生特定性状产生特定性状导入导入外源外源DNADNA扩增扩增目的基因目的基因分离分离根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNADNA法法 ：蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测目的基因目

13、的基因化学合成化学合成DNADNA合成仪合成仪2.2.从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因三种目的基因提取方法的优缺点三种目的基因提取方法的优缺点仅限于合成核苷酸对较少的仅限于合成核苷酸对较少的简单基因简单基因专一性专一性最强最强化学化学合成法合成法操作过程麻烦，操作过程麻烦，mRNAmRNA很不稳很不稳定，要求的技术条件较高定，要求的技术条件较高专一性强专一性强反转录法反转录法工作量大，盲目，分离出来工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因的有时并非一个基因操作简便操作简便广泛使用广泛使用鸟枪法鸟枪法缺缺 点点优优 点点2.2.从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因“

14、他是个很活跃的孩子，常他是个很活跃的孩子，常把各种东西混到一起。把各种东西混到一起。3 3岁岁那年，他把鸡蛋打碎搅成油那年，他把鸡蛋打碎搅成油漆，然后将房子刷成了黄色漆，然后将房子刷成了黄色。我经常发现他几瓶子几瓶。我经常发现他几瓶子几瓶子地收集昆虫和蛆。我想他子地收集昆虫和蛆。我想他简直疯了。他对一切都入迷简直疯了。他对一切都入迷。今天我才知道这是因为他。今天我才知道这是因为他的思维太活跃了。的思维太活跃了。”K.Mullis(1944 )5 Primer 15 Primer 2Cycle 2Cycle 15 5 5 5 5 5 Template DNA5 5 5 5 5 5 5 5 1.1

15、.基本工作原理基本工作原理Cycle 35 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 2530 次循环后，模板次循环后，模板DNA的含量的含量可以扩大可以扩大100万倍以上。万倍以上。n 模板模板DNAn 特异性引物特异性引物n 耐热耐热DNA聚合酶聚合酶n dNTPs2.PCR2.PCR体系基本组成成分体系基本组成成分3.PCR3.PCR的基本反应步骤的基本反应步骤变性变性95C延伸延伸72C退火退火Tm-5C 概念：概念：PCRPCR全称为全称为聚合酶链式反应聚合酶链式反应，是一项在生物，是一项在生物体体外外复制复制特定特定DNADNA片段片段的核酸合成技术；的核酸合成技

16、术；原理：原理：DNADNA复制复制；条件：条件：已知基因的核苷酸序列已知基因的核苷酸序列、四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸、一一对引物对引物、DNADNA聚合酶聚合酶。方式：方式：以以指数指数方式扩增，即方式扩增，即2 2n n（n n为扩增循环的次数）为扩增循环的次数）结果：结果：使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增4.4.小结小结 过程：过程：a a、DNADNA变性（变性（90-9590-95）：）：双链双链DNADNA模板在热作用下，模板在热作用下，氢键断裂，形成单链氢键断裂，形成单链DNADNA；b b、退火（复性、退火（复性55-6555-

17、65）：）：系统温度降低，引物与系统温度降低，引物与DNADNA模板结合，形成局部双链。模板结合，形成局部双链。c c、延伸（、延伸（70-7570-75）：）：在在TaqTaq酶的作用下，从引物的酶的作用下，从引物的55端端33端延伸，合成与模板互补的端延伸，合成与模板互补的DNADNA链。链。4.4.小结小结20192019年钱嘉韵在台湾国立政治大学讲座年钱嘉韵在台湾国立政治大学讲座质粒质粒DNADNA分子分子限制酶处理限制酶处理 一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端 两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子（重组质粒）分子（重组质粒）同

18、一种同一种基因表达载体的组成：基因表达载体的组成：复制原点复制原点+目的基因目的基因+启动子启动子+终止子终止子+标记基因标记基因它们各自的作用是它们各自的作用是什么什么?构建基因表达载体的目的：使目的基构建基因表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。表达和发挥作用。转化转化 方法方法将目的基因导入将目的基因导入植物细胞植物细胞将目的基因导入将目的基因导入动物细胞动物细胞将目的基因导入将目的基因导入微生物细胞微生物细胞农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道

19、法花粉管通道法显微注射法显微注射法感受态细胞感受态细胞目的基因进入目的基因进入受体细胞受体细胞内，并且在受内，并且在受体细胞内维持体细胞内维持稳定稳定和和表达表达的过程。的过程。1 1、导入植物细胞：农杆菌转化法、导入植物细胞：农杆菌转化法土壤农杆菌土壤农杆菌冠瘿瘤，发状根冠瘿瘤，发状根1 1、导入植物细胞：农杆菌转化法、导入植物细胞：农杆菌转化法（1 1）农杆菌特点：）农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物。易感染双子叶植物和裸子植物。Ti质粒的质粒的T-DNA可转移至受体细胞的染色体上。可转移至受体细胞的染色体上。（2 2）转化：）转化：目的基因插入目的基因插入Ti质粒的质粒的T-DNA上

20、上 农杆菌农杆菌 导入植导入植物细胞物细胞 整合到受体细胞的染色体上整合到受体细胞的染色体上 目的基因的遗传特性得目的基因的遗传特性得以维持稳定和表达。以维持稳定和表达。（1 1）方法：显微注射法）方法：显微注射法（2 2）程序：）程序：目的基因表达载体提纯目的基因表达载体提纯 取卵（受精卵）取卵（受精卵）显微注射显微注射 受精卵受精卵 新性状动物新性状动物2 2、将目的基因导入动物细胞、将目的基因导入动物细胞3 3、将目的基因导入微生物细胞、将目的基因导入微生物细胞用用Ca2+处理细胞处理细胞 感受态细胞感受态细胞 表达载体与感受态表达载体与感受态细胞混合细胞混合 感受态细胞吸收感受态细胞吸

21、收DNA分子分子（1 1）原核生物特点：）原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少繁殖快、单细胞、遗传物质少（2 2）方法：）方法：CaCl2法法（3 3）常用菌：）常用菌：大肠杆菌大肠杆菌检查是否成功检查是否成功检测检测鉴定鉴定检测转基因生物染色体的检测转基因生物染色体的DNA DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因检测目的基因是否转录出了检测目的基因是否转录出了mRNAmRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法：方法：方法：方法：方法：方法：DNA-DNA分子杂交分子杂交DNA-RNA分子杂交分

22、子杂交抗原抗原-抗体杂交抗体杂交l目的基因的检测示意图目的基因的检测示意图放放射射自自显显影影照照片片基因工程与医药卫生基因工程与医药卫生生产基因工程药品生产基因工程药品用于基因诊断与基因治疗用于基因诊断与基因治疗 基因工程与农牧业、食品工业基因工程与农牧业、食品工业培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种培育具有各种抗逆性的动植物新品种为人类开辟新的食物来源为人类开辟新的食物来源基因工程与环境保护基因工程与环境保护用于环境监测用于环境监测用于被污染环境的净化用于被污染环境的净化 抗生素的合理使用抗生素的合理使用抗生素

23、一般是指由细菌、霉菌或其它微生物在繁殖抗生素一般是指由细菌、霉菌或其它微生物在繁殖过程中产生的，能够杀灭或抑制其它微生物的一类物质过程中产生的，能够杀灭或抑制其它微生物的一类物质及其衍生物，用于治疗敏感微生物（常为细菌或真菌）及其衍生物，用于治疗敏感微生物（常为细菌或真菌）所致的感染。所致的感染。l19281928年，弗莱明年，弗莱明l19401940年，弗洛里、钱恩年，弗洛里、钱恩l19411941年，青霉素首度进行人体试验。年，青霉素首度进行人体试验。l19431943年，青霉素得到量产与应用。年，青霉素得到量产与应用。l19451945年年，三人获诺贝尔生理学奖。，三人获诺贝尔生理学奖。

24、l19441944年，瓦克斯曼（年，瓦克斯曼（Selman Abraham Waksman,1888-1973,1888-1973）在）在灰色链霉菌中发现灰色链霉菌中发现链霉素链霉素（streptomycin），由于链霉素是当时），由于链霉素是当时第一个能够有效治疗肺结核的药物，瓦克斯曼因而获得第一个能够有效治疗肺结核的药物，瓦克斯曼因而获得19521952年年的诺贝尔生理学奖。的诺贝尔生理学奖。l他的成功，再一次引起全世界科学家对利用微生物生产抗生素他的成功，再一次引起全世界科学家对利用微生物生产抗生素的研究热潮。的研究热潮。l人们人们找到找到60006000多种抗生素多种抗生素l广泛应用的

25、抗生素大约广泛应用的抗生素大约200200种种l全世界每年抗生素产量超过全世界每年抗生素产量超过1.0X101.0X108 8kg l产值约产值约100100亿美元亿美元分类方法分类方法抗生素种类抗生素种类举例举例根据抗生素的生根据抗生素的生物来源分类物来源分类放线菌产生的抗生素放线菌产生的抗生素真菌产生的真菌产生的抗生素抗生素细菌产生的细菌产生的抗生素抗生素植物或动物产生的植物或动物产生的抗生素抗生素链霉素、四环素等链霉素、四环素等头孢霉素头孢霉素D D多黏菌素多黏菌素大蒜素、鱼素等大蒜素、鱼素等根据抗生素的作根据抗生素的作用分类用分类广谱抗生素广谱抗生素抗细菌抗生素抗细菌抗生素抗真菌抗生素

26、抗真菌抗生素抗病毒抗生素抗病毒抗生素抗肿瘤抗生素抗肿瘤抗生素氨苄青霉素氨苄青霉素青霉素、青霉素、链霉素链霉素制霉素制霉素四环类抗生素四环类抗生素阿霉素阿霉素l副作用如恶心和呕吐副作用如恶心和呕吐l毒性反应如肝、肾及其它器官损害毒性反应如肝、肾及其它器官损害l后遗反应如链霉素引起永久性耳聋后遗反应如链霉素引起永久性耳聋 l过敏反应如青霉素引起过敏性休克过敏反应如青霉素引起过敏性休克l药物相互作用引起不良反应药物相互作用引起不良反应l二重感染（病菌抗药性产生）二重感染（病菌抗药性产生）*l严格掌握适应症严格掌握适应症l发热原因不明者不宜采用抗生素发热原因不明者不宜采用抗生素l病毒性疾病不宜采用抗生

27、素病毒性疾病不宜采用抗生素 l使用前做药敏试验使用前做药敏试验l新生儿、老年人、肝肾功能不全者慎用毒性大新生儿、老年人、肝肾功能不全者慎用毒性大的抗生素的抗生素l严加控制预防性应用抗生素严加控制预防性应用抗生素l应尽量避免在皮肤、黏膜等局部使用抗生素，应尽量避免在皮肤、黏膜等局部使用抗生素，易导致过敏反应。易导致过敏反应。基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗基因基因基因基因诊断诊断性状性状蛋白质蛋白质生化生化诊断诊断临床临床诊断诊断制备基因探针提取目的基因PCR扩增获得单链DNA将目的基因转膜探针与尼龙膜杂交冲洗尼龙膜，检测l基因芯片（基因芯片（gene chip），又称），又称DNA微阵列（

28、微阵列（DNA microarray）或）或DNA芯片。芯片。l是一块带有是一块带有DNA微阵列涂层的特殊玻璃片，在数平微阵列涂层的特殊玻璃片，在数平方厘米的面积上安装数千或数万个核酸探针，经由方厘米的面积上安装数千或数万个核酸探针，经由一次测验，即可提供大量基因序列相关资讯。一次测验，即可提供大量基因序列相关资讯。l它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人员应用它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人员应用基因芯片就可以在同一时间定量分析成千上万个基基因芯片就可以在同一时间定量分析成千上万个基因表达的水平，具有快速、精确、低成本的生物分因表达的水平，具有快速、精确、低成本的生物分析检验能力。析检

29、验能力。Two color-DNA microarraylCan place 20,000 gene pieces in a small space at one time1.1.基因治疗：基因治疗：将特定外源基因导入有基因缺陷的细胞来治疗疾病。将特定外源基因导入有基因缺陷的细胞来治疗疾病。2.2.基因治疗过程：基因治疗过程：选择治疗基因选择治疗基因治疗基因与载体结合治疗基因与载体结合治疗基因正常表达治疗基因正常表达体外基因治疗体外基因治疗 体内基因治疗体内基因治疗 911天天 美国医学家美国医学家WFWF安德森等人对腺苷脱氨安德森等人对腺苷脱氨酶缺乏症（酶缺乏症（ADAADA缺乏症）的基因治

30、疗，是世界缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。上第一个基因治疗成功的范例。1990 1990年年9 9月月1414日，安德森对一例患重症联合日，安德森对一例患重症联合免疫缺陷病的免疫缺陷病的4 4岁女孩进行基因治疗。这个岁女孩进行基因治疗。这个4 4岁岁女孩先天女孩先天ADAADA缺乏，只能生活在无菌的隔离帐里缺乏，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所

31、替代。在以后的替代。在以后的1010个月内她又接受了个月内她又接受了7 7次这样的次这样的治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上正常人的能日趋健全，能够走出隔离帐，过上正常人的生活，并进入普通小学上学。生活，并进入普通小学上学。l 抑制癌细胞增殖基因导入癌抑制癌细胞增殖基因导入癌细胞细胞l 抑制癌细胞转录抑制癌细胞转录DNA片断导片断导入癌细胞入癌细胞l 提高机体免疫力基因导入免提高机体免疫力基因导入免疫系统疫系统阻断癌细胞阻断癌细胞繁殖繁殖提高免提高免疫力疫力定义：将某一个体的器官移植到自体或另一个体定义：将某一个体的

32、器官移植到自体或另一个体体内的手术方法。体内的手术方法。器官移植的历史：器官移植的历史：幻想阶段：幻想阶段：实验研究阶段：实验研究阶段：1919世纪世纪2020世纪初世纪初 进入临床阶段进入临床阶段 临床发展阶段临床发展阶段公元前公元前200年左右，扁鹊曾给年左右，扁鹊曾给两位病人进行了心脏移植两位病人进行了心脏移植？罗纳德罗纳德赫里克和理查德赫里克和理查德赫里克赫里克19631963年，美国的医学家进行人类历史上的第一例肝移植年，美国的医学家进行人类历史上的第一例肝移植19631963年，美国另一位医生做了第一例肺移植年，美国另一位医生做了第一例肺移植19671967年，南非完成了第一例心脏

33、移植（存活年，南非完成了第一例心脏移植（存活1818天）天）19681968年，美国几位科学家又进行了第一例心肺联合移植年，美国几位科学家又进行了第一例心肺联合移植截止到截止到20192019年底全球器官移植已突破百万例，包括肾、肝、心年底全球器官移植已突破百万例，包括肾、肝、心、肺、骨髓、小肠、关节、甲状旁腺、胰腺等、肺、骨髓、小肠、关节、甲状旁腺、胰腺等3333种器官或组织。种器官或组织。目前我国每年约有目前我国每年约有60006000例肾移植手术例肾移植手术,累计已达累计已达8680086800例例 。l20192019年年9 9月月1717日上午日上午1 1点至晚上点至晚上1111点，

34、湖北省华中科技大学同点，湖北省华中科技大学同济医院陈知水教授主刀切除了陈某肝、胆、脾、胰腺等上腹济医院陈知水教授主刀切除了陈某肝、胆、脾、胰腺等上腹部七大组织器官，并彻底清扫腹膜后淋巴结，然后将供体的部七大组织器官，并彻底清扫腹膜后淋巴结，然后将供体的肝脏、胰腺、十二指肠原位移植入患者腹腔。多器官移植技肝脏、胰腺、十二指肠原位移植入患者腹腔。多器官移植技术是器官移植领域最为复杂的尖端技术，全球仅有近术是器官移植领域最为复杂的尖端技术，全球仅有近6060例手例手术报告，且手术绝大部分由美国和法国世界著名大型器官移术报告，且手术绝大部分由美国和法国世界著名大型器官移植中心进行，在亚洲等其他地区十分

35、罕见。该手术在中国仅植中心进行，在亚洲等其他地区十分罕见。该手术在中国仅有三例，第一例由同济医院于有三例，第一例由同济医院于19941994年实施，但患者术后一周年实施，但患者术后一周左右即死亡。第二例由广州中山大学附属第一医院于左右即死亡。第二例由广州中山大学附属第一医院于20192019年年5 5月实施，成为亚洲首例成功的多器官移植病例。本次手术为月实施，成为亚洲首例成功的多器官移植病例。本次手术为第三例，其手术难度较第二例更大，标志着我国多器官移植第三例，其手术难度较第二例更大，标志着我国多器官移植技术水平提高到一个新阶段。技术水平提高到一个新阶段。血液透析血液透析 角膜是覆盖在有色的虹

36、膜和瞳孔上的透明层角膜是覆盖在有色的虹膜和瞳孔上的透明层 移植适应症移植适应症 严重角膜感染、外严重角膜感染、外伤、损害、或瘢痕形伤、损害、或瘢痕形成成 光线不能通过角膜光线不能通过角膜；以及感染和角膜的；以及感染和角膜的遗传性疾病遗传性疾病 角膜移植术在角膜移植术在局麻下进行，患局麻下进行，患者意识清醒，但者意识清醒，但是丧失痛觉。沿是丧失痛觉。沿角膜外缘做切口角膜外缘做切口 切除损伤的切除损伤的角膜后，将要移角膜后，将要移植的角膜缝到适植的角膜缝到适当位置。移植角当位置。移植角膜取自脑已经死膜取自脑已经死亡、仅靠仪器维亡、仅靠仪器维持生命的捐赠人持生命的捐赠人 移植角膜的存活时间长，术后视

37、力改善明显移植角膜的存活时间长，术后视力改善明显 l血管吻合技术（手术技巧）血管吻合技术（手术技巧）l器官供体来源问题器官供体来源问题l排异反应（本质上是免疫反应）排异反应（本质上是免疫反应）为什么同卵双生间器官移植容易成功？为什么同卵双生间器官移植容易成功？ABO血型抗原适合血型抗原适合HLA抗原系统一半以上相同抗原系统一半以上相同免疫抑制剂（尤其是环孢霉素免疫抑制剂（尤其是环孢霉素A的诞生）的诞生）免疫抑制剂可能带来什么问题？（平衡？）免疫抑制剂可能带来什么问题？（平衡？）美第一颗人造心脏获批使用，价格美第一颗人造心脏获批使用，价格1010万美元万美元,手术中医生将把它和上心房手术中医生将

38、把它和上心房缝接起来。辛卡迪亚人造心脏只能在医缝接起来。辛卡迪亚人造心脏只能在医院里使用，患者被植入人造心脏后不能院里使用，患者被植入人造心脏后不能离开医院，因为接受人造心脏的患者必离开医院，因为接受人造心脏的患者必须同电脑控制台保持连接，以便调节血须同电脑控制台保持连接，以便调节血液流量，将病人的血压恢复到正常值，液流量，将病人的血压恢复到正常值，并且支持一些生命器官，如肾和肝。对并且支持一些生命器官，如肾和肝。对8181位患者的临床试验中，位患者的临床试验中，7979的人在人的人在人造心脏的支持下完全能活到接受心脏移造心脏的支持下完全能活到接受心脏移植手术时，平均维持了植手术时，平均维持了

39、7979天，最长的甚天，最长的甚至在心脏移植手术前活了至在心脏移植手术前活了400400天。天。2019 2019年，年，Massachusetts Massachusetts 的的研究者们在一个可生物降解的人研究者们在一个可生物降解的人耳形状的模子表面接种上人软骨耳形状的模子表面接种上人软骨组织细胞，然后将模子移植到裸组织细胞，然后将模子移植到裸鼠身上（裸鼠因为存在天然的免鼠身上（裸鼠因为存在天然的免疫系统缺陷，而不会对模子产生疫系统缺陷，而不会对模子产生免疫排斥反应）。人软骨组织细免疫排斥反应）。人软骨组织细胞从小鼠的血液中得到营养，不胞从小鼠的血液中得到营养，不断生长并填满模子，最终造出

40、了断生长并填满模子，最终造出了一个一个“耳朵耳朵”。人耳鼠人耳鼠胚胎干细胞胚胎干细胞成体干细胞成体干细胞一、植物基因工程硕果累累一、植物基因工程硕果累累 转基因工程技术主转基因工程技术主要用于提高农作物的抗要用于提高农作物的抗逆能力逆能力,以及改良农作以及改良农作物的品质和利用植物生物的品质和利用植物生产药物等方面产药物等方面.1.1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物2.2.抗病转基因植物抗病转基因植物3.3.其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物4.4.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质 繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的

41、转基因动物。率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。二、动物基因工程前景广阔二、动物基因工程前景广阔1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度转生长激素基因鲤鱼（左）转生长激素基因鲤鱼（左）2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛(阿根廷阿根廷)1 1、环境监测、环境监测 基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检测

42、探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。环境中的病毒、细菌等污染。利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。2 2、环境污染治理、环境污染治理基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解能吞食和分解多种污染环境的物质。多种污染环境的物质。1、有些转基因食物含的一些物质，可能会、有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。影响人体健康。2、大量的转基因生物进入自然界后很可能、大量的

43、转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。生物，从而造成基因污染。3、如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中、如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。有益的生物。蛋白质工程就是为了生产出符合人蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。自然界不存在的蛋白质。基因工程在原则上只能生产自然界已基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。存在的蛋白质。蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作

44、为基础，通过基因修饰或基与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。前提：前提：原理：原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质l 蛋白质的功能是蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。蛋白质工程的原理应该

45、是中心法则的逆推。基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计讨论：讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（成或改造目的基因（DNA）？）？

46、可以通过基因的定点诱变技术来改变的。可以通过基因的定点诱变技术来改变的。丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC 基因定点诱变技术的常用方法是基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。法。突变点：突变点：人工合成的引物上人工合成的引物上手段：手段：PCRPCR技术技术目的：目的：获得定点突变的基因获得定点突变的基因胰岛素的变迁胰岛素的变迁牛胰岛素牛胰岛素人胰岛素人胰岛素胰岛素胰岛素类似物类似物短效胰岛素：短效胰岛素：中效胰岛素：中效胰岛素：异种蛋白异种蛋白起效慢，持续时间长，餐后高血糖，起效慢，持续时间长，餐后高血糖，下一餐前低血糖。下一餐前低血糖。有作用高峰，夜间低血糖。有作用高峰，夜间低血糖。速效胰岛素类似物：速效胰岛素类似物：长效胰岛素类似物：长效胰岛素类似物：无作用高峰，无夜间低血糖。无作用高峰，无夜间低血糖。起效快，持续起效快，持续3-53-5小时。小时。改变个别改变个别氨基酸氨基酸蛋白质高级结构复杂蛋白质高级结构复杂