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基因工程 gene engineering 讲稿 主讲教师：刘丽华 副教授 2011-3-1 第一章 绪论 主要内容： 1. 基因工程的定义 2. 基因工程的流程 3. 基因工程的诞生 4. 基因工程的安全性 5. 基因工程的应用 讲解流程： —— 基因工程的定义 —— 基因工程的流程(切、接、转、筛选、表达) —— 基因工程的诞生（三大理论：DNA是遗传物质、DNA的双螺旋结构、中心法则及遗传密码。几项技术：DNA分子的体外切割与连接技术；DNA分子的核苷酸序列分析技术；外源DNA对感受态的大肠杆菌细胞的转化技术；琼脂糖凝胶电泳和Southern转移杂交技术。重组实验） —— 基因工程的安全性（潜在危险、安全措施----物理和生物） —— 基因工程的应用（基因工程与农业、基因工程与工业、业基因工程与医药） 绪论 20世纪70年代初，在生命科学发展史上发生了一个伟大的事件，美国科学家S. Cohen第一次将两个不同的质粒加以拼接，组合成一个杂合质粒，并将其引入大肠杆菌体内表达。这种被称为基因转移或DNA重组的技术立即在学术界引起了很大的震动。很多科学家深刻认识到这一发现所包含的深层含义以及将会给生命科学带来的巨大变化，惊呼生命科学一个新时代的到来，并且预言21世纪将是生命科学的世纪。 由于基因转移是将不同的生命元件按照类似于工程学的方法组装在一起，生产出人们所期待的生命物质，因此也被称为基因工程。基因工程的出现使人类跨进了按照自己的意愿创建新生物的伟大时代。虽然从它的诞生至今不足40年，但这一学科却获得了突飞猛进的发展。 科学家说，在下个世纪，我们将能够从根本上改变ＤＮＡ，在创造出新生命形式的同时把我们的幻想和虚荣心编成代码。我们的孩子也许能选择下一代的特征———选择他们的性别、眼睛的颜色，操纵他们的智商、个性和运动能力。他们也许能克隆自己、或者某一个子女、或者他们崇拜的某一位名人，甚至可能在我们死后克隆我们，自那头名为多利的克隆羊诞生以来，很少有人怀疑克隆人会在２０２５年之前诞生。那样一来，性器官与繁殖后代之间的联系将被打破。人们只需从自己的身体上切下一小部分，就能生长成一个新的个体———就像柳树那样。 美国加州技术学院的本泽和他的学生首次发现了“时钟基因”，该基因控制着每一个活细胞的生命时钟进程。最近他发现一种发生基因突变的果蝇的寿命比其它果蝇长三分之一，而这种差异仅仅是由一条单独的基因造成，本泽称它为玛士撒拉（Ｍｅｔｈｕｓｅｌａｈ，《圣经·创世记》中人物，据传享年９６５岁）。既然果蝇的寿命能通过一条基因来延长，那我们也可以大胆地预言，下个世纪，科学家们将找到调整人类生命时钟的方法。 1. 基因工程的定义 在体外对不同生物的遗传物质（基因）进行剪切、重组、连接，然后插入到载体分子中（细菌质粒、病毒或噬菌体DNA)，转入微生物、植物或动物细胞内进行无性繁殖，并表达出基因产物。 2. 基因工程的流程 1、DNA片段的取得（目的基因的分离和制备） 2、DNA片段和载体的连接——重组体DNA 3、外源DNA片段引入受体细胞——基因克隆和基因文库 4、选择基因（目的基因） 5、目的基因表达 3. 基因工程的诞生 关于基因研究的简单发展历程已经清楚地表明，近几十年来，由于受到分子生物学和分子遗传学发展的影响，基因分子生物学的研究取得了前所未有的进步。而这些学科的综合成就，又为基因工程的诞生奠定了坚实的理论基础。概括起来，这些成就主要包括三个方面：第一是，在40年代确定了遗传信息的携带者，即基因的分子载体是DNA而不是蛋白质，从而明确了遗传的物质基础问题；第二是，在50年代揭示了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机理，解决了基因的自我复制和传递的问题；第三是，在50年代末期和60年代，相继提出了“中心法则”和操纵子学说，并成功地破译了遗传密码，从而阐明了遗传信息的流向和表达问题。由于这些问题的解决，人们期待已久的，应用类似于工程技术的程序，主动地改造生物的遗传特性，创造具有优良性状的生物新类型的美好愿望，从理论上讲已有可能变为现实。 但是，由于基因工程是一门内容广泛的、综合性的生物技术学科，要在60年代的科学发展水平下真正实施基因工程，还有许多问题，特别是一些技术问题有待研究解决。例如，要详细了解DNA编码蛋白质的情况，以及DNA与基因的关系等等，就必须首先弄清DNA核苷酸序列的整体结构。这无疑是一项十分艰巨的工作。众所周知，生物有机体，尤其是具有复杂基因组结构的真核生物，其DNA的含量是十分庞大的（表1–1）。粗略的估计，哺乳动物细胞基因组的染色体DNA，总长度大约有3×109bp，基因只是间断地分布在这些漫长的碱基序列中间。一个哺乳动物的基因组，大约是由5万到10万个基因组成的，每个基