第五章纳米生物学.ppt

《第五章纳米生物学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章纳米生物学.ppt（95页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、2019/8/13,1,第五章 纳米生物学,纳米技术向生物学研究的各个领域广泛地渗透，纳米科技与分子生物学的交叉产生了纳米尺度上的生物学，即纳米生物学，它将在单分子水平探索生命运动规律。 纳米生物学的标志性领域：生物计算机、纳米生物机器人、生物芯片等等。,2019/8/13,2,一斛珠-南唐 李煜 词,晓妆初过，沉檀轻注些儿个。向人微露丁香颗，一曲清歌，暂引樱桃破。 罗袖裛残殷色可，杯深旋被香醪涴。绣床斜凭娇无那，烂嚼红茸，笑向檀郎唾。 说明：前后阕共五十七字。仄韵到底 。,2019/8/13,3,一斛珠,唐 据说为梅妃所写 柳叶双眉久不描,残妆和泪污红绡。 长门尽日无梳洗，何必珍珠慰寂寥,2

2、019/8/13,4,首先 回顾一下生物学知识,2019/8/13,5,海克,林奈,显微镜未发明之前，传统上将生物划分为动物与植物王国，这是瑞典生物学家林奈(Carl von Linne)提出的二界分类法(two kingdom classification)。到了18世纪显微镜发明以后，科学家发现尚有许多低等的微生物兼具有动植物的特征，例如细菌、眼虫等等，于是他认为以往的分类法不够恰当。1866年海克(Haeckel)提出了三界分类法(three kingdom classification)，将生物界分成微生物界、植物界和动物界。,2019/8/13,6,近代又有五界分类法的观念，将生物分

3、为原核生物界(Monera)、原生生物界(Protista)、真菌界(Fungi)、植物界(Plantae)和动物界(Animalia)。,2019/8/13,7,生命之树,2019/8/13,8,构成生命的物质基础,人体的基本元素11种：氢（63%）、氧（25.5%）、碳（9.5%）、氮（1.4%）、钙、磷、钾、硫、氯、钠、镁；另有约20种微量元素：铁在血红蛋白、铜在血蓝蛋白、钴在维生素B-12、锌在DNA聚合酶和RNA聚合酶、碘在甲状腺素、钼在固氮酶和黄嘌呤氧化酶、锰在光合作用中心，等等。 水（6070%）、无机盐。,2019/8/13,9,2019/8/13,10,生物承载生命：系统是一

4、个开放系统,2019/8/13,11,生物进化论,2019/8/13,12,查尔斯达尔文（Charles Darwin，1809-1882）是英国著名生物学家。达尔文出生于英国一个医生的世家，他的家人希望他秉承家族的传统，从事医学事业。19岁，达尔文的家人把他送到Cambridge去学习神学，在Cambridge期间，达尔文结识了当时著名的植物学家Henslow和著名地质学家Sedgwick，并接受了植物学和地质学研究的科学训练。 1859年发表了物种起源一书，用大量的事实证明了生物变异的普遍性、变异与遗传的关系，提出了生存竞争和自然选择学说，系统地论述了物种形成的机制。该书的发表标志着现代生

5、物进化理论的形成，引发了近代最重要的一次科学革命，因而达尔文被称为生物进化论的奠基人。,John Stevens Henslow,Adam Sedgwick (17851873),Charles Darwin,2019/8/13,13,达尔文生物进化论,达尔文的进化论已经创立140余年了。 在其诞生之初，是作为一种假说被提出来的。除达尔文本人从对一些植物，动物形态的观察得出的推论外，并没有什么化石证据。达尔文在物种起源书中论及化石时，标题为“不完美的地质记录”。他承认在当时的化石研究中并未有证据显示有物种间过渡类型的存在，并指出这可能是最易于检验而又具有杀伤力的反进化论的理由。他看到了进化论的

6、先天缺陷，并希望后人能予以验证。但是时至今日，进化论已成为一个公理；一个信仰；甚至一个宗教。 列宁在总结达尔文进化论的意义时说：“达尔文的著作最后把上帝从自然界赶走了，生物科学便站立起来了。”,2019/8/13,14,2019/8/13,15,达尔文生物进化论的主要观点,生物具有共同的祖先； 生物总是不断地发生变异，这些变异有的很明显，一眼可见；有的变异十分微小，人类不易察觉； 自然界是最公正的裁判，它每时每刻都在审视生物界的各种变异，“适者生存，优胜劣汰”； 生物普遍具有强大的生殖能力，这是自然选择的结果； 由于各种变异的积累，同种生物间逐渐有所不同，日益积累，最终导致新物种的诞生。,20

7、19/8/13,16,生物总祖论、自发变异与自然选择是达尔文进化论的两大主题：,自然选择说主要包括以下三个和谐统一的内容： （1）生存斗争的理论。生殖过剩与生存条件的有限这一矛盾是地球上的物种被淘汰的外在原因之一。 （2）遗传性发生变异的理论。虽然变异的机制并不清楚，但普遍发生变异的事实不容否认，达尔文以此说明物种演变的内在原因。 （3）适者生存的理论。生存条件一直在变化，如果物种的变异适合于变化的环境，那么就在生存斗争中取得胜利而发展；如果物种的变异不适宜于它当时生存的条件，那么就趋于衰减或灭亡。,2019/8/13,17,综合进化论,在达尔文的进化论发表后，虽然大多数人接受了进化思想，但对

8、自然选择学说仍持有很大异议。直到20世纪30年代，随着居群遗传学研究的进展，发现自然选择可以造成基因库的很大变化，这种把现代遗传学（突变、基因漂移及基因交流）与达尔文的自然选择结合起来作为进化的主要机制的思想被称之为“综合进化论”。,2019/8/13,18,综合进化论,综合进化论使自然选择学说更加精确，它更新了自然选择学说的一些基本概念，简述如下： 1、在达尔文看来，进化的改变仅仅体现在个体上，综合进化论则认为，由于基因分离和重组，有性繁殖的个体不可能使其基因型恒定地延续下去，只有交互繁殖的种群才能保持一个相对恒定的基因库。因此，进化体现在种群的遗传组成的改变上，不是个体在进化，而是种群在进

9、化；,2019/8/13,19,2、在达尔文学说中，自然选择来自繁殖过剩和生存斗争（基于繁殖过剩和生存斗争做出的一个推论），而在综合进化论中，则将自然选择归结为不同基因型有差异的延续。在种间或种内的生存斗争中，竞争的胜利者被选择下来，它的基因型得以延续下去，这固然具有进化价值，但除此之外，生物之间的一切相互作用，包括捕食、竞争、寄生、共生、合作等等，只要影响基因频率和基因型频率的变化都具有进化价值。没有生存斗争，没有“生死存亡”问题，单是个体的繁殖机会的差异也能造成后代遗传组成的改变，自然选择也在进行;,2019/8/13,20,3、达尔文还不能区别可遗传的变异和不遗传的变异，他有时还采用了后

10、天获得性遗传的概念。综合进化论摒弃了这些过时的概念，而将自然选择学说和门德尔理论及基因论结合起来。,2019/8/13,21,现代综合进化论的主要观点,（1）基因突变、染色体畸变和通过有性杂交实现的基因重组合是生物进化的原材料。 （2）进化的基本单位是群体而不是个体；进化是由于群体中基因频率发生了重大的变化。 （3）自然选择决定进化的方向；生物对环境的适应性是长期自然选择的结果。 （4）隔离导致新种的形成；长期的地理隔离常使一个种群分成许多亚种，亚种在各自不同的环境条件下进一步发生变异就可能出现生殖隔离，形成新种。,2019/8/13,22,现代综合进化论的特点：,强调进化的渐进性，认为进化现

11、象是群体现象并重新肯定了自然选择的压倒一切的重要性。 现代综合进化论继承和发展了达尔文学说，能较好地解释各种进化现象，所以近半个世纪以来，在进化论方面一直处于主导地位。,2019/8/13,23,人体基本结构知识,人体骨骼 人体共有206块骨骼，分为颅骨、躯干和四肢3个大部分。 其中，有颅骨29块、躯干骨51块、四股骨126块。,2019/8/13,24,人 体 骨 骼,2019/8/13,25,中华人体穴位示意图,2019/8/13,26,中华人体穴位示意图,2019/8/13,27,中华人体穴位示意图,2019/8/13,28,中华人体穴位示意图,2019/8/13,29,中华人体穴位示意

12、图,2019/8/13,30,中华人体穴位示意图,2019/8/13,31,中华人体穴位示意图,2019/8/13,32,构成生命的基本单位-细胞,细胞： 英文名:CELL 在文章中简称C； 人体中无论是坚硬的骨，还是柔软的脑，以及其他内脏等，都是由细胞构成的。细胞是人体结构、机能和生长发育的基本单位。细胞具有物质代谢、生长、繁殖、分化、感应，衰老及死亡等特性。,2019/8/13,33,细胞有两大类：原核细胞和真核细胞。真核细胞比原核细胞大，一般细胞都很微小，只有在显微镜下才能看清它们的面貌，约在10100m。 大型动物和人的神经纤维、骨骼肌细胞长达140毫米；但是，也有长达1米以上的细胞。

13、,2019/8/13,34,细胞,细胞的形态和大小千差万别，它们处于不同的位置和担负不同的功能。如游离在血液中的血细胞是圆形的，密集在一起的上皮细胞是多角形的，而神经细胞则有着多而长的突起。 细胞的内部结构，由细胞膜、细胞质、细胞核组成,2019/8/13,35,2019/8/13,36,植物细胞和动物细胞的结构模式图,2019/8/13,37,2019/8/13,38,细胞膜结构示意图,研究细胞膜的化学组成，大都用动物细胞、红细胞、神经髓质等作为研究材料。由于细胞膜很薄，而光学显微镜的分辨力低，因此在光学显微镜下是看不清细胞膜的，只有在电子显微镜下才能真正看到一层厚约8 nm的膜。通过对细胞

14、膜的化学分析知道，细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的，在膜的中间是磷脂双分子层，实际上包括两层磷脂分子，这是细胞膜的基本支架，由它支持着许多蛋白质分子。这些蛋白质分子可以分成两类。一类蛋白质分子排布在磷脂双分子层的外侧，即镶在膜的表层；另一类蛋白质分子，有的部分嵌插,在磷脂双分子层中，有的贯穿在整个磷脂双分子层中。,2019/8/13,39,植物细胞简明示意图,2019/8/13,40,植物细胞的生长过程,2019/8/13,41,植物细胞结构图,2019/8/13,42,人体解剖图（正面、背面、左面、右面）,人体分五大部分，即头、胸、骨盆、上肢（包括上臂、小臂、手）、下肢（包括大腿、小

15、腿、脚）。 头部、胸部、骨盆部是人体中的三个主要的体块，它们本身是不能活动的，把这三部分连接在一起的是颈椎和腰椎。,2019/8/13,43,人体比例简介,由于年龄和性别的不同，人体的比例也有所差异。 以人的头长为单位，全身的长度通常为七个到七个半头长。颈部约为四分之一头长，胸部约为一又四分之一头长，腰部约为四分这一头长，骨盆部约为四分之三头长，上肢约为三又三分之一头长，其中上臂约为四分之三头长，上肢约为三又三分之一头长，其中上臂约为一又三分之一头长，小臂约为一又三分之一头长，手约为三分之二头长，下肢约为四个半头长，其中大腿约为二又四分之一头长，小腿至脚跟约为二又四分之一头长。从头顶至骨盆下端

16、的长度比骨盆下端至脚跟的长度约短半个头长。,2019/8/13,44,2019/8/13,45,2019/8/13,46,PCR技术简史,DNA的复制 核酸体外扩增的设想 聚合酶链反应的发明,2019/8/13,47,PCR扩增原理及技术概念,聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）简称PCR技术 -一种与体内DNA复制过程类似的体外扩增特异DNA片段的技术，它是在模板、四种dNTPs及两种特异性引物存在的条件下耐热性TaqE的酶促聚合反应，数小时后，能将极微量的目的DNA片段扩增数十万倍，乃至千百万倍，无须经过繁琐费时的基因克隆过程，便可获得足够数量的目的DNA片

17、段，所以有人称之为无细胞分子克隆法。,2019/8/13,48,PCR反应分三步：,(a)高温变性（denaturation）：高温（通常94）变性双链模板DNA; (b)退火（annealling）：当温度降低时，由于模板DNA结构较引物复杂得多，而且引物大大过量，使引物在与其互补的模板局部形成杂交双链，而模板DNA双链之间互补的机会较少; (c)延伸（extention）：中温（72）下TaqE沿5-3方向催化以引物为起点的DNA链延伸反应。 三个步骤形成一个循环，多个循环组成PCR反应。 (d)-(g)每一个循环的产物可以作为下一循环的模板，数小时之后，介于两引物之间的特异DNA片段得到

18、大量扩增，数量可达到1067拷贝。,2019/8/13,49,PCR技术简史,DNA的复制 核酸体外扩增的设想 聚合酶链反应的发明,引物酶,引物酶,2019/8/13,50,PCR技术简史,DNA的复制 核酸体外扩增的设想 聚合酶链反应的发明,DNA 聚合酶,DNA 聚合酶,2019/8/13,51,PCR技术简史,DNA的复制 核酸体外扩增的设想 聚合酶链反应的发明,2019/8/13,52,PCR技术简史,DNA的复制 核酸体外扩增的设想 聚合酶链反应的发明,2019/8/13,53,Kary B. Mullis,1989年美国Science杂志列PCR 为十余项重大科学发明之首,比喻19

19、89年为PCR爆炸年, Mullis荣获1993年度诺贝尔化学奖。,2019/8/13,54,生物样品,DNA片段,基因诊断,基因治疗,基因工程产品,法医学检测,人类学研究,2019/8/13,55,人类染色体端粒DNA的荧光原位杂交照片,2019/8/13,56,SensoQuest LabCycler系列PCR仪,精确性：Sensoquest Labcycler独特的分区域控温，采用6个最先进的Peltier元件和6个温度传感器使整个加热模块具有极其出色的温度均一性和温度精确性，保证结果的可靠性和重复性。 可靠性：纯金属化设计，精确和高质量制作工艺使Labcycler的使用结果更可靠、经久

20、耐用,灵活性：可以更换的加热模块系统，满足您不同的实验需求。有多种不同格式各的加热模块可供选择。Windows图文界面，超大触摸显示屏，编程简单快捷。 创新性：远瞻性的设计和技术，系统软件的可升级性；使Labcycler更能适应未来科技的发展。,2019/8/13,57,纳米生物学的具体研究内容,纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下三个方面： 在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。 在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。 纳米机器人的研制,2019

21、/8/13,58,第一节 纳米医学,所谓纳米医学，就是利用分子器具和人体分子的知识，进行诊断、治疗和预防疾病与创伤，减轻疼痛，促进和保持健康的科学和技术。 采用分子机械系统来处理医疗问题，并用分子的知识在分子水平上维持人体的健康。 纳米医学的主要技术基础是纳米技术，并且是纳米技术和分子操作技术。,2019/8/13,59,一、纳米技术与临床医学,纳米药品：纳米抗菌药品、糖尿病纳米治疗药物； 疾病治疗：器官移植、基因治疗、用于治疗的纳米机器人、肿瘤治疗； 纳米技术与诊断：影像学诊断、植入传感器诊断、实验室诊断、癌症的早期诊断、遗传病诊断、病理诊断。,2019/8/13,60,二、纳米医用材料,生

22、物材料已是大家熟知的内容，例如：用于制衣、皮带的动物皮革是生物材料；用于镶牙和制作隐形眼睛的材料，尽管不是生物制品，但是被用于生物体内，也可以归于生物材料。 纳米生物材料也可以分为两类：一种是适合于生物体内应用的纳米材料，它本身即可以是具有生物活性的，也可以不具有生物活性，而仅仅易于被生物体接受，而不引起不良反应；另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料，它们可能不再被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造活的电线 组织工程中的纳米生物材料,2019/8/13,61,清华大学研制的纳米人工骨已被植入人体,由清华大学研制的纳米人工骨目前已被成功植入26名脊腰椎病或骨折患者体内，其中，20

23、名患者康复出院。昨天下午，又一位患者在东直门医院骨科接受人工骨植入手术。新型人工纳米骨可治疗人类骨缺损 。（2005年）,2019/8/13,62,纳米技术在解剖学中的应用,2019/8/13,63,利用“自组装”和“层层组装” 技术在仿生膜的分子组装方面曾取得阶段成果(Angew. Chem. Int. Ed. 40 (2001) 891；Chem. Eur. J., 9 (2003) 2589；Soft Matter 1 (2005) 259; Biomacromolecules 7 (2006) 580)；Biochem. Biophys. Res. Comm. 354 (2007)35

24、7。,他们利用分子组装的方法和分子仿生的概念，在流体表面或生物基质中，进行仿生物膜结构的有序组装，通过对组装膜的结构与功能进行调控，使组装体系在某种程度上具有生物膜的功能。这些组装的仿生体系在作药物和基因的输送与可控释放方面有潜在的应用前景(Chem. Eur. J., 10 (2004) 5848；Biomaterials 28 (2007) 3083；Angew. Chem. Int. Ed. 46 (2007) 2431)。,2019/8/13,64,韩国造出微型机器人 可钻入动脉清除阻塞物 2007年10月,韩国科学家研制出一种小到能从血管中通过的微型机器人。这种机器人的尺寸不及一毫米

25、，像螃蟹一样用六只足行走。科学家设计它的目的是，利用它清理阻塞的动脉。,资料图片：一种能钻入血管的机器人想象图,2019/8/13,65,PNAS：科学家揭开纳米世界的生命进化基础过程,纳米尺度的分子“格子”会根据尺寸自我选择，在铜表面找到合适的位置。,德国科学家在纳米尺度上的一项最新观察研究，验证了生命进化的基础性的一步，即分子的自动组装和自我选择（self selection）。相关论文发表在近期的美国国家科学院院刊（PNAS）上。 该实验简单说来，就是让多种不同的平面分子结构在内嵌指令（built-in instructions）的作用下激活，并在母板表面寻找自己适合的位置。其间，这些分

26、子会表现出自我选择那些处在错误位置的分子会为正确的分子让出位置。而分子的这种特性，也是无生命的分子可以最终成为生命体的基础。,2019/8/13,66,三、医用纳米机器和纳米机器人,纳米机器人由纳米传感器、纳米处理器与纳米执行器等组成； 纳米传感器探测疾病的性质和位置；纳米处理器考虑采用什么措施治疗；纳米执行器去治疗疾病。,2019/8/13,67,三、医用纳米机器和纳米机器人,“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也

27、称纳米机器人。,2019/8/13,68,我国研制成功纳米微操作机器人 可进入细胞内,纳米微操作机器人可广泛应用于纳米科学实验研究、生物工程与医学实验研究、微纳米科研教学等领域。使用纳米微操作机器人可完成对细胞染色体的切割操作;可以利用它操作纳米微粒，装配纳米级的电子器件，甚至画出纳米电路。未来利用纳米电路制成的电脑和家用电器，可以“想要它有多小，就能做多小”，直至可以进入细胞内部。,2019/8/13,69,英用纳米技术研发手表型哮喘警示器,英国科研学会开发成功一种手表型的哮喘警示器，该警示器实际上是一个电子鼻，空气中如含有容易诱发哮喘的气体的氮氧化合物，燃烧不完全的碳氢化合物等，它就会自动

28、报警，使哮喘病人能及时采取预防措施。,2019/8/13,70,智能化释药载体纳米凝胶的制备及其释药特性,1990年以来一些智能化高分子材料及其多孔凝胶(microgel)的合成及智能化变化已取得不少研究进展并在化学膜与阀，调光材料及生物学等方面有一些应用. 它们的特点是随着温度、pH值、离子强度及超声波等外界标志的微小变化，多孔凝胶的相体积会发生较大变化而使其孔隙增大，内含物释放速度急剧增大，产生级联放大效应，而一旦标志物恢复，相体积与内含物释放速度也恢复原状，此即是智能化可逆性响应.我们用自由基共聚法合成了含有盐酸阿霉素的丙烯酸-羟基丙酯(-HPAT)/乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物及其纳

29、米凝胶,2019/8/13,71,上图是科学家幻想的人体中的血红细胞和人造细胞在一起的情景。我们知道人体中红血球的重要功能之一是向身体的各个部分输送氧分子，因为如果身体的某些部分缺氧，那部分就会感到疲劳。画中的蓝色小球称为呼吸者，它们不仅具有比红血球携带氧分子多数百倍的功能，而且本身装有纳米计算机、纳米泵，可以根据需要将氧释放，同时将无用的二氧化碳带走。 科学家一直在研究微生物的机械本领并试图把它应用到纳米机械的设计中去。例如大肠杆菌等细菌的移动靠的是一种称为鞭毛马达的驱动机构。微生物的鞭毛马达虽然只有30至50纳米，但它的效率却极高。这种效率相当于只需百分之一马力就可以使体重60公斤的人像骑

30、摩托车一样飞速前进。,2019/8/13,72,2019/8/13,73,该图是画家笔下的一种纳米仿生术机器人。这种称为游荡者的纳米仿生物可以为人体传送药物，进行细胞修复等工作。,2019/8/13,74,上图描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由的游动，对于象脑血栓、动脉硬化等病灶，它们可以非常容易的予以清理，而不用再进行危险的开颅、开胸手术。,2019/8/13,75,第二节、生物芯片技术,生物芯片技术是指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学系统，实现对细胞、蛋白质、DNA以及其它生物组分的准确、快速、海量信息检测的相关

31、技术。,2019/8/13,76,生物芯片,定义：是指采用光导原位合成或微量点样等方法，在极小几何尺度的表面积上装配一种或多种活性生物，仅用微量生理或生物采样即可同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA特性以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。 特点：高通量、微型化和自动化； 分类：基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片。,2019/8/13,77,IBM 32纳米芯片将面世-2007年07月,IBM和德国的化工公司巴斯夫（BASF）集团联合表示，两者将共同开发特征尺寸为32纳米的新一代芯片技术。,2019/8/13,78,2019/8/13,79,第三节 基因工程,人类基因

32、组计划（HGP）是美国科学家于1985年率先提出。它的目标旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，从整体上破译人类遗传信息； 被誉为生命科学中的“阿波罗登月计划”。 1990年启动，原定于2005年完成。1999年12月1日国际人类基因计划联合研究小组（美、英、日、德、法、中）宣布，已完整译出人类染色体的遗传密码。在基因组序列中，人与人之间的差异仅为万分之一。提前启动“后基因组计划”，进一步解读大量生物的遗传密码。 中国科学家1999年9月获准参加，完成其中的1%。 人类大约有3-3.5万个基因（也就是大约相当于某些昆虫基因的2倍），24条染色体，30亿个碱基对。,2019/8/13,80,基

33、因研究对人类生活、社会的影响,2019/8/13,81,美诞生世界首例人造生命 研究者称运用前景广阔,2010年05月20日，美国科学家宣布世界首例人造生命完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生，并将它命名为“人造儿”。这项具有里程碑意义的实验表明，新的生命体可以在实验室里“被创造”，而不是一定要通过“进化”来完成。,2019/8/13,82,科学家们首先选取一种名为丝状支原体的细菌，对其基因组进行解码并复制，产生人造的合成基因组。然后，将人造基因组移植入另一种称为山羊支原体的细菌，通过分裂和增生，细菌内部的细胞逐渐为人造基因所控制，最终成为一种全新的生命。在培养皿中，合成细菌的分裂等行为就像天然

34、细菌一样。 科学家们在“人造儿”DNA上写入4个“水印序列”，使其有别于同类的天然细菌，以及在这种生物的后代中识别它的“祖先”。 “当带着水印的细胞活了过来，我们欣喜若狂，它是一个活生生的生物了，成为了我们地球上各种生命的一部分。,2019/8/13,83,应用前景广阔,尽管这种技术目前仍处于实验阶段，但研究人员相信其运用前景广阔。 研究小组计划，先合成出可供生命存在的最小数量的基因，然后通过“向其中弥补其他基因”而制造一系列新的微生物，比如可生产生物燃料的细菌、有用的药品、可以从空气中吸收二氧化碳和其他污染物的细菌或是制造合成疫苗所需的蛋白质。,2019/8/13,84,反对者称“打开潘多拉

35、魔盒”,克雷格文特尔，全名John Craig Venter，1946年10月14日， 出生于美国盐湖城，是一位生物学家及企业家。 时代杂志在2000年7月将凡特与人 类基因组计划代表佛兰西斯柯林斯同时选为封面人物， 又在2007年将他选进世界上最有影响力的人之一。,2019/8/13,85,科学家选取一种名为丝状支原体的细菌，将它的染色体解码。然后利用化学方法一点一点地重新排列DNA。 将重组的DNA碎片放入酵母液中，令其慢慢地重新聚合。 将人造DNA放入另外一个受体细菌中。通过生长和分离，受体细菌产生两个细胞，一个带有人造DNA，另外一个带有天然DNA。 培养皿中的抗生素将带有天然DNA的

36、细胞杀死，只留下人造细胞不断增生。 几个小时之内，受体细菌内原有DNA的所有痕迹全部消失，人造细胞不断繁殖。新的生命诞生了。,人造生命原理,2019/8/13,86,克隆动物：自从世界上第一只克隆动物，也就是克隆羊多利的诞生，引发了无数人的关注和惊叹。可是这种“克隆动物”的技术并没有引起人类的不满，于是欧美的一些科学家便继续深入研究克隆技术。2006年，韩国科学家继首次成功克隆出人类胚胎之后，再次创造出世界上首只克隆狗。,人造的历史,2019/8/13,87,2007年，韩国科学家克隆出 全身都可在黑暗中发光的小猫,2019/8/13,88,半兽人胚胎： 英国人工授精与胚胎学 管理局2008年

37、10月正式放行人类与动物 细胞混合起来制造胚胎研究。 反对者和一些宗教组织称，这项研究可能会颠覆人与动物之间的差别。 还有一些伦理学专家称这项计划令人反感，听起来像最疯狂的天方夜谭。,2019/8/13,89,人造精子卵子：2009年10月，美国斯坦福大学研究小组在自然杂志上撰文指出，他们已经找到蛋白质和维生素的混合秘方，令人类的胚胎干细胞变成生殖细胞，从而在实验室培育出原始的精子和卵子，从此生孩子可以成为“一个人的任务”。,2019/8/13,90,人类基因工程 大事记（1/4）,1869年，FMiescher首次从莱茵河鲑鱼精子中分离到DNA； 1944年，OTAvery等人在肺炎链球菌转

38、化实验中发现遗传信息的携带者是DNA而不是蛋白质； 1953年，JDWatson和FHCrick 提出DNA分子双螺旋结构模型； 1957年，Kornberg在大肠杆菌中发现DNA聚合酶I； 1958年，MMeselson和FWStahl 提出了DNA半保留复制模型； 1959年，SOchoa发现RNA聚合酶； 1961年，MWNirenberg等人破译出第一批遗传密码； 1965年，SWHolley完成了第一个酵母丙氨酸tRNA的核苷酸全序列测定；,2019/8/13,91,人类基因工程 大事记（2/4）,1966年，MWNirenberg，SOchoa和HGKhorana 共同破译了全部的

39、遗传密码； 1970年，HMTemin等在RNA肿瘤病毒中发现反转录酶； 1972年，HBoyer等人发展了关于重组DNA技术； 1975年，Sanger等人发明了快速的DNA序列测定技术； 1980年，美国最高法院裁定微生物基因工程可以获得专利； 1981年，第一只转基因小鼠和转基因果蝇诞生； 1982年，第一个由基因工程生产的药物胰岛素，在美国和英国获准使用； 1983年，第一个表达其它种植物基因（一个基因）的转基因植物培育成功； 1985年，第一批转基因家畜出生； 1988年，JDWatson出任“人类基因组计划”首席科学家；,2019/8/13,92,人类基因工程 大事记（3/4）,1

40、990年，第一个转基因玉米及转基因小麦植株诞生； 1994年，基因工程西红柿在美国上市； 1995年，自然杂志汇集发表了人类基因组全物理图，以及3号、16号和22号人染色体的高密度物理图； 1997年，克隆羊多利诞生； 1999年，超级鼠出生； 2000年，人类基因组计划完成 2003年4月：人类基因工程这一整张人类遗传密码图的完成总共花费27亿美元，耗时13年。,2019/8/13,93,人类基因工程 大事记（4/4）,2005年10月：国际“人类基因组单体型图(HapMap)计划”的第一项研究关于基因多样化的目录被公开。 2005年12月：美国NIH启动的肿瘤基因组计划诞生，这项准备时间长

41、达3年，耗资1亿美元的试点工程专门研究人类基因与癌症之间的联系。 2006年：基因分型及排序的价格迅速下跌，使得有关研究费用几近低于1000美元。 2007年5月：詹姆士沃特森的整个基因组以低于100万美元的价格得到排列。 2007年9月：克雷格文特尔公开其基因组排列结果。 2007年11月：基因分析公司“23andMe”成立，它可以向人们提供详细的基因鉴定服务，费用为1000美元。,2019/8/13,94,第四节 DNA计算机,利用特定的DNA结构DNA核酶可以构建各种DNA分子逻辑门，这为DNA计算机的发展奠定了基础。 DNA计算是计算机科学和分子生物学相结合而发展起来的新兴研究领域。,2019/8/13,95,DNA计算机的优势,惊人的存贮容量：1立方厘米的DNA存储的信息比1万亿张光盘存储的还多； 惊人的运算速度：十几个小时的DNA计算，就相当于所有电脑问世以来的总运算量； 工作的并行性：可在同一时间试验每一个可能的答案； 能耗非常低：只有电子计算机的百亿分之一。,