1、現代生物技術PPT課件現代生物技術 1953年DNA的雙螺旋結構的發現。 1962年諾貝爾生理醫學獎Rosalind Elsie Franklin照片51號2現代生物技術1961-1966 破譯了生物界通用的遺傳密碼1972 DNA體外重組技術建立1976年第一家生物技術公司Genentech公司成立。1988 PCR技術問世1997 英國培養出第一只克隆羊“多莉”1990-2003 人類基因組測序工作完成3什么是現代生物技術？ 應用生命科學研究成果，以人們意志設計，對生物或生物的成分進行改造和利用的技術。 現代生物技術綜合分子生物學、生物化學、遺傳學、細胞生物學、胚胎學、免疫學、化學、物理學

2、、信息學、計算機等多學科技術，可用于研究生命活動的規律和提供產品為社會服務等。 現代生物技術特點運用了DNA重組、細胞融合等技術的成果。DNA重組技術產品有：胰島素、干擾素、乙型肝炎疫苗、食品加工酶、生物殺蟲劑、生物殺菌劑等等。最具代表性生物技術產品為轉基因生物與克隆動物的出現。5生物技術被譽為第三次技術革命第一次技術革命工業革命解放人的雙手第二次技術革命信息技術擴展人的大腦第三次技術革命生物技術改造生命本身生物技術被世界各國視為一項高新技術,它對于提高國力,迎接人類所面臨的人口、食物、資源、能源和環境等五大危機及經濟問題的挑戰是至關重要的關鍵性技術之一。6生物技術被譽為第三次技術革命全球生物

3、企業現狀據統計，截至2010年底，全球約有生物技術企業4700多家，市場規模達2500億美元。其中上市生物技術公司622家。上市生物技術公司總收入846億美元， 研發投入228億美元，其中美國生物技術產業產值占全球近50%，其次為日本和歐洲。 我國生物技術產業現狀據統計，目前我國生物技術企業500家公司，涉及醫藥生物技術的企業300多家，涉及農業生物技術的企業200多家7五大工程 基因工程、細胞工程、蛋白質工程、 酶工程、發酵工程此外還有基因診斷與基因治療技術、克隆動物技術、生物芯片技術、生物材料技術、生物能源技術、利用生物降解環境中有毒有害化合物的技術生物技術的主要內容8化學工業生物生理學分

4、子與細胞生物學遺傳學生物化學 微生物學能源與環 境管理 農業作物改良，動物 食品 疾病診斷 發酵技術化工產品 商業應用 健康與制藥 食品革新與加工 蛋白質工程 發酵工程 酶工程 細胞工程基因工程醫藥學9生物技術五大工程一、 基因工程二、 細胞工程三、 蛋白質工程四、酶工程五、 發酵工程10 也稱DNA重組技術，應用人工方法分離生物體的遺傳物質脫氧核糖核酸(DNA), 或通過化學的方法合成出人工的遺傳物質，在體外進行切割、拼接和重組。然后將重組了的DNA導入某種宿主細胞或個體，從而改變它們的遺傳品性,使新的遺傳信息在新的宿主細胞或個體中大量表達，以獲得基因產物(多肽或蛋白質或其它物質)。 一、基

5、因工程(gene engineering) 111、用于提高動物生長速度2、用于生產基因工程藥物3、用轉基因動物作器官移植的供體 畜牧業中的應用12 畜牧業中的應用基因工程藥物例：從轉基因羊的羊奶中提取出 治療心臟病的藥物tPA(組織型血纖維溶酶原激活劑)治療：腦血栓、心肌梗塞等DNA重組體導入受體細胞 13生長快、肉質好的轉基因魚(中國) 畜牧業中的應用14種植業中的應用1.抗蟲轉基因植物 2.抗病轉基因植物3.抗逆轉基因植物 4.利用轉基因改良植物的品質151.抗蟲轉基因植物抗蟲轉基因植物原理： 分離具有殺蟲活性的基因（如Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制），導入作物，抗蟲性。 例如我國的轉基因抗

6、蟲棉，Bt毒蛋白基因-棉鈴蟲抗性。此項技術的最大好處： 減少化學農藥對環境的污染 且大大降低生產成本16 1986年，美國Beachy研究小組首次將煙草花葉病毒的外殼蛋白基因導入煙草，培育出抗煙草花葉病毒的煙草植株，開創了抗病毒育種的新途徑。抗病基因種類: (1)抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因 (2)抗真菌基因:幾丁質酶基因和抗毒素合成基因2.抗病轉基因植物抗病毒的轉基因小麥、甜椒、番茄等多種作物。17抗逆轉基因植物原理：鹽堿、干旱、低溫、旱澇分離抗逆性的基因，導入作物，產生相應抗性。耐1NaCl的苜蓿，耐0.8NaCl的草莓，耐2NaCl的煙草。我國科學家劉巖等獲得了耐鹽性明

7、顯提高的轉基因玉米植株。張荃等獲得了耐鹽性提高的轉基因番茄。3.抗逆轉基因植物184.利用轉基因改良植物的品質轉基因水稻“金大米” 19二、細胞工程(cell engineering) 以細胞為基礎單位，在體外條件下進行培養、繁殖或人為地使細胞某些生物學特性按人們的意愿發生改變,從而達到改良生物品種和創造新品種;或加速繁殖動、植物個體;或獲得某種有用的物質過程。動物細胞培養20單細胞藻類培養一些單細胞低等植物如單細胞藻類的大規模培養成為細胞工程的重要組成部分獲得蛋白質資源、營養食品、精細化工產品等等二、細胞工程21高等植物細胞培養 高等植物細胞具有全能性。脫分化-誘導愈傷組織-分化-獲得幼苗。

8、二、細胞工程22細胞融合、細胞重組、雜交瘤技術 細胞融合是將不同種類的兩種細胞經過特殊處理后放在一起，在某些促融因子作用下發生融合，形成雜種細胞。細胞重組是把不同種類的細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。雜交瘤技術是通過細胞融合產生特異雜交瘤細胞。二、細胞工程23三、蛋白質工程（protein engineering） 在基因工程的基礎上，結合蛋白質結晶學、計算機輔助設計和蛋白質化學等多學科的基礎知識，通過對蛋白質中基因的人工定向改造等手段，從而達到對蛋白質進行修飾、改造、拼接以產生能滿足人類需要的新型蛋白質的技術。 24（1）從生物體中分離純化目的蛋白

9、；（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的二維重組和三維 晶體結構;（4）設計各種處理條件，了解蛋白質的結構 變化，包括折疊與去折疊等對其活性與 功能的影響；（5）設計編碼該蛋白的基因改造方案， 如點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后 投入實際使用。三、蛋白質工程蛋白質工程的主要步驟通常包括25三、蛋白質工程26四、酶工程(enzyme engineering) 利用酶、菌體細胞具有的特異催化功能，或對酶結構進行修飾改造，并借助于生物反應器和工藝優化過程，有效地發揮酶的催化特性來生產人類所需產品的技術。包括酶、細胞固定化技術、酶化學修飾技術和

10、酶反應器設計等。 27酶的應用隨著酶的工業化發展，酶已廣泛地應用于工業、農業、醫藥、生活、環保及科研等領域。五、發酵工程（fermentation engineering) 利用微生物生長速度快、生長條件簡單及代謝過程特殊等特點，在合適的條件下，通過現代化工程技術手段，由微生物的某種特定功能生產出人類所需的產品的技術，又稱微生物工程。 30現代發酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術改造的微生物在全自動發酵罐或生物反應器中生產某種商品的技術。現代發酵工程31五大工程間的關系優良動植物品系動、植物個體或細胞基因工程微生物工程菌產品細胞工程發酵工程蛋白質工程蛋白質或酶酶工程32生物工程對經

11、濟社會的影響改善農業生產、解決食品短缺提高生命質量、延長人類壽命解決能源危機、治理環境污染制造工業原料、生產貴重金屬生物工程的安全及其對倫理、 道德、法律、的影響331.改善農業生產、解決食品短缺提高農作物產量及其品質：動物的大量快速無性繁殖 培育動物的優良品系 培育抗逆的作物優良品系 植物種苗的工廠化生產 生物農藥，生產綠色食品發展畜牧業生產：34植物種苗的工廠化生產35轉基因作物，瓜果蔬菜36生物肥料372.提高生命質量、延長人類壽命開發制造奇特而又貴重的新型藥品 利用細胞培養技術或轉基因動物來生產 蛋白質藥物 。疾病的預防和診斷 單克隆抗體既可用于疾病治療，又可用 于疾病的診斷 。基因治

12、療 惡性腫瘤、遺傳病、代謝性疾病、傳染 病等多個治療方案正在實施中。 人類基因組計劃 人類基因組序列圖繪制成功。38基因工程藥物39分子診斷利用PCR技術或PCR與分子雜交標記相結合，可以快速準確地檢測出病原性物質。親子鑒定40遺傳性疾病 的診斷羊水和胎盤絨毛膜檢測分子診斷41基因治療基因治療即利用基因工程技術治療人類遺傳性疾病。正常的人類基因可以克隆并引入遺傳病患者的體細胞，以替代、修復或糾正有缺陷的基因。42例：重癥綜合性免疫缺乏癥1990年，轉基因T淋巴細胞注射到人體骨髓組織中治療SCID43277次乳腺細胞核移植實驗；獲得29個發育為8細胞的“胚”；13頭代孕母親；1996年7月5日，

13、羊羔6LL3，被命名為“多莉”。克隆羊技術44克隆羊的意義理論意義：證明已分化的高等動物的體細胞仍然具有潛在的遺傳表達全能性。建造動物藥廠，制造藥物蛋白,建立實驗動物模型，探索人類發病規律克隆異種純系動物，提供移植器官拯救瀕危動物，保護生態平衡45生物芯片技術 1996年底，美國 Affymetrix ，世界第一塊DNA芯片。 生物芯片是將大量生物識別分子（如探針）按預先設置的排列固定于一種載體（如硅片、玻片及高聚物載體等）表面，利用生物分子的特意性親和反應，如核酸雜交反應，抗原抗體反應等來分析各種生物分子的存在及其量的一種技術。 46表達譜芯片蛋白質微陣列(Protein Microarra

14、y) 48 醫學、化學、新藥開發、司法鑒定、農業技術和食品技術領域也具有廣泛的應用；生物芯片技術的主要應用DNA芯片可用于大規模篩查基因突變所引起的疾病；分析基因組及發現新基因等具有很大的優勢；493.解決能源危機、治理環境污染 解決能源危機 生物能源將是最有希望的新能源之一，而其中又以乙醇最有希望成為新的替代能源。環境保護 利用微生物凈化有毒的化合物、降解石油污染、清除有毒氣體和惡臭物質、綜合利用廢水和廢渣、達到凈化和保護環境的目的。 50基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環境的物質。環境保護 超級細菌：分解石油中的多種烴類化合物，吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解毒害物質514.制造工業原料、生產貴重金屬 制造工業原料 化工原料如乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸（制造尼龍、香料）等。生產貴重金屬 細菌浸礦技術：金、銀、銅、鈾、錳、鉬、鋅、鉆、鎳、鋇、鉈等52 現代生物技術是一把雙刃劍。它在給人類帶來種種