细胞工程简介 (1)

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第二篇植物细胞工程
第8章
植物组织与细胞培养
4
第9章
植物胚胎培养
2
第10章
染色体工程
2
第11章
植物原生质体融合技术
3
总复习
总结，答疑
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第1章细胞工程简介
内容提要
一、定义五、主要研究内容
二、与其它生物工程的关系六、重要应用
三、发展历史七、本章小结
四、研究对象八、思考题
一、细胞工程定义
细胞工程：应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获取新型生物或特种细胞产品的一门科学技术。
（八）胚胎工程
胚胎工程(embryonic engineering)以生殖细胞和胚胎细胞为对象进行的操作，主要技术包括体外受精、胚胎切割、胚胎移植等。
（九）干细胞与组织工程
干细胞（stem cell）是动物体内具有分化潜能，并能自我更新的细胞，分为胚胎干细胞和组织干细胞。
胚胎干细胞来自囊胚期的细胞团，属于全能干细胞，每个细胞可以发育成为完整的个体。组织干细胞存在于成体组织中，属单能或多能干细胞，能定向分化为一种或几种不同的组织。
细胞工程发展历史
2009年，马萨诸塞州总医院(MGH)的研究人员找到一种成功地体外培养肝细胞的方法，培养的肝细胞具有药物毒性筛选功能。研究报告详细介绍了肝细胞如何在高氧条件和无动物血清的条件下生长，并如何快速发挥正常肝脏所具有的功能。
2010年，科学家首次实现将多功能干细胞变成功能性人体肠道组织。
2011年，肿瘤的细胞免疫治疗研究进展：细胞免疫疗法能够靶向肿瘤细胞而不伤及正常组织细胞，并可产生免疫记忆来预防肿瘤复发，有可能成为肿瘤治疗的第四种方法。
在动物学界，1907年美国学者哈里森等人采用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织，存活数周，而且观察到生长现象，从而开创了动物细胞培养的先河。
1965年，哈利斯和沃特金斯证明了灭活的病毒在控制的条件下可以用来诱导动物细胞的融合。至此细胞融合作为一个重要的研究领域已经引起人们的浓厚兴趣。
20AD70s初，诞生了细胞拆合工程。1972年，Prescott等人首先应用离心技术结合细胞松弛素B分离哺乳类细胞的胞质体获得成功，为研究哺乳类细胞核、质相互关系、细胞质基因的转移开创了新的途径。
近年来，细胞工程取得了迅速发展。如试管植物、试管动物、克隆动物、转基因生物反应器、干细胞等等。其中最具代表性的成就有：1977年，英国采用胚胎工程技术成功培育出世界首例试管婴儿。1997年英国利用成年动物体细胞首次克隆出绵羊“多莉”。2001年英国又宣布成功培育出世界首批转基因猪。2008年：美国科学家利用人胚胎干细胞可以在实验室培育出有携带氧功能的成熟红细胞，这个成果将可能解决个别血型血源紧缺的问题，也可帮助避免输血相关疾病的发生；美国研究人员在患糖尿病的老鼠身上做实验，将普通细胞转化成可分泌胰岛素的胰岛β细胞，减轻了病情。这一研究利用基因重组技术，实现不同种类成体细胞间直接转化，代表再生医学的重大进步。
20AD中叶，植物细胞组织培养与细胞的遗传操作相结合，发展成为植物细胞工程。
20AD60s末兴起的植物单倍体技术是一项在植物育种上用途广泛的细胞工程技术。
20AD90s以来，虽然基因工程成为生物技术的主流，但是细胞工程并为失去独立存在价值，它继续在优良苗木繁育、农作物育种和植物天然药物的开发中起着举足轻重的作用。
本章对细胞工程的定义、主要研究内容和技术以及与其他学科的关系进行了简要介绍，对细胞工程的发展历史进行了简要回顾。
重点掌握：细胞工程的定义。
思考题
1.细胞工程的概念、研究内容。
2.细胞工程与其它学科的关系，举例说明其它学科的发展对细胞工程推动作用。
3.查阅资料，写出细胞工程的重要应用，每个应用至少举一例。（作业）
四、细胞工程的研究对象
细胞或其组成部分和构成的组织、器官等如染色体、细胞核、原生质体、整个细胞、受精卵、胚胎、组织或器官。
五、细胞工程的主要研究内容
根据研究生物类型不同，细胞工程可分为:
动物细胞工程、植物细胞工程、微生物细胞工程。
（一）动物细胞工程包括：
细胞培养技术（包括组织培养、器官培养）；
细胞融合技术；
广义的细胞工程：包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术。
二、细胞工程与其它生物工程的关系
生物化学工程为基因工程、细胞工程、微生物工程、蛋白质工程、酶工程、代谢工程提供产业化技术支持。
基因工程技术为细胞工程提供转基因细胞。
细胞工程技术为微生物工程、酶工程及工程产业化提供充足的经过遗传改良和性状稳定的微生物、动植物细胞原料。
（七）染色体工程
染色体工程(chromosome engineering )把单个的染色体或染色体组转入或移出受体细胞，从而形成新的染色体组合和遗传构成。
该技术可以广泛应用于优良品种的培育，如多倍体育种已经成为很常规的育种技术。近年来发展起来的人工染色体技术为基因组研究、基因转导和基因治疗提供了重要手段和途径。
组织工程
胚胎工程
染色体工程
（五）细胞与组织培养
细胞培养和组织培养都属于体外培养，是指生物细胞和组织在离体条件下的生长和增殖。
细胞与组织培养技术是细胞工程的最基本技术，细胞融合、细胞核移植、染色体工程、转基因生物、胚胎工程等细胞工程技术都离不开细胞和组织培养。
近年来新兴的组织工程和生物反应器就是在细胞和组织培养技术上直接发展起来的。
1、优质植物快速培育与繁殖
2、动物胚胎工程快速繁殖优良、濒危品种
3、利用动植物细胞培养生产活性产物、药品
4、新型动植物品种的培育
5、工艺学器官修复或移植的组织工程
6、转基因动植物的生物反应器工程
7、珍稀动植物资源的保存与保护
8、在遗传学、发育学等领域的理论研究
9、在能源、环境保护等领域的应用
七、本章小结
（六）细胞融合
细胞融合（cell fusion）又称细胞杂交（cell hybridization），是指两个或两个以上的细胞融合形成一个细胞的过程。
细胞融合的范围很广，在不同种类之间，甚至不同物种之间都能发生融合，为研究细胞、遗传、免疫、药物和新品种培育的重要手段。
利用细胞融合技术发展起来的单克隆抗体技术，已成功地应用到基础生命科学研究和医药生产的各个领域，极大地促进了生命科学的发展，创造了极为可观的经济效益，是应用最为成功的生物技术之一。
*曹谊林教授在小鼠身上培育的人耳
如果能够消除体细胞的“记忆”，它们就有可能恢复到胚胎细胞的状态——科学家称之为把细胞“重编程”。把通过“重编程”得到的干细胞在不同的环境条件下进行培养，就能得到各种分化细胞。人们通常把这种利用体细胞制造胚胎干细胞，分化后再移植回人体的技术称作“治疗性克隆”。
六、细胞工程的重要应用
*有些成人干细胞是多能的,分化成各种细胞的潜力称为可塑性。
*可塑性是如何调节的？
组织工程是在干细胞的基础上发展起来的，将干细胞与材料科学相结合，将自体或异体的干细胞经体外扩增后种植在预先构建好的聚合物骨架上，在适宜的生长条件下干细胞沿聚合物骨架迁移、铺展、生长和分化，最终发育具有特定形态及功能的工程组织。
殷红.?细胞工程?第2版，化学工业出版社，2013
罗立新等.?细胞工程?,华南理工大学出版社，2003
学时分配表
内容
学时
第1章
细胞工程简介
1
第2章
3
第一篇动物细胞工程
第3章
动物细胞培养
4
第4章
细胞同和与单克隆抗体
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第5章
胚胎工程
2
第6章
干细胞与组织工程
4
第7章
细胞重组与克隆技术
2
动物细胞工程内容检测
胚胎工程技术（核移植、胚胎分割等）；
克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆）。
（二）植物细胞工程包括：
植物组织、器官培养技术；
细胞培养技术；
原生质体融合与培养技术；
亚细胞水平的操作技术等。
（三）根据实验操作对象可分为：
细胞、组织、器官培养
细胞融合
细胞核移植
染色体操作
体细胞诱变
转基因生物等
（四）以细胞工程为基础，发展派生了不少以工程冠名的新领域：
细胞工程
主讲人王文星
学前导引
本课程为必修考试课,理论授课32学时，期末考试闭卷
总成绩为100分：出勤+课堂提问占10%,平时测验占20%,期末试卷占70%.
平时测验1～次,随堂考试,闭卷.
选用教材:
安利国,杨桂文.?细胞工程?第3版，科学出版社，2016
主要参考教材:
李志勇.?细胞工程?第2版，科学出版社，2010
总结：细胞工程技术是现代生物工程技术各领域连接的桥梁和纽带；与其它生物工程技术是密切联系，不可分割的有机整体。
三、细胞工程发展历史
细胞工程的理论基础是细胞学说和细胞全能性学说。
在植物学界，100年前，德国学者Haberlandt(1902)发表了着名的论文《植物细胞离体培养实验》，提出了细胞全能性的观点。