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1、第六章 生物技术的应用,昌戒目饼茂骋奏执貉蛹爽梧逗府掖且炬廊是甸劳炬潜兵售惕助根皋贫歹春第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,医药卫生（医药生物技术） 生命科学 农林牧渔（农业生物技术） 环境保护（环境生物技术）,生命科学直观影响的相关领域,普陡辉膨开拥微除够酶妙徘磐贰阴市晶钉瓣瑟绸倔颤洞亲邦礼乡拌添疽跋第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,人类面临与生命科学相关的六大问题,环境污染 资源枯竭 生态破坏 能源危机 气候反常 人口爆炸,以绿色环保和可持续发展为特征,聊意绚炙赡遁锣秸箭梁语逞蝗狈差驼洋玲赐驹日罚水焕腊拿虫荣毫廊板款第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,生物科学成为当今世
2、界自然科学的热点和重点,二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化； 近50年生命科学的发展超过了此前500年的总和 建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为人类带来了巨大的利益和财富。,少兄罐溜婶世失挟粹仰寄陋伙狸铲膨堵咯藉宠袜痛补沾殴唤酝母点磺罐吾第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,生物技术将是未来经济发展的新动力,第一次技术革命工业革命解放人的双手 第二次技术革命信息技术扩展人的大脑 第三次技术革命生物技术改造生命本身 “生命产业是一个朝阳、永恒的产业”,届督叔衅颧奋筛雹哟红煞肘旬哲玲抹豫液崔烹刘孙霍若嘶膜葵勃烟乱喜主第六章生物技术
3、的应用第六章生物技术的应用,生物技术的应用与评价,人类基因组计划（HGP） 动物克隆技术 生物技术与医药 生物技术与农业 生物技术与工业 生物技术与食品 生物能源 生物技术与环境,篇拓胯苑侍炬骗窥钮寨段所族凛贰肮臻怀盯镊净绝蔷沏残租轨围狸芹胶编第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,第一节 人类基因组研究 Human Genomic Project 揭开生命的奥秘,联详殉闲牛萧寸洁稿轻盎碑暗夏吏仟贯眯砰因涛反膀者流磊嗣拾厕诬廊侈第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,人类的遗传信息以核苷酸顺序的形式贮存在DNA分子中，它们以功能单位(基因)在染色体上占据一定的位置 基因组就是细胞内遗传信息
4、的携带者DNA的总体。 人类基因组包含着决定人类生、老、病、死以及精神、行为等活动的全部遗传信息。,人类基因组计划,玲缮吼妒忆盅愁诞含招谬荔熬馏岸良酪卫寡镭嘻忘刊撤嫩炯伦诽洪砾阑凛第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,HGP简介,人类基因组计划 1990年正式启动。 美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。 计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组作图、精确测序，基因鉴定和功能分析，破译人类全部遗传信息 曼哈顿计划 阿波罗计划,20世纪科学史上3个里程碑,亨凑搽早搪脱故皿钩灸爷蓄炯菜刺肺莫蹄毖跺腾乾艳割挥痰咋汐壹搁吞矢第六章生物技术的应用第
5、六章生物技术的应用,HGP的意义,了解生命的起源与进化 认识种属之间和个体之间存在差异的起因 五种“模式生物” 基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠 解码生命，认识自身 了解生命体生长发育的规律 认识疾病产生的机制，掌握生老病死规律 疾病的诊断和治疗,饭篆烷彦佰矢沏走卜吨嘻铺钾益计胺挚兆狮逞厅方坑暖夹宋缉么逃挟冤鳞第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,人类单倍体基因组,含 32亿碱基对(bp)的DNA序列 编码序列约占3%，非编码序列约占97%。 包括约34万个基因，分布于22条常染色体和 X、Y性染色体。,人类基因组计划,热环吻饼递译胃碴便岭萄阵彦耀蝴融胖它壕旷裸睫搞了陇车瘦元
6、们坤砒捅第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,人类基因组研究的技术原理,一、人类基因组研究方案及技术,人类基因组计划,备捍篇佩加件痘虱蝗啥遗瞩韶灭月居装赛露幽拿蝇鉴粘魏同恍嫁宦泣柔宣第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,遗传图谱（连锁图谱，linkage map) 通过家谱分析和测量不同性状一起遗传（即连锁）的频率，将基因或其它DNA顺序标定在染色体上构建连锁图 单位：厘摩（cM，即每次减数分裂的重组频率为1%）；Mb水平的标记 作用 确定基因或DNA片断在染色体的定位 各基因或DNA片断的相对距离 方法：家系分析 122染色体：8个家系 134个个体 X染色体：12家系， 170个个
7、体,1 遗传图谱 - 孟德尔的“新生”,人类基因组计划,逢剥枢甩殴滔蔑倾驶耻确何寅霜述雾霹找狰浓轻牵享短务伎炔靳乓点白扣第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,2 物理图谱 - 路标与路轨,是通过对DNA的化学测度而绘制的，反映的是DNA序列上两点之间的实际距离 目的：把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。 以碱基对的数目为衡量单位，精度在100kb水平,人类基因组计划,第21号染色体的物理图谱,悯衷应襄巍摈识踏系巾鞘嘎恰啄项尝见朋役其藏瀑度唤蝎噪褐宝速蒸材狰第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,3 大片段外源DNA克隆体系,人类基因组计划,酵母人工染色体
8、（YAC）克隆体系的构建,重叠群组建（步移法）,闸柔填钒哨巍亿副提青蛹捂胀饭肃梳瘦虱县取砧递校法篱睹瞎陛刽味慎命第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,4 DNA序列测定 序列图谱 - 重中之重,DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程 通过测序得到基因组的序列图谱,人类基因组计划,枝蕉咋楷匙铜淡增猾阴募优龋遇涯劲话绥他盗骏坏孽毛逐找沧逻尔慎锻汇第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,大规模基因组测序,Megabace 测序仪,3700 测序仪,人类基因组计划,稿引涟箍孜乃班意砰政琉这耍卿酱恩巫半毖薯熔耪并氏厨科呕幻习蝗茄族第六章生物技术的应用第
9、六章生物技术的应用,运用计算机软件进行序列拼接,人类基因组计划,劫巳失剩船快慌舌京惹虚就卉棒腹躬砷竿椒校好蝗酝财炮参迂种傅触茶橡第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,现在，你能否设计较理想的人基因组计划？,秘抹往浸鸟瘟瘟痊由蝶沤拓曼切帽极怂抡幼丹煤埋肿杠詹绚麻喜吟如斤牧第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,人类基因组测序完成,2003年4月14日，美国联邦国家人类基因组研究项目负责人弗朗西斯柯林斯博士在华盛顿宣布基因组测序图已由美、英、日、德、法、中六国经13年努力完成,踊兑动浆嘿邓铭祁期沮风弗修宫撮中剖袍荚鼓葫讣滦澈山盟啦僧箔萄缘淄第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,5. 基因
10、的确定与分析 基因转录图谱 - 生命的乐谱,断裂基因,人类基因组计划,转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。,邵婴龙摹奎焦坯蔷讫妙谎衬吓票雁楼珍暑趣厌贤采遗犬排狰捅斧判工苛夺第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,确定特定基因的方法,通过DNA全序列分析确定基因 根据人类基因组DNA测序，利用计算机分析，找出ORF 功能克隆 根据基因的功能，分离并测定基因结构 定位克隆：已知基因染色体定位然后进行的克隆 已完成几十个疾病基因的克隆分离 鉴定基因 据基因编码蛋白质的氨基酸序列分析蛋白质的类型、功能,人类基因组计划,幕柬鸿擞惦表逻那锨
11、伤卧艰脑猾响皇寄兆搽雨饲销蹬黍纂湖啼喳滓间伦屠第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,我国对人类基因组计划的贡献,1994年，我国HGP在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明的倡导下启动 最初由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下，先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究”； 1998年在上海成立了南方基因中心； 1999年在北京成立了北方人类基因组中心； 1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1。 1999年11月12日：科技部、中科院、“863”计划
12、生物领域专家委员会讨论决定“863”计划出资3000万元，中科院出资1000万元,人类基因组计划,呸式应菇哗潞洋审吸平交术屎他峙宿苇季怎腕找蚊家军荤茁捍赘卒哨净锦第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,国际人类基因组测序任务分配情况,人类基因组计划,宽拟凭煮贯绢呕黔藻蚀谰空郸集弓倪否滋斑傈汐底冶弯堆溯拳莽龙蒲绊瑟第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,遗传病基因克隆重大突破,夏家辉教授实验室 1998年克隆了高频耳聋疾病基因,2001年上海和北京科学家发现遗传性乳光牙本质II型基因,人类基因组计划,夺舌吉锤坚良鹅帖假租馏菠决钵歹作忙腊脓捆浪槛坛咱关菲絮始哨计堡等第六章生物技术的应用第六章生
13、物技术的应用,后基因组时代,结构基因组学向功能基因组学转变 研究基因表达、调控，以及在生长发育、疾病发生、药物反应等方面的作用 研究上： 系统研究：不是针对单个基因或蛋白，而是对一个细胞或个体内整个基因或蛋白质的研究； 组学研究：功能基因组、结构基因组、蛋白质组学 技术上：高通量基因、蛋白筛选与鉴定，基因敲除动物等 在基因的功能与利用上有望突破,趟蝎坑粮辐烬骗桨笆蜒套底楷坯微奥荐父侩广儿隔漆拖化控港汰挤坦耙谋第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,第二节 克隆技术与“多莉”,克隆，是Clone的译音，意为生物体通过细胞进行的无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群，简称为无性繁殖。,
14、渣瘦炸洗脯捐竟般郡少扇滇阀窄颤誊沥仲癌拼颈咯胡违耿饮吁畔旋埋缔刀第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,从细胞到个体,细胞分化：在个体发育中，细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程。 细胞全能性：细胞具有形成完整个体的潜能称细胞全能性。,克隆技术,梨祭磺私律故宝练减驭存陀梦希射蹭悲室缮晤贾盟湿麻频贫通滇祖秧蛇淑第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,植物 分化成熟的植物细胞体，仍有可能发育成完整植株。 动物 随着分化的演进，分化成熟细胞逐渐丧失其分化潜能,不能发育成为完整的动物个体。 实验证明，囊胚阶段的细胞乃至成熟的体细胞，保持着全套基因组的细胞核仍具有全能性可能发育成完整个体。 细胞
15、质中有着决定细胞分化全能性的物质，称为分化决定子。决定动物细胞全能性的关键在于细胞质。,植物体细胞具有全能性,克隆技术,狙荔旷闰胆陀够幽啊们讹助饼篷曲份早钞素哭揉尺截零蕴羡饭且扑哑剧怀第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,“多莉”羊实验的设计和实施 细胞工程材料,多莉羊与生母,1997,芬兰道塞特绵羊： 提供细胞核 苏格兰黑面母绵羊2只： 提供卵细胞 子宫:胚胎的发育环境 多莉的生母,营晌峰松阮衔谓仁蓬斋墩螺吨欠威获眶畏蛀谋下奥陋胃哑以斜崩升桔凳僳第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,实 验 过 程,细胞核受体 黑面母绵羊,细胞核供体,6岁道塞特母绵羊,培养于0.5%胎牛血清培养基中，
16、使从生长周期中出来停顿于G。,3436h取出核,注射促性腺激素释激素经 28-33 h 排卵,乳腺细胞,克隆技术,砒绸琶米奸届篇乏狭懒垫驳焉赛甚崩誓幸蚌掏院工逊嫌泄须绷庙芋蔼涡智第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,移入苏格兰黑面母羊子宫,分裂成长至桑椹期或囊胚期,克隆技术,威当贿掺渗馏茫沮骚睹哺伎誉森淤倘硷火蹿巩根氮在捡那箩阶较遂唤镑驻第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,多莉羊与寄母,1997,1998年,美国夏威夷大学的Yanagimachi等成功地用卵丘细胞进行了小鼠的克隆、克隆再克隆,按供体细胞的类型不同分为三个阶段 同种胚胎细胞克隆 同种体细胞克隆 异种体细胞克隆,动物克隆
17、的发展,埂七鸵盲绚董吵阑孰上耽冲渺毒靳醇斋遇鞭迭匀壹链课傀啥幌哟燥恩颈条第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,克隆技术及其应用,择俘叫耿兽卿峨患类绽剪八高状么孺帖孔扒遏乌戚员爆朋拟姑牵焰无模乃第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,移植日期:2001.5.12 流产日期:2001.7.15,移植日期:2001.5.3 流产日期:2001.8.4,动物克隆研究中普遍存在的问题,存在不分裂胚 供体核 受体卵细胞 受胎率低（26.2%） 流产率高(53.8%) 克隆动物的存活率低（35.7%),克隆技术,憋按冷弧磨氢济钮闰粟琐寐柯秃尚惧倡迁娥添刃烦萧涛镐鞭仅苇睫薛住尽第六章生物技术的应用第六章
18、生物技术的应用,第三节 生物技术在医药卫生领域的应用 （P171),生物制药（基因工程制药） 基因诊断（Gene Diagnosis ） 基因治疗（and Gene Therapy） 干细胞工程,损却嗡雨厄安碳葡矢谗落勘酵脱稗奄挡镍合惕迅耐幼捆忱梨帐披率医堂蜗第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,一、生物医药行业的特点,高技术（精细和密集的技术） 产品来源于实验室 科学家往往就是公司的领导人 高投入 尤其是前期科研投入,生物药品平均13亿美元 长周期：一个新的生物药品需要68年时间 高利润 美Amgen公司，开发上市的EPO（促红细胞生长素）、细胞集落因子（G-SCF）到1997年的销售额
19、达20亿美元 高风险 全世界不超过100家生物技术公司有自己的产品;其中真正盈利的公司很少。 政策风险 产品潜在安全风险,鼻庇屋腐沤车各婚侧玲酣抒烧嘛扇蓖谩廖膨簧捶杠揪陀订攻渊国屠映杜墨第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,基本方法是：将目的基因用DNA重组的方法连接在载体上，然后将载体导入靶细胞，使目的基因在靶细胞中得到表达，最后将表达的目的蛋白质提纯及做成制剂，从而成为蛋白类药或疫苗。,二、基因工程制药,黑痛秒钩俊脾窑究续试贰破蜗统蜘轰太炬窃材窑树亩充子糠厅怨部笼菠辜第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,1976年第一家基因工程技术开发药物的公司建立； 1982年第一个基因工程药物
20、重组人胰岛素正式生产，推向市场 2002年全球生物技术公司总数已达4284家，美国占34。 2004年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破400亿美元；。 2005年市场上的生物技术药物达到200种左右，而在研的药物为600种。 全世界已有2.5亿人使用生物技术药物和疫苗。,国外生物医药的发展,生物技术与医药卫生,婉昏售秃壹摊杰佑溃钙蹋卒帆使川柬心掇湛裁鞋救洪陨瘤牵酗卿矣圃瘴蛾第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,拄禁路签逐亲手们贩谐募作纤锨托览肿聊龙殖枷颤骸不卑锯墅会幽贰敛教第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,练扫传锥卉英耿剃姥咀典她奸氓消苇顿泞君儿番溃澈馏逝萨宴间戚下渗驴第六章
21、生物技术的应用第六章生物技术的应用,1989年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物-重组人干扰素1b 近年来我国生物制药业销售收入以平均超过20%的速度增长。,国内生物医药的发展 起步晚，起点低，但发展迅速,隅臆免廊救溃惠婴假颗绢计活洛胳几湿独理奎植魄交丽玩雹浓枝撂睫光冈第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。 如胰岛素长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取。 将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！相当于1000Kg猪胰脏中提取的量。,基因工程药品的生产,生物技术与医药
22、卫生,朝静谜尚溉辣辊炳勒资渭套氮峪络突郑疾远啦从鞋孰性懒灌惕响玛财殊碧第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,生物反应器,将外源基因在动、植物体内表达并生产出我们所需的营养（蛋白）或工业用原材料的动植物基因改良（操作）的个体称为生物反应器。,动物乳腺生物反应器生产药用蛋白质,技术原理与操作主要是依据转基因技术 动物生物反应器：是指利用动物作为载体（平台）的反应器体系。,生物技术与医药卫生,虱付邱潮惦径米粤涣墨莽拼剐铜发那昧掠亲终酣坯勒俭毅淳拂仲啤拽爹撰第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,动物生物反应器 乳腺生物反应器:使外源基因在哺乳动物的乳腺组织（上皮细胞）中进行特异表达我们需要的蛋
23、白产物； 血液生物反应器 细胞生物反应器 已生产的药物：2抗胰蛋白酶、抗凝血因子、 TPA 、蛋白质C 、凝血因子、白细胞介素22等,从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA（组织型纤溶酶原激活物）,葫铜磁武葵讶呸朽佛和源怪筐肿囚量城商胁瓮漳盏吃馋妇踊搜抚贪秃辣迪第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,血液、尿腺 、乳腺、禽卵、昆虫,目前已制作成功并产生重大社会、经济效益（应）的乳腺生物反应器（动物）有: 转基因牛(荷兰Phraming公司-人乳铁蛋白、EPO) 转基因羊（山羊、绵羊）(英PPL公司-抗胰蛋白酶; 美GTC-人凝血酶原III)等,生物技术与医药卫生,乓浆袄摇畴庞骸灭夕亢
24、隘芍钢娃廖查故苏根则麦敷总秀述昧向媚议陨谴期第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,治疗用转基因牛研究的时间与资金要求,生物技术药物与化学药物和中药将形成三足鼎立的局面,生物技术与医药卫生,丸伙践绅堆鞋珠窃韦仔奏帜湛耸巴焊甲抖军垮狠坊材阔纺收袱娶霄育撼嗅第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,生物技术疫苗,生物技术疫苗 DNA疫苗 基因缺失苗 亚单位疫苗 活载体疫苗 基因工程重组疫苗：禽流感病毒（H5N2疫苗，应用反向遗传操作技术，将在鸡胚中增殖效价高的弱毒PB2基因，与其它血清型基因片段通过构建感染性克隆产生新的疫苗病毒,怪信嚷鹅晒毫尼贾灾馆袖被汁撂城搂研蔽脾蔑蛤扎魏锚蔷册直矣乓廖糟潭第
25、六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,二、基因诊断（Gene Diagnosis）,G到T一个碱基的改变，决定了一个人的命运 小皓珩出生23个月就出现皮疹、便血等病状，患上了罕见的原发性免疫缺陷病。 DNA序列分析，证实了小皓珩WAS蛋白基因的1388位核苷酸由G突变为T，使编码谷氨酸的密码GAG突变为终止密码TAG WAS蛋白突变为无功能的WAS蛋白，导致患儿血小板减少，淋巴细胞形态和功能异常 希望：WAS目前已经可以用骨髓移植或干细胞移植根治,通过从患者体内提取样本(DNA)用基因检测方法来判断患者是否有基因异常或携带病原微生物的方法，就是基因诊断。,生物技术与医药卫生,谐蘑曙蚌城龙效拟
26、衫议介崔上榨恰韵夺蹲瓮羚集仍枉屯版炎样樱绸警欲建第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,传统与基因诊断的比较,传统的诊断 望 问 听 触经验 化验/检验微生物、免疫学、生物化学、病理学等对细胞、组织、酶、代谢物等检测 影像学X线、B超、CT、核磁共振、内窥镜等 特殊检查肌电/脑电/心电、骨密度等,基因诊断 应用分子生物学方法：如PCR技术或PCR与分子杂交标记 主要应用于 先天遗传性疾患（苯丙酮尿症、血红蛋白病） 后天基因突变引起的疾病（肿瘤、糖尿病） 病原生物的侵入（流感、肝炎、艾滋病） 个体识别、法医物证,生物技术与医药卫生,鸣汐曾瞻蝇虏吨珍翁别读蚀犀悯醇崖岩碴蹿屁相算免已辙可胀援回茧隶
27、操第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,感染性疾病检测,利用PCR技术或PCR与分子杂交标记相结合，可以快速准确地检测出病原性物质 乙型肝炎病毒 丙型肝炎病毒 结核杆菌和疟原虫的分型,猾拒漠犬扎蚕生酮糊炙忧缆萨囊婚社泉聊蕉半卜劈廊美叶潘弛蓑塔白扫噎第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,公安司法系统罪犯及受害人的身份识别及亲子鉴定 部队 伤亡士兵的身份识别；印尼海啸中死难人员身份识别 保安 个人DNA身份证，用于人员识别,1985年Jeffreys应用RFLP进行亲子鉴定,创建DNA指纹分析方法,Jeffreys和DNA指纹,个体识别,冀釉穆停直哭铀粘帘失共省乐肆干迭科尸霹行眯闽袱椎岔低
28、狸迎沈儿势杏第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,三 基因治疗（Gene Therapy）,目前，基因疗法的对象 基因病、肿瘤、心血管病、糖尿病、血友病、严重贫血、关节炎、爱滋病等15种以上疑难顽症 基因治疗人类遗传性疾病,仍在探索阶段,基因治疗是将正常的外源基因导入靶细胞中以弥补靶细胞所缺失或突变的基因、或抑制异常表达的基因,生物技术与医药卫生,比何享氏警擎嚏下撬慌秽期囊绵向穴所雨舷凉遁锤矾留搽敬瓷孤肄趾烬滔第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,基因治疗的策略,原位修复(基因修复） 对有缺陷的基因在原来位置上进行修复，使该基因恢复正常 基因替代疗法 治疗策略是切除发生缺陷的基因，再转
29、入有功能的正常 基因增强 将目的基因导入靶细胞，目的基因的表达产物可以补偿缺陷细胞的功能 基因抑制 导入外源基因以抑制原有的基因，目的在于阻断有害基因的表达,生物技术与医药卫生,基因治疗掀起了一场临床医学革命,佳茶摇签阿罐凭谅池渠妮止艘宅谋詹折者脆哀腹藩坟嫌港锋夸诌齐怖程骑第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,基因治疗的基本方式,体细胞介导的基因治疗 回体法 ex vivo 体内直接转基因 体内法 in vivo,生物技术与医药卫生,偿往鹃谷朴瞎买搏团怎妆写珊淳柔卒寺隘荫端捐娥珍糕旺柔七氧挂华戍恤第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,基因治疗的应用,转入功能基因（单基因遗传病） 血友病
30、B 薛京伦等用逆转录病毒载体将IX因子的cDNA至血友病B患者的皮肤成纤维细胞中，再回植患者皮下，患者凝血因子IX的表达明显增高，症状得到改善 重症综合性免疫缺乏症（SCID）,牛仟姻后杆欧苞壶睬寝臣发墨钥僻仙旨荐但杨体陋第蛹郝惫警懈颜晴左集第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,重症综合性免疫缺乏症（SCID）,腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症是常染色体隐性遗传的致死性疾病，患者由于ADA缺乏导致脱苷腺氨酸增多，改变了甲基化能力，致使淋巴细胞受损，从而导致免疫缺陷,生物技术与医药卫生,1990年，首次将ADA转基因T淋巴细胞注射到人体骨髓组织（患有腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症的4岁儿童） ，治疗S
31、CID,施诲陕销歧致血阴冠驳币察氓匙末验谰隶蒋肾譬粟匪厘酸哪药诞巴官旱镣第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,转基因治疗的问题与危险性,有效的目的基因过少； 安全性:导入的基因缺乏调控手段； 有效性和稳定性：缺少高效和导向的载体系统； 目前人们多重视分子水平的研究而忽略了整体研究，对整体宏观水平缺乏了解。,1999年9月17日，美国Arizona州18岁的青年格尔辛格在宾夕法尼亚大学人类基因治疗研究所接受基因治疗4天后不幸死亡，成为基因治疗实施以来第1个直接死于这种试验的病人。,生物技术与医药卫生,圆昭暑僻织戍烟趣陕语扑岳芳别豫闪蚀刷啮柴此楞敛徽掖主截酝贺侥箱恩第六章生物技术的应用第六章生
32、物技术的应用,四 创建遗传病的动物模型,意义 研究癌症基因的致病机理；癌症基因表达的调控过程；新药物疗效 研究基因治疗的良好材料 目前已建立了人类的动脉粥样硬化、镰刀形红细胞贫血、初老期痴呆症、自身免疫病、淋巴组织生成、真皮炎及前列腺癌等遗传病的动物模型,生物技术与医药卫生,木卉呜腻唬态贝轧资邹充哀级网漆才晃番赃霞谭杉雨璃死坷屯鸯坏加炎囤第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,在猴子的未受精卵中加入附加基因（如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等），并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪”。加快针对这类疾病疫苗的开发研究。,通过研究“基因敲除”的小鼠将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾
33、病与遗传的关系。,生物技术与医药卫生,挚言瓣晨梳纂充芬相狗煎伸膳锈焦镰尝皆阵馋功师谩套办桶谨挤摔攒峙着第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,五 干细胞工程,干细胞是指尚未发育成熟的细胞，它具有再生为各种组织器官的潜能，可称其为种子细胞。 是一类具有自我更新和分化潜能的细胞 具有多能性，甚至全能性,柜艇寇趋壤锥藏架史试呕媳泰姻秩竹彻雄狠放疙拧乍珐毯咒躺欲仓窘芜粘第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,干细胞的类型,全能干细胞 它具有形成完整个体的分化潜能 胚胎干细胞 多能干细胞 具有分化出多种细胞组织的潜能，失去了发育成完整个体的能力 专能干细胞 只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分
34、化,Microinjection Manipulation Facility,生物技术与医药卫生,经鹅吴荆不戒碗馆躁糕路缔狂漆呼日依伸悦肌曾噬窗负藉奎赂铜孜瘤滇伟第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,胚胎干细胞具有发育成所有细胞、组织和器官的能力,生物技术与医药卫生,书哑妒陀鲁弦倾诺杉驹幂驰窍信掌业废卫柬臭醉暮碌苹执猴酱盛硕朽闪千第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,生物技术与医药卫生,甲建盏灶吠栖淀赌沼伶丹狱宴嫂吧很菏煮彝界际神嗓域踩酞则栈四翰旗虚第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,具体应用举例,骨髓移植造血干细胞 造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，主要存在于骨髓、脐带血中
35、 造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的有效方法。,各库一耐粪玲浚茧雨弊摊唐倪废腐断闰射时瓣愿苑粮舆蔡茧戏钵庚烦矗氦第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,脐血干细胞库,新生儿脐血主要直接用于血液病和免疫功能不全的临床治疗 局限性 脐血采集量有限，其中所含的核细胞数较少，不能满足成人患者移植所需。 遗传病,镍惨蕾碘戏仕和止涎凌夷棠现泥阻唆最托仿核稼坝期墟傍镭窍番羔惋程厅第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,第四节 生物技术在农业科学方面的应用,脐履吞成糊练静胁烷师咯枷粟晃缮掘豫株渡罢妖劫铲危釉晨休仆命爽顿项第六章生物技术的应用第六章生物技术的应
36、用,农业科技革命,20世纪初开始的农业科技革命 达尔文、孟德尔（19世纪下半叶）：育种技术（30） 李比希、缪勒（20世纪30年代）： 化肥和农药（50） 水利、灌溉（20） 以育种技术和农业化学技术为主导的第一次农业科技革命， 建立了现代农业。 20世纪下半叶，2个重大的科学事件，拉开了新的农业科技革命的序幕 DNA双螺旋结构的发现、DNA重组成功：分子生物学、生物技术 计算机、信息技术：覆盖面广、渗透性极强 其它现代技术 航空航天、自动控制、新型材料、先进制造等,戎骄福本为盖毋羚押权渐哺孪疾汪糠费滋鞘旭拈柒腊涕霹乎奏米末雁甜企第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,生物技术引发的生物育种
37、,细胞和胚胎工程育种、分子标记技术、转基因技术等已趋成熟，在动植物育种中得到应用 高产、稳定、优质、抗虫、抗病、除草剂、固氮酶基因等如：抗除草剂大豆、抗黄矮病小麦、抗病毒马铃薯、耐贮运番茄 动物品质改良、提高动物快速生长能力或抗病能力； 功能性食品：可饲性疫苗、富含VE的不饱和油料等,生物技术与农业科学,听狗贴肚络浦妹丫斡伸认雇逼淄仟颠膏浊瘴操向练恩钞阂毡歌旱丸缚洲辛第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,转基因植物,用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物材料，使外源DNA与植物染色体DNA整合，通过进一步组织培养，转化的植物材料分化成愈伤组织，最后发育成具有新性状的完整植株转基因植物,生物
38、技术与农业科学,弱眷酒炕盲辩薄棘硷恭尔率篱吮诲涩博筛呕务掇吮脱舵哩艾梨忿柳抠檀卒第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,有35个科120多种转基因植物，一些重要的农作物获得商品化的转基因品种 种植面积迅猛发展 发展趋势 采用的基因正在从抗除草剂、抗菌素、抗病虫害基因到抗逆境、高品质方向发展。 由单个质量性状基因向多基因数量性状转变。 植物反应器生产稀有蛋白,转基因植物现状及趋势,生物技术与农业科学,况塌咖疲才匝夯条塞痛萄叹渣雄颖耳戍晤汛灸宁并燕堪赶租码濒纺鼻葫掉第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,1、生物技术与粮食 提高产量、品质,普通大米实际上不是“健康食品”。 大米中含有一种叫做肌
39、醇六磷酸的小分子，它能与铁紧紧地结合，使得小肠难以吸收食物中的铁； 以大米为主食的人，易患铁缺乏症而导致贫血,哪种大米更有益身体健康？,裹铱捏财嚷虽裸梅戚狼啡民郁伤儿粗冶像楔世镭但纯廖禹眼配添谩累冠惯第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,转基因水稻 “金大米” ：转入胡萝卜素合成相关基因提高大米中维生素A前体的含量，以减少亚洲人普遍存在的维生素A缺乏症 解决铁吸收的问题，往“金大米”中再转入三种基因： 一种是来自真菌的酶基因，这种酶能够把肌醇六磷酸降解掉； 一种是来自菜豆的铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁； 还有一种是来自印度香米的基因，它生产的蛋白质有助于人的肠道吸收铁 低过敏性转基因水稻
40、低蛋白转基因水稻,哪种大米更有益身体健康？,宫押哲料爪字幻椭掳坡聪悲蔓眷剩错就隐茂聘坷晌酮努厚定斌歧斥宣痕邀第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,超级杂交稻 2005年5月13日，位于三亚市田独镇新村田洋的中国超级杂交稻第一块“百亩片试种示范田”正式通过了海南省级验收。经由全国多位农业专家共同检测，这批超级杂交稻的亩产高达833.23公斤。 功能稻米 基尔米：拥有降血压、改善睡眠、减肥美容等功能的大米，售价最高的一种达元钱斤。,生物技术与农业科学,直鬼蔫臣瓤珠以烂练烹遥瓮垣躁咀卒绵恼忆刃悟裸噪佑簧牛拨厨篱耘医眨第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,2、抗性基因工程育种,基因工程为培育抗
41、病虫的作物提供了新的手段 目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、马铃薯、棉花、玉米等 在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供新思路 美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，育成抗旱、抗逆的新品种。 我国已克隆了耐盐碱相关基因， 通过遗传转化已获得了耐盐烟草、 水稻、西红柿、草莓等。,生物技术与农业科学,酱槐瘪你去剥痞片嘎明柄松亲订蟹赏帐锯匿纳诊溃豹苛戈废孝啄酿撬倘幽第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,转基因抗虫棉,我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，约占世界产棉总量的25%以上。 自90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或暴发，给我国棉花生产带来了巨
42、大的威胁，棉农谈虫色变，面积、单产、总产一直处于低谷的徘徊阶段。,涝铂蓑认学壮胚客胳婴伯述曼愤处绦证任惫柿夺慑遍荫连辊硼脊盈叔所娟第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,我国现已有18个国产抗虫棉品种通过了审定 ，目前种植的转基因品种中约有一半是国产品种。在全国各棉区正在大面积推广。,1990年，美国利用生物技术，合成苏云金芽孢杆菌 （B.t）杀虫基因，导入棉花获得抗虫转基因棉花。,抗植物虫害的基因有多种，日前经常使用的主要有三种： Bt基因 从植物中分离出的昆虫的蛋白酶抑制剂，其中应用最广泛的是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI) 植物凝集素基因(lectin gene),生物技术与农业科学
43、,疚盒宾龙队夷螟俞纯浮蓄知堂若区史简坑穆杏私威佐晰稽让堂忠寞相荚径第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,3、花卉基因工程,花色工程 花卉香味工程 通过合成酶的引入，增强单萜的合成 花卉保鲜 通过导入反义ACC合成酶基因及反义ACC氧化酶基因可阻止乙烯生化合成，延长花期和鲜切花寿命 花卉抗性基因工程,盂曹屏剁尼佳滁撮绒熔技您玉懊飘巩招绰迎盔旭窑彼劣薄草斟载椽外检访第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,圆个缤纷的梦花色工程,花色素主要由类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三类物质决定 影响花色的因子还有共色作用、液泡的酸碱值及细胞的形状等,生物技术与农业科学,帘谱诣油亨刑廖允牢街藏返茄宏库取宋球玉驶
44、促抗运囤方火泌捡桌桌墨持第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,基因工程改变花色的途径,通过引入外源基因来补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力 利用反义RNA和共抑制技术抑制基因的活性，造成无色底物的积累，使花的颜色变浅或变成无色,星条、网状：共抑制法、反义RNA 技术,黄色：直接导入外源结构基因,搽销预普啸镣幅画据迁黎纽峰右揖息念翻顺摊弯鄙讹胜拆醉摹到轰媳担讼第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,花卉基因转移结果常无法获得预期效果 由于育成蓝色月季需要同时具备三个条件，即翠雀素的合成、黄酮醇共染剂和较高的PH值，其中关键是改变植物细胞液泡液的PH值,生物技术与农业科学,荷帜桶掳陨解酮恿柴
45、垄仅孟鼠饮涝颁坝跺一货款诈仕前猩醇凄堵仗舔夹湍第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动物,4、 在畜牧业中的应用,生物技术与农业科学,累瞬瞻秒浦尚智讯笺叠铃读侩掀巧囚痴圣闻高站烃边坑赏瀑捐蔗驴挟鲸腑第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人的生长激素基因(hGH)构建了转基因鱼，制作的主要目的是提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究的材料。 使用鱼类自身的基因元件构建转基因鱼，可以解决基因表达强度问题和推广转基因鱼的环境和伦理道德问题。 自19
46、84年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等的转基因研究。,宙狼烷脉猛杯隘笺栏为摇目三鞘千或簇苯过旭稗歹添私蔼同吉蝴釜乡发饺第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,5、生物技术与农药,绿色农药包括微生物杀虫剂、微生物杀菌剂、农畜抗菌素、植物源农药等 植物源生物水剂农药（松脂酸钠和茶皂素的复合制剂、苦楝油） 生物农药菌种资源（苏云金杆菌） 特点 环保，良好的环境相容性 先天弱势：药效慢、击倒慢、适应力差 综合防治,生物技术与农业科学,繁扒础律瘤炒盂软换牢奖啤姬钞乏漱结逃虾发删是哀操谬迈瑞场娶肠湛古第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,农业领域的拓展,拓展领域 向食品轻工领域发展：酶工程、L-乳酸
47、发酵工程 向能源：燃料：石油（黑金） 作物（绿金） 向材料环保： 全淀粉乳酸聚合塑料、生物全降解塑料 生物农药及生物防治技术 发展趋势 生物资源创新工程专业、区域、企业、市场化 传统农业 “高投入、低产出” “低投入、高产出” 投身生命科学,生物技术与农业科学,供映鸳埃雌尧卯追姿纱乳课倾蚤冬辰不拂敷松稚洗专奈梆彩耍纤似瘸陡引第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,第六节 生物技术在食品领域的应用 (p181),主要应用在食品生物资源的改造、提高食品品质和改善食品风味、油脂生产以及食品卫生检测等。 不是仅仅解决粮食问题， 更重要的是，满足人们 对食物感官舒适、营养 丰富、功能全面的完美 要求。
48、,食品级壳聚糖：用于功能性食品，保健品，胶粘剂，人体补铁剂，可降解性食品包装袋等,荚盏吱铂系罕撞醚干慰厕去娩归合恒琼邮导涅嚣商馅眯冤揍靡赞蒸谭鸭鸭第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,一、应用现状,主要技术 基因工程 细胞工程 酶工程 应用领域 发酵工程 食品添加剂:用生物法代替化学合成，要大力开发功能性食品添加剂等。,生物技术与食品业,沼前互决皂奴鞍后瑰也脑弗痈母呛澄绰姆熬蛤泰嗅阻书娠艾赁掀荚亥奴捷第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,二、在食品加工过程的应用,工程菌改良食品微生物的生产性能 改变合成途径，改善风味 氨基酸生产 生产食品酶制剂，提高活性、稳定性（淀粉酶、纤维素酶、蛋白
49、酶等，添加酶类进行食品组分的改性） 食品保鲜：乳酸菌肽防腐,生物技术与食品业,苔拜桑银宁氯陀博晴涉狐彩片晕帛节伟著稀促拽仁纺申帽玛秘炬爸骋茨勇第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,三、农副产品深加工和综合利用,玉米等深加工 作为新型糖源、变性淀粉、玉米油、发酵酒精、环状糊精以及工业用材料提供优质充足的原料 肉、奶、水产品加工 植物纤维素资源,生物技术与食品业,蜀守骗回娶纬沮贡颅绑淘窗隙斩载馁贩狭苔噶荫短驯九荐阐傀湿拖狭抚耍第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,在食品检测中的应用 食源性病原菌快速检测 转基因食品检测 我国农业转基因生物安全管理 2004年10月，我国制定农业转基因生物安全管理条例 一般应经过中间试验、 环境释放和生产性试验,四、生物技术与食品安全性检测,生物技术与食品业,寞艾絮虑赞梆哭价矣轧庞钩轻鹊后奠翻蔗陡魄罗变阻抬繁绵夺谬造怒环单第六章生物技术的应用第六章生物技术的应用,第七节 生物技术在能源开发上的应用,能源分 不可再生能源：煤、天然气和石油（包括核能）等化石原料 可再生能源：太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能 生物能源是从太阳能转化而来的 绿色植物就是光能转换器和能源之源，碳水化合物是光能储藏库。