基因工程-简界
基因工程技术简介
基因工程技术简介随着科学技术的不断发展，基因工程技术也越来越受到广泛的关注。
这项技术可以说是对生命本质的一次深刻研究和探索，它为人类提供了很多科学上的可能性。
本文将从基因工程的定义、历史背景，以及其应用和未来前景几个方面来介绍这一领域。
一、什么是基因工程？基因工程是一种以分子生物学为基础的技术，它通过直接改变生物体遗传物质的结构和功能，来改变生物体表现出的性状或者产生新的性状的一种技术。
简单来说，基因工程技术就是将人工制造的 DNA 序列导入目标生物的 DNA 中，进而改变目标生物的遗传信息，以此实现人工改造和控制生物的目的。
二、基因工程的历史背景随着分子生物学和生物化学的发展，基因结构和功能的研究逐渐深入。
1972年，斯坦福大学的两位科学家保罗·伯格和斯坦利·科恩首次利用大肠杆菌媒介，实现了将人类 DNA 片段转移到细菌 DNA 中，并且取得了成功的基因重组实验结果。
这一次实验标志着基因工程时代的开始，也成为了现代分子生物学和生物医学中的一大里程碑。
随后，利用细胞基因工程技术，科学家们可以对生命产生更加广泛和深刻的影响。
精准基因编辑技术的出现，为基因工程赋予了更高的技术含量，同时也给全球农业和医药产业的发展注入了新的动力。
三、基因工程的应用基因工程技术已经开始在农业、医学、环保等领域得到广泛应用，同时也拓宽了生命科学的研究范围。
以下是几个经典的应用案例：1. 农业领域：通过基因工程技术获得的转基因生物，能够提高作物的产量和抗病性，也能够改变食品品质和味道等。
烟草植物被用来表达多种蛋白质，包括能治疗多种疾病的人类蛋白质，以及作为动物疫苗和可食用植物的目的。
种植获得特殊功能的转基因植物，已经成为农业的重要组成部分。
2. 医疗领域：基因工程技术还可以用于生物药品的制造。
通过将表达某种重要功能蛋白质的基因转入细胞中，通过分泌或者提取后制造成药品。
此外，基因工程还可以进行人体基因修补、肿瘤细胞基因抑制、基因诊断和治疗、人工合成新的基因和蛋白质等领域。
高中生物基因工程课件
毒性和提高免疫原性。
基因工程疫苗的应用
03
预防传染病，如乙型肝炎疫苗、人乳头瘤病毒疫苗等，降低人
群发病率。
基因工程抗体
基因工程抗体的种类
包括单克隆抗体、双特异性抗体、人源化抗体等。
基因工程抗体的制备
通过基因工程技术克隆和表达抗体的重链和轻链可变区基因，与适 当的恒定区基因融合，在哺乳动物细胞中表达。
公众参与与透明度
加强公众参与和透明度，促进利益相关方的对话 和协商，共同制定符合各方利益的决策。
3
国际合作与协调
加强国际合作与协调，共同制定国际性的伦理准 则和法律法规，促进全球范围内的公平和平等。
谢谢
THANKS
生物固氮
通过基因工程技术将固氮基因转入植物，提高植 物的固氮能力，减少化肥使用。
生物农药
通过基因工程技术生产具有杀虫、杀菌作用的生 物农药，减少化学农药的使用。
基因编辑技术
利用基因编辑技术如CRISPR-Cas9等对作物进行 精确的基因改造，提高作物的抗逆性和产量。
05 基因工程与环境保护
CHAPTER
生物的遗传性状。
基因工程原理
基因工程基于分子生物学和遗传学 原理，通过改变生物体的基因组， 实现对生物性状的遗传改良。
基因工程操作步骤
基因工程的操作步骤包括基因克隆 、载体构建、受体细胞转化、基因 表达和产物分离纯化等。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源
基因工程的未来发展
基因工程起源于20世纪70年代，当时 科学家发现了限制性内切酶和DNA连 接酶，为基因操作提供了工具。
基因工程在土壤修复中的应用
土壤修复是指通过各种手段改善土壤质量，降低土壤污染 对环境和人体健康的影响。基因工程技术可以帮助我们培 育出具有特定功能的植物，用于土壤修复。
什么是基因工程
什么是基因工程
基因工程是一种通过改变生物体的遗传物质（DNA）来实现对其性状的改变的技术和方法。
这包括插入、删除或修改基因，以产生具有特定性状或功能的生物体。
基因工程可以应用于微生物、植物、动物和人类等各个领域。
主要的基因工程技术和方法包括：
1. 基因克隆：将感兴趣的基因从一个生物体中复制并插入到另一个生物体中。
这包括DNA的复制、切割和连接等操作，常用于制造重组蛋白、疫苗等。
2. 重组DNA技术：制造重组DNA，即将来自不同来源的DNA 片段组合在一起。
这包括PCR（聚合酶链式反应）、限制酶切割、DNA 连接酶等技术。
3. 基因编辑：利用特定的酶（如CRISPR-Cas9系统）精确地修改生物体的基因。
这使得科学家能够精准地添加、删除或替换基因序列，以改变目标生物体的性状。
4. 转基因：将外源基因导入到一个生物体中，使其表达这个基因。
转基因技术在植物、动物等领域广泛应用，以改善农作物产量、提高抗病性、研究基础科学等。
5. 合成生物学：利用化学合成的方法设计和构建新的生物体，以实现特定的功能。
这包括人工合成基因、合成生物通路等。
应用基因工程的领域包括医学、农业、环境保护、工业等，其应用范围涉及疾病治疗、农作物改良、生物能源生产等方面。
然而，基因工程也引发了一些伦理、安全和法规方面的讨论和关注。
基因工程学的简介
基因工程学的简介基因工程学是一门研究基因及其调控、修饰的科学，它旨在利用现代的分子生物学、微生物学、化学等学科的研究成果，通过人工操作改变基因的结构和组合，进而调节生物体的功能和物质代谢。
基因工程技术的开发，为农业、医学、工业、环境保护等领域提供了广阔的应用前景。
以下将对基因工程学的基本概念、发展历程、技术原理、应用前景和存在的问题等方面进行探讨和介绍。
一、基本概念基因是生命的基本单位，控制着生命的所有过程。
基因工程学是一种生物技术，通过切割、重组、插入、改变基因顺序等手段，改变基因的结构和组合，主要目的是增强或减弱基因表达，使生物体具有更好的特性或能力。
基因工程学是分子生物学、遗传学、生物化学、微生物学等诸多学科相结合的产物。
在基因工程学帮助下，可以创造出更多具有强大生命力的生命体。
二、发展历程20世纪前半期，基因学和生物学科学的发展提供了基因工程的技术和理论基础， 20世纪中期以来，计算机技术和信息技术的发展，特别是在DNA测序方面，为基因工程的快速发展提供了基础。
随着人们对基因组的解码、基因突变机制的研究、细胞分裂和分化的研究加深，基因篡改技术的效果和安全性不断提高，基因工程技术的应用也越来越广泛。
如今的基因工程技术已经发展为一门强大、多元、持续快速进步的新老交替的科技。
三、技术原理基因工程的主要技术手段有DNA重组技术和基因编辑技术两大类。
DNA重组技术主要包括基因克隆和基因扩增技术，用于将外源基因导入宿主细胞和分析某些特定基因的功能。
基因编辑技术包括基因敲除、替换或修复等技术，能够通过CRISPR/Cas、ZFN、TALEN等方法实现定点编辑或全基因组编辑。
基于这两类技术，人们不仅可以改善动植物的品质、环境适应性和生物安全性，还可以研发新型药品、疫苗和工业原料等，解决人类生存和发展面临的很多问题。
四、应用前景基因工程技术将深刻地改变人类社会的生产方式和生活方式，具有广阔的应用前景。
农业领域中，基因工程技术可以培育出具有耐旱、抗虫、抗病等功能的作物品种，提高作物产量、质量和抗灾能力。
基因工程知识点总结
基因工程知识点总结基因工程知识点是生物的学科，那么，基因工程知识点总结是小编为大家整理的，在这里跟大家分享一下。
基因工程知识点总结(一)生物基因工程简介基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术。
所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。
重组DNA：重组DNA技术是指将一种生物体(供体)的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体(受体)内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。
因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。
(二)生物基因工程特征1)跨物种性外源基因到另一种不同的生物细胞内进行繁殖。
2)无性扩增外源DNA在宿主细胞内可大量扩增和高水平表达。
优点：基因工程最突出的优点是打破了常规育种难以突破的物种之问的界限，可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间，甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。
人的基因可以转移到大肠杆菌中表达，细菌的基因可以转移到植物中表达。
(三)基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。
(3)结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶(E•coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶)的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区别：E•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA 片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
基因工程和蛋白质工程简介
1
医疗
制造更安全的药物和治疗疾病
2
环保
创造更耐逆的植物品种
3
工业
生产高质量的工业化学品和制药
蛋白质工程的定义和概念
定义
修饰和操纵蛋白质结构，以实现新的蛋白质结构和 功能的技术。
工作原理
修饰氨基酸成分和序列
蛋白质工程的应用领域
1 医疗
制造更安全和效果更好的生物制剂
2 工业
开发高效的工业生系
两个技术都涉及分子生物学和化学基础，共同渗透 到医药、工业、农业等领域。
区别
• 基因工程是更改DNA序列，蛋白质工程是更 改蛋白质序列。
• 基因工程的目标是改造生物遗传，蛋白质工 程的目标是改造蛋白质的结构和功能。
基因工程的未来展望
1
CRISPR技术（基因剪切）
探索治疗遗传性疾病和癌症的可能
2
人类基因改造
逐步进入人类基因改造时代
3
基因纠错
对已知功能错误的基因进行修正
蛋白质工程的未来展望
计算机模拟
利用计算机模拟技术在分子层面 上预测蛋白质的结构和功能。
3 D生物打印
利用3D生物打印技术以及蛋白质 工程技术，生产合成组织。
细胞培养技术
将蛋白质工程技术与细胞培养技 术相结合，加快大规模生产高效 高质的蛋白质。
基因工程和蛋白质工程简 介
基因工程和蛋白质工程是最近几十年来出现的两个引领生命科学创新的技术。 它们的发展加速了治疗疾病、解决饥饿、开发绿色能源等许多领域的进展。
基因工程的定义和概念
定义
修饰和操纵生物体遗传物质，以实现新的生物体 结构和功能的技术。
工作原理
切割、克隆和重组DNA
基因工程的应用领域
基因工程的原理与应用
基因工程的原理与应用简介：基因工程是生物技术领域中的一项重要技术，通过能够改变生物体基因组的技术手段，对生物体的基因进行定向修改、调控和构建，从而改变生物体的性状和功能。
本文将介绍基因工程的原理与应用。
一、基因工程的原理基因工程的原理是通过一系列技术手段对DNA进行操作，包括基因的定向克隆、DNA序列的合成、基因组的编辑和调控等。
1. 基因的定向克隆基因的定向克隆是指将感兴趣的基因从一个生物体中剪切出来，并将其插入到另一个生物体的染色体上。
这一过程主要包括DNA的剪切、连接和转化等步骤。
通过定向克隆，可以将某些有益的基因导入到其他生物体中，实现基因的传递和表达。
2. DNA序列的合成DNA序列的合成是将DNA中的碱基按照特定的顺序进行合成，以构建具有特定功能的DNA序列。
合成的DNA序列可以是某个基因的修改版，也可以是完全人工合成的新DNA序列。
DNA序列的合成为基因工程提供了强大的工具，使得研究者可以对基因进行精确的修改和调控。
3. 基因组的编辑和调控基因组的编辑和调控是利用特定的酶类或蛋白质来调整生物体的基因组结构和功能。
常用的编辑工具包括CRISPR-Cas9系统和锌指核酸酶，它们能够精确地切割、修复和替换DNA序列。
通过基因组的编辑和调控，可以实现对生物体基因组的精确操控，以达到特定的目的。
二、基因工程的应用基因工程技术的广泛应用，为许多领域带来了巨大的变革和进步。
以下是基因工程在医学、农业和环境中的应用示例。
1. 医学应用基因工程在医学领域中的应用非常广泛，其中包括基因治疗、生物药物生产、疫苗研发等。
通过基因治疗，可以将正常的基因导入患者体内，治疗一些遗传性疾病。
生物药物的生产利用基因工程技术可以实现大规模的高效合成，例如利用转基因细菌表达人类胰岛素。
此外，基因工程还为疫苗的研发提供了新的思路和方法。
2. 农业应用基因工程在农业领域的应用主要集中在作物的遗传改良、疾病抗性和提高产量等方面。
基因工程名和精准医疗简介
基因工程名词解释基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA 重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
优点基因工程最突出的优点是打破了常规育种难以突破的物种之问的界限，可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间，甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移。
人的基因可以转移到大肠杆菌中表达，细菌的基因可以转移到植物中表达。
应用基因工程——20世纪70年代诞生的一门新兴技术。
它的兴起，标志着人类已进入定向控制遗传性状的新时代。
它的最大特点是打破了物种间的界限，可以使原核生物与真核生物之问，动物与植物之间，人与其它生物之间的遗传信息进行重组和转移。
自它问世以来，已显示出巨大的活力，解决了农业、工业，医药，环保等领域面临的诸多重大问题。
展望21世纪，基因工程的前景将更加灿烂辉煌，它的研究将全方面的、卓有成效把人类生活品质提高到一个崭新的水平。
市场中国基因工程市场的主要增长动力包括以下各项：1、DNA测序技术的应用越来越多DNA测序供货商通过使用成千上万个不同生物体的样本（可代表各种研究领域及行业）提供越来越多的应用。
随着新应用的开发，DNA测序的客户基础及市场需求持续快速增长。
2、基因组单价更加实惠随着新技术（如纳米孔，电子或微流体）的引进，每个DNA序列或基因组的兆碱基的价格更加优惠。
DNA测序技术一直用于多项应用之中，从而产生更多的高通量测序数据。
自该数据累积的知识及技术进一步改善基因组信息的临床应用。
3、DNA测序项目规模不断扩大随着DNA测序技术的成熟及成本不断降低，越来越多的客户在研究中使用高通量测序数据。
彼等会进一步恊动大规模项目，为DNA测序供货商带来更多收益。
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研究目的决定
载体选择后，对基因克隆方法具有一定的 指导作用。
2. 选择、构建合适的载体
（1）载体的分类
根据宿主的对象
原核
真核
根据载体的性质
质粒 病毒
根据功能
克隆 表达
2. 选择、构建合适的载体
（2）质粒（plasmid）
独立于染色体外的能够进行自我复制的共价、 闭环、双链的DNA分子 严紧型质粒
主要内容
基因工程的发展史简介
基因工程的基本原理
基因工程的应用
基因工程发展简史
1865年 G.J.Mendel的豌豆杂交试验
1822-1884
基因工程发展简史
1944年 O.T.Avery的肺炎球菌转化实验
1877-1955
基因工程发展简史
1970年，从流感嗜血杆菌中分离到一种限制性酶
15K左右
真核复制起始点
若真核载体？
原核表达载体---Pharmacia
Tac Promoter GST-融合蛋白 GST标签
原核表达载体---Promega
T7启动子控制
体外转录 SP6 T3
原核表达载体---Merck
T7启动子控制 TrxA标签 His标签
Smith HO, Wilcox KW.
A restriction enzyme from Hemophilus influenzae. I. Purification and general properties. J Mol Biol. 1970;51(2):379-91
Hamilton O. Smith 美國 霍普金斯大 學醫學院 1931年--
表达可控性 加入药物后不表达
载体构建
载体构建
一条mRNA分子双基因表达
IRES Internal Ribosome
Entrance
Site
载体构建
Clontech
pIRES2
3. 粘性质粒(cosmid)
可插入45kb
酵母人工染色体 (yeast artificial chromosome, YAC)
0.4
0.2
0.0 293
20
0 293 H2pG2
表达可控性 加入药物后、或停药后表达
载体构建
四环素控制系统 VP16 transaction domain of herpes simplex virus
Tet off :去除四环素后表达
Tet on :加入四环素后表达
表达可控性 加入药物后表达
4、目的基因与载体的连接
（1）采用连接酶的方法
DNA连接酶 T4DNA连接酶 Ecoli DNA连接酶 辅基NAD
Ecoli DNA连接酶 常用于双链DNA合成
4、目的基因与载体的连接
（2）利用重组酶的方法(噬菌体整合机制)
attB 25bp， attP 240bp
4、目的基因与载体的连接
（2）利用重组酶的方法(噬菌体整合机制)
载体构建
RU486系统
表达可控性 加入药物后表达
载体构建
RU486系统（1994）
加入后表达 元件组成：
Gal4DBD：酵母转录因子Gal4的 DNA结合区
VP16AD：单纯疱疹病毒蛋白 VP16激活区
PRLBD-891： PR-891突变体改 良后的C末端配体结合区
VP16AD,目前用NF-B的p65激活区代替 用来减少免疫原性
3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ：
合成长度有限，120bpu 单链，需多次，需拼接
可以合成需多次突变产生 可以在密码子偏好性差的 细胞中表达的基因
4、目的基因与载体的连接
连接的方法 生成磷酸二酯键的酶 DNA连接酶 重组酶 拓扑异构酶
4、目的基因与载体的连接
连接的方法 （1）采用连接酶的方法 （2）利用重组酶的方法 （3）利用拓扑异构酶的方法
Natl. Acad. Sci. USA 69:2904-2909, 1972”，标
志着基因工程技术的诞生。
第 一 个 重 组 体 构 建
SV40病毒是猿猴病毒，是一种直径为 450Å的球形病毒，分子量为28×106 道 尔顿。SV40的DNA是环状双链结构，全 长5243个碱基对。SV40DNA上有一个
Boyer
Swanson
基因工程发展简史
1980年 开始建造第一家应用重组DNA技术生产胰岛素的工厂
insulin From Genetech
基因工程发展简史
1997年 英国罗林研究所
成功的克隆了多莉
基因工程的流程
1、确定研究的目标 2、选择、构建合适的载体 3、分离目的基因 4、目的基因和载体的重组 5、重组子转入宿主细胞 6、重组子的筛选 7、目的基因表达
2. 噬菌体(phage)
λ噬菌体DNA改造系统 EMBL系列（置换型，适用基因组克隆）
2. 噬菌体(phage)
M13噬菌体DNA改造系统（含lacZ基因）
M13mp系列
pUC系列
Phage display technology
真核载体
原核载体的条件
仍需其它条件 真核细胞复制起始点 polyA位点 真核的抗性
inserting new genetic information into DNA of Simian Virus 40:circular SV40 DNA molecules cotaining lamda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli. Proc.
pGL3-Control
SV40 promoter SV40 enhancer
160
180 160 140 120 100
140 120 100
EnIIPcore AAT ForAAT RevAAT CMV SV40
0.8
Relative Luciferase Activity(CMV%)
0.6
40
脂质体转染 磷酸钙共沉淀
方法
将目的基因导入 动物细胞
电击 显微注射法 纳米颗粒
将目的基因导入 植物细胞
农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
5、重组子导入宿主细胞
导入微生物细胞 ——感受态细胞
宿主细菌的选择
A. 克隆载体，DH5，topo10,XL-1等 B. 表达载体，BL21（DE3）等，与载体相对启动子的RNA聚合酶的细菌
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70:3240-3244,
1973） 的论文，宣布体外构建的细菌质粒能够 在细胞中进行表达,从而完善了Berg开创的基因 重组技术。
Boyer and Cohen
基因工程发展简史
1976年 美国南旧金山由博耶和斯旺森建立世界上第一家遗传 工程公司
Daniel Nathans 美國 霍普金斯大 學醫學院 1928年-1999年
Werner Arber 瑞士 Biozentrum 大學 1929年--
1978年诺贝尔奖
第一个重组体的构建
1972年，美国斯坦福大学P.Berg等在PNAS上发
表了题为∶“Biochemical methode for
基因工程 （genetic engineering ）
将外源性遗传物质
通过载体
转入宿主细胞内，
经筛选，使其获得新的性状的过程。
基本原理（过程）
分：目的基因的获取 切：载体和目的基因的酶切 接：目的基因和载体的连接，重组子 转：重组子转入宿主细胞 筛：含有目的基因的重组子的宿主细胞的筛选 表达：目的基因在宿主细胞内的表达
200kb左右
细菌人工染色体 (bacterial artificial chromosome, BAC)
F1质粒改建而来 可容纳50kb以上的DNA
动物病毒DNA改造的载体 腺病毒
动物病毒DNA改造的载体 腺病毒
顺时表达，不整合，可以感染非分裂细胞
动物病毒DNA改造的载体 慢病毒(HIV)----逆转录病毒(MMLV)
真 核 载 体---invitrogen
真 核 载 体---clontech
真 核 载 体---选择注意事项
启动子 SV40，CMV，等 Koza序列 -3，+4法则,GCCACCATGG 有无真核筛选标志 Neo(G418)、Hyr(潮霉素) EGFP、RFP、YFP
载体构建
启动子强度 CAG启动子
C：巨细胞病毒增强子， A：鸡-actin启动子， 鸡actin外显子1， 鸡-actin内含子1， G：兔globin内含子2， 兔globin外显子3
载体构建
组织表达特异性 特异性启动子
EnII Pcore
Luciferase
pGL3-EnII-Pcore pGL3-CMV pGL3-AAT pGL3-ForAAT pGL3-RevAAT
并获得成功。
第一个有功能重组体的构建
◆虽然Berg的工作具有划时代的意义，但是他们并
没有证明体外重组的DNA分子具有生物学功能。
◆1973年，S.N.Cohen等在美国PNAS上发表了题 为“Construction of Biologically Functional Bacterial Plasmid In Vitro” （S. N. Cohen, A. C. Y. Chang, H. W. Borer, and R. B. Helling,
提高产量 优质 抗病虫害 抗寒、旱、涝、盐碱 抗除草剂
控制成熟
抗除草剂