基因工程概述
4 基因工程药物概述
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1972年美国斯坦福大学的Berg获得了SV40和λDNA重组的 DNA分子 1973年美国斯坦福大学的Cohen 等人，将大肠杆菌R6-5质 粒DNA（含卡那霉素抗性基因）和大肠杆菌pSC101质粒 DNA（含四环素素抗性基因）重组后转化大肠杆菌，产生同 时表现出两种抗性的细菌。 Cohen与Boyer等合作，将非洲爪蟾编码核糖体的基因同 pSC101质粒构成重组DNA分子，并导入大肠杆菌，证实动 物基因进入了细菌细胞，并在细菌细胞中增殖和转录产生相 应的mRNA。
基因工程药物概述
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名词解释：基因工程
基因工程是通过对核酸分子的插入、拼接和重组而实 现遗传物质的重新组合，再借助病毒、细菌、质粒或 其他载体，将目的基因转移到新的宿主细胞系统，并 使目的基因在新的宿主细胞系统内进行复制和表达的 技术。基因是DNA分子上的一个特定片断，因此基因 工程又称DNA分子水平上的生物工程，其主要研究任 务是有关基因的分离、合成、切割、重组、转移和表 达等。所以基因工程又称基因操作、基因克隆或DNA 重组等。
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市场
欧美成熟市场占了71.4%，拉美及亚非市场虽然目前仅占 5.7%及12.7%，但其增长率分别为12.75和15%,远高于北 美1.9%的增长率。 IMS预测，药品支付者对医保体系的影响力更大，未来市 场增长的来源已经从欧美国家转移到新兴市场；在未来五 年内，新兴市场对利润的贡献将与与传统成熟市场平分秋 色。 制药业巨头已经在新兴市场投入多年，投资范围不仅限于 大家普遍看好的“金砖四国”（巴西，俄罗斯，印度，中 国），还进一步扩展到沙特阿拉伯、越南、智力、委内瑞 拉、马来西亚、泰国、土耳其和墨西哥等国家。
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制药巨头的并购
《生物技术概论》1基因工程
二、目的DNA片段的获得
（三）DNA片段的化学合成 1.合成引物 2.合成DNA寡核苷酸连杆 3.合成基因片段
第二节 DNA重组
三、DNA片段的连接
（一）DNA连接酶 （二）DNA片段之间的连接 1. 互补黏性末端片段之间的连接 2.平末端DNA片段之间的连接 3.DNA片段末端修饰后进行连接 4. DNA片段加连杆或衔接头后连接
（六）基因可以通过复制把遗传信息传递给下 一代
第一节 基因工程概述
三、基因工程操作的基本技术路线
第一节 基因工程概述
四、基因工程研究最突出的优点
打破了常规育种难以突破的物种之间的界限， 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 相互重组和转移。人的基因可以转移到大肠杆 菌（E.coli）中表达，细菌的基因可以转移到动 植物中表达。
第二章 基因工程
第一节 基因工程概述
一、基因工程的含义
按照人们的愿望，进行严密的设计，通过体外 DNA重组和转移等技术，有目的地改造生物种 性，使现有物种在较短的时间内趋于完善，创 造出新的生物类型，这就是基因工程的基本含 义。
第一节 基因工程概述
二、基因工程研究的理论依据
（一）不同基因具有相同的物质基础 （二）基因是可以切割的 （三）基因是可以转移的 （四）多肽与基因之间存在对应关系 （五）遗传密码是通用的
质粒基因组、病毒（噬菌体）基因组、线粒体 基因组和叶绿体基因组也有少量的基因
第四节 目的基因的制备
二、分离目的基因的途径
（一）利用限制性内切核酸酶酶切法直接分离 目的基因
基因工程的主要内容
基因工程的主要内容一、基因工程的概述基因工程是一种通过改变生物体遗传物质的结构和组成，以实现对其性状和功能进行调控的技术。
它涉及到生物学、化学、计算机科学等多个领域，是当今生命科学领域中最为重要的技术之一。
二、基因工程的主要内容1. 基因克隆基因克隆是指将特定基因从一个生物体中分离出来，并将其插入到另一个生物体中。
这样可以使得目标生物体具有某种特定性状或功能。
常用的基因克隆技术包括PCR扩增、限制酶切割、电泳分离等。
2. 基因编辑基因编辑是指通过CRISPR/Cas9等技术直接对目标基因进行修改，以实现对其性状和功能进行调控。
这种方法可以精确地修改目标DNA序列，从而达到精准治疗的效果。
3. 基因表达调控基因表达调控是指通过改变目标基因的转录和翻译过程，以实现对其表达水平和时间的调节。
常用的方法包括转录因子介导的启动子激活、RNA干扰、CRISPRi等。
4. 基因药物开发基因药物是指通过对特定基因进行调控，以实现治疗某些疾病的药物。
常见的基因药物包括基因表达调控剂、基因编辑剂等。
这些药物可以精准地靶向特定的疾病基因，从而达到更好的治疗效果。
5. 基因检测基因检测是指通过对个体DNA序列进行分析，以了解其患某种遗传性疾病的风险。
常用的基因检测方法包括PCR扩增、DNA测序等。
三、应用前景随着生命科学技术的不断发展和进步，基因工程技术在医学、农业、环境保护等领域中得到了广泛应用。
在医学领域中，基因工程技术可以用于治疗癌症、遗传性疾病等；在农业领域中，可以用于改良作物品种、提高产量和抗逆性能；在环境保护领域中，则可以用于生态修复和污染治理等方面。
四、风险和挑战尽管基因工程技术具有广泛的应用前景，但也存在着一些风险和挑战。
首先，基因工程技术可能会引起生态系统的破坏和生物多样性的丧失；其次，基因工程技术可能会导致人类健康和安全方面的问题；最后，基因工程技术还涉及到伦理和道德问题，需要加强监管和规范。
五、结论总之，基因工程技术是一种非常重要的生命科学技术，具有广泛的应用前景。
第一章 基因工程概述
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。
基因工程的基本概念
B 基因工程的基本定义
基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，
包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的
是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技
术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模
酶工程
基因工程的基本概念
D 基因工程的基本形式
第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达 经典基因工程 第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变 蛋白质工程
第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构 途径工程
第四代基因工程 基因组或染色体的转移
基因组工程
第二节 基因工程的诞生和发展
一、基因
泛基因阶段
孟德尔遗传因子阶段
（如胰岛素）、干扰素、乙肝疫苗等 研制新型疫苗（HIV、霍乱、单纯疱疹病毒等）
生产具有药用价值的生物制剂，如水蛭素等
3. 基因诊断
– 遗传性疾病的分子诊断
– 癌症的分子诊断 – DNA指纹
4. 基因治疗
是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异 常引起的疾病，以达到治疗目的。
3．断裂基因
1个基因被间隔区分成不连续的若干区段，这种编码序列不连续的间断基因被称为 断裂基因。
4．假基因
不能合成出功能蛋白质的失活基因 。
5．重叠基因
不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的 即重叠的。
现代对基因的定义是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列， 是遗传物质的最小功能单位。
二、 基因工程的诞生
顺反子阶段
1957 年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌 体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结 构，提出了顺反子（cistron）概念。 顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定 1条多肽链。
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。
基因工程概述
基因工程是通过基因操作，将目的基因或DNA片段与合适的载体连接转入目标生物细胞，通过复制，转录，翻译外援目的基因以及蛋白质的活性表达，使转基因生物获得新的遗传性状的操作。
基因工程的目标是实现转基因生物性状的定向改良，技术上包括基因或DNA 的体外重组，转基因，重组子筛选与扩大繁育等多个环节，目的性和技术性都很强，需要严密的实验设计。
基因工程的技术流程包括以下几个基本环节：目的基因克隆，载体的准备，目的基因与载体的连接，重组DNA转化/转染/转导，重组体的筛选与鉴定，最后是重组体的大量培养，外源基因表达效应分析与开发应用。
从技术流程来看，基因工程包括四个基本条件：目的基因，载体，工具酶以及宿主细胞。
基因工程的发展经历了理论和技术的酝酿，诞生和快速发展等几个阶段。
遗传物质DNA 的确定，DNA双螺旋结构的提出以及半保留复制机制的届是以及中心法则的提出为基因工程的诞生奠定了理论基础，而限制性内切酶核酸，连接酶的发现，载体的应用以及大肠杆菌转化体系的建立则为基因工程的诞生奠定了重要的技术基础。
基因工程能够真正应用离不开酶学，DNA重组技术的建立和发展是以各种核酸酶的发现和应用为基础的，特别是限制性内切核酸酶和DNA连接酶的发现和应用，使DNA分子的体外切割与连接真正成为可能。
通过切割相邻两个核苷酸残疾之间的磷酸二酯键，从而使核酸分子多核苷酸链发生水解断裂的酶叫做核酸酶，把应用于基因工程的各种核酸酶统称为基因工程的工具酶。
基因工程中常用的工具酶有：限制性内切核酸酶（特异切割DNA），DNA连接酶（DNA 片段间连接，产生重组DNA分子），DNA聚合酶Ⅰ（切口平移制作高比活探针；3’突出末端DNA分子标记），Klenow片段（3’凹陷末端的补平；双链DNA 3’末端标记；延伸寡核苷酸引物合成探针），TaqDNA聚合酶（PCR），反转录酶（合成cDNA），碱性磷酸酶（去磷酸化，防止载体自身连接），RNA酶（去除基因中的RNA）。
基因工程概述
第一章 基因工程
第一节 基因工程概述
•主要内容：
（1）基因工程的概念 （2）基因操作的工具 （3）基因操作的基本步骤
一、 基因工程的概念 这种技术是在生物体外，通过对 DNA分子进行人工“剪切” 和“拼接”，对生物的基因进行 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 因在受体细胞内表达，产生出人 类所需要的基因产物。
三、将目的基因导入受体细胞
大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农 • 常用的受体细胞： 杆菌、酵母菌和动植物细胞等
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
方法
将目的基因导入 ——显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 微生物细胞
1、将目的基因导入植物细胞
特点: （1）农杆菌 转化法
1、（多选）一个基因表达载体的构建应包括 ABCD A．目的基因 B．启动子 C．终止子 D．标记基因
2、下列关于基因表达载体的叙述不正确的是 A A．启动子是与RNA聚合酶识别和结合的部位，是起 始密码 B．启动子和终止子都是特殊结构的DNA短片段，对 mRNA的转录起调控作用 C．标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因 从而便于筛选 D．基因表达载体的构建视受体细胞及导入方式不同 而有所差别
3、基因的运输工具——运载体 要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物 体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细 胞内去！能将目的基因送入细胞的工具就是运载体。 运载体必须同时满足 三个要求： ①具有多个限制酶切点； ②能进入受体生物细胞并 在受体生物细胞内复制并 表达； 目 ③具有标记基因。 的 基 常用的载体有质粒、 因 插 噬菌体、动植物病毒等； 入 最早用的载体是一种环状 位 点 DNA——质粒。
基因工程的五个基本流程
基因工程的五个基本流程一、基因工程的概述基因工程是一种通过改变生物体遗传物质的结构和组成，从而达到改变其性状和功能的技术。
基因工程技术的应用范围广泛，包括农业、医药、工业等领域。
二、基因工程的五个基本流程1.选择目标基因选择目标基因是进行基因工程的第一步。
目标基因可以是已知的具有特定功能的基因，也可以是未知的探索性研究对象。
在选择目标基因时需要考虑多个方面，如所需功能、适用范围、安全性等。
2.克隆目标基因克隆目标基因是进行基因工程的关键步骤之一。
克隆目标基因需要进行以下几个步骤：（1）提取DNA：从生物体中提取DNA。
（2）切割DNA：使用限制性内切酶将DNA切割成特定长度。
（3）连接载体：将目标DNA片段与载体连接起来。
（4）转化宿主细胞：将连接好的载体转化到宿主细胞中。
3.构建重组表达载体构建重组表达载体是进行基因工程的另一个重要步骤。
重组表达载体是将目标基因嵌入到载体中，使其能够在宿主细胞中表达。
构建重组表达载体需要进行以下几个步骤：（1）选择合适的载体：选择合适的载体，如质粒、病毒等。
（2）插入目标基因：将克隆好的目标基因插入到载体中。
（3）调节表达：调节重组表达载体的启动子和终止子，以控制目标基因在宿主细胞中的表达。
4.转染宿主细胞转染宿主细胞是将构建好的重组表达载体转移到宿主细胞中，使其能够在宿主细胞中进行表达。
转染宿主细胞需要进行以下几个步骤：（1）选择合适的宿主细胞：选择合适的宿主细胞，如大肠杆菌、哺乳动物细胞等。
（2）转染重组表达载体：将构建好的重组表达载体转移到宿主细胞中。
（3）筛选阳性克隆：通过筛选阳性克隆来确定成功转移和表达目标基因的细胞。
5.分离和纯化目标蛋白分离和纯化目标蛋白是将表达出的目标基因转化为蛋白质，并对其进行分离和纯化的过程。
分离和纯化目标蛋白需要进行以下几个步骤：（1）破碎宿主细胞：将表达目标基因的宿主细胞破碎，释放出目标蛋白。
（2）分离目标蛋白：使用不同的技术对混合物进行分离，如层析、电泳等。
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基因工程进展概述
19世纪后期，一位修道士又开创了一个生物的新纪元，他就是孟德尔—“现代遗传学之父”。
孟德尔通过豌豆杂交实验提出了基因的分离和自由组合定律，提出了遗传因子的概念，这算是基因被发现的源头。
随后遗传学不断发展壮大起来，基因工程也不断发展起来。
然后，到1909年丹麦科学家约翰逊提出了基因的概念来表示孟德尔的遗传因子，基因一词深入到了生命科学的世界中。
从1869年瑞士医生弗雷德里希·米歇尔发现DNA开始，到1919年菲巴斯·利文发现DNA的组成，再到威廉·阿斯特伯于1937年通过X光射线图阐明DNA 结构的规律性，再到1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋模型，生物遗传的另一重大发现慢慢呈现在人们眼前。
期间，从格里菲斯的肺炎双球菌实验到艾弗里的“转化因子”的实验，再到赫尔希和蔡斯T2噬菌体转化实验人们逐步发现了DNA在生命世界中的作用。
遗传的神秘面纱慢慢地被人们所揭开。
在摩尔根提出遗传学第三定律—基因的连锁交换定律，确立了基因在染色体上的学说之后，而染色体上的遗传物质就是DNA于是乎基因与染色体联系了起来。
人们渐渐意识到基因就是具有遗传效应的DNA片段，携带着遗传信息。
人们又逐渐破译了遗传的秘密，从1957年F.H.C.克里克提出中心法则“DNA →RNA→蛋白质”，那时人们已慢慢清晰遗传到底是怎样进行的。
再到1970年H.M.特明和D.巴尔的摩发现了“RNA→DNA”转化之后，克里克又完善了中心法则。
当然最广泛的还是最初的那一条“DNA→RNA→蛋白质”。
也就是说遗传信息表达的过程也清楚了。
之后人们也逐渐清晰的认识到基因是如何表达的，明白了DNA的转录过程，知道了基因表达过程是如何由外显子、内含子是如何调控的，于是人们更清晰的认识到基因表达的内涵。
随着尼伦伯格和马太破译出了第一个遗传密码，mRNA上的密码子逐渐被人们发现，而且把密码子与各个氨基酸相对应起来。
对于人们对于遗传的表达更深一层了解。
这样人们对于翻译过程也有了更多的了解。
就这样，基因表达过程在20世纪被人们发现了，先从基因说起也就是一个具有遗传效应的DNA片段，里面含有很多的碱基对，而这碱基对的排序便蕴藏着丰富的遗传信息。
然后在RNA聚合酶结合基因上的启动子，转录产生mRNA，
这mRNA上携带有密码子。
mRNA到达核糖体之后，tRNA运送来氨基酸进行翻译，于是一条条肽链形成，然后盘曲折叠产生蛋白质。
于是，基因被表达了。
其实很久之前，人们就意识到，真正发挥作用的大多为蛋白质或其它细胞代谢产物，而细胞代谢产物获得也离不开蛋白质，于是蛋白质起着非常重要的作用。
可是蛋白质的获得并不容易。
于是，人们就想如何快速获得蛋白质。
自从科学家发现基因表达产物即为蛋白质之后，于是人们就利用基因的功能来进行试验，于是基因工程应运而生。
基因工程也就是按人们意愿设计，通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。
也就是说要改造基因，改变碱基序列。
这离不开DNA片段的剪切、拼接技术。
发现了DNA限制酶的纳森斯、亚伯与史密斯无疑为此作出了巨大贡献，再加上连接酶使得基因改造变得容易起来。
这都为基因工程的进行提供了必要的条件。
后来PCR技术的开发与推广使得基因工程更广泛的应用起来。
基因工程逐渐实现了应用阶段，广泛应用于从20世纪后期一直到现在。
从1969年科学家第一次分离出基因，基因这一个普通而又不普通的分子片段，想一下存在少说几亿年以上，被人们分离出来了解清楚之后定能发挥无穷的力量。
基因表达的破译，基因工程的应用随即开始。
于是乎，从20世纪70年代你兴起了这一又称为DNA重组技术和基因重组技术的科学技术。
基因工程就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。
对于基因工程，应用非常广泛。
首先不得不说基因工程在医药方面的应用。
1982年世界第一个基因工程的药物—从组胰岛素投放市场以来，人们，基因工程就在医药方面流光溢彩。
抗生素的大量生产得益于基因工。
这些细菌的代谢产物放以前肯定是名贵药材，可现在，一支青霉素也就几元钱。
这就是科学家通过基因工程把产青霉素的基因通过质粒转移到大肠杆菌细胞内，让其表达产生了大量青霉素。
虽然这导致了如今的抗生素的滥用，超级菌的产生，但我们不得不提的是它挽救了多少生命。
除了抗生素之外，基因工程在其它医药方面可以说也是贡献不小，干扰素这一抗病毒活性抑制肿瘤生长的蛋白质即由基因工程所得。
如2003年非典时期江南大学与丽珠集团苏州新宝制药厂联合研制的从组人α-2b干扰素口鼻腔喷雾剂，解决了干扰素长期保存不稳定的难题。
还有很多基因工程在医药方面的应用。
基因工程药物成为了制药领域的一支重要部队，每年平均有约有3-4种新药或疫苗产生，开发成功约50余种药物，包括人胰岛素、忍尿激酶、人生长激素、干扰素、激活剂、乙肝疫苗等广泛用于治疗疑难杂症的药物。
以及应用单克隆技术所制作的“生物导弹”可针对癌细胞进行治疗。
这些都是基因工程给人类带来的便利。
然后是基因治疗这一基因工程在医药方面的应用。
基因治疗就是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。
也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。
从广义说，基因治疗还可包括从DNA 水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。
对于基因治疗分为两大类：体细胞的基因治疗和生殖细胞的基因治疗。
对于一些遗传病，基因治疗确实是根除它们的好方法，把正常的外源基因导入病变细胞。
还可以利用基因敲除技术或基因打靶技术，将病变的基因全部杀死，插入矫正基因，得以治疗矫正和预防遗传病得目的。
现在基因治疗一部分已经进行临床试验，而且还有一些已经得到了实际的应用。
相信基因治疗在以后的遗传病的治疗方面起到非常好的效果。
然后，我想在说一下基因工程在农业方面的应用。
相信说道基因工程大家的第一印象就应该是转基因食品。
这一在前几年进行争论的沸沸扬扬的焦点。
所谓转基因就是把某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。
当然得到的产物就是转基因食品。
转基因给人们带来了大产量的农作物，得到更优质的牲畜及其制品。
可以说给不仅是农民还有广大人民群众带来了巨大的利益。
看看那些营养成分更高的食物，口感更好的食物，质地更好地农副加工品，不得不说转基因技术这一基因工程的一个小分支给人们带来了很大的便利。
对于转基因食品安全性的怀疑，我感觉确实没有必要。
看至少目前为止
还没有发生转基因食品给人们带来危害，而且这些基因本身产物就没有危害，而且相信科学家也进行了大量的实验来验证安全性。
在农业方面还有就是基因工程在农作物防病虫害方面的应用。
通常，科学家往植物细胞中导入能仅针对某些害虫的蛋白质的基因，让其在植物体内产生可杀死害虫而不对人体以及其他生物有害的蛋白质。
如将Bt基因导入植物来使其产生苏云金芽孢杆菌的毒蛋白来控制害虫。
动物转基因育种不仅可以得到一些具有高蛋白产量产物的牲畜还可以用此来生产药物，如利用羊的乳腺生物发生器来生产药物。
而且转基因动物导入人的基因可能产生不具有免疫排斥反应的可移植器官。
可以说应用前景非常广泛。
现在，人类基因组计划已经基本完成，人类的所有基因也已经测出来了，相信在对这些基因的用途进行充分了解之后，对于很多难治的遗传病将可以通过基因治疗的手段进行解决。
而且随着蛋白质工程的进行，人们法相有用的蛋白质通过其结构氨基酸排序逆推出其基因，然后通过基因工程的方法进行生产。
可以说基因工程在21世纪会有更广泛的利用。
当然我认为基因工程不仅能对整个人类带来很大的便利，而且对于整个大自然都有很大的应用，可以说基因工程非常具有应用前景。