基因工程原理牛颜冰
Niuniugood@yahoo.com.cn
第一章 导 论第一节 基因工程的诞生第二节 基因工程的研究内容第三节 基因工程的成就和前景展望基因工程的兴起
1977年，激素抑制素的发酵生产成功 。 Itakara等，化学合成的激素抑制素基因和大肠杆菌?-半乳糖（苷）激酶基因插入到 PBR322中得到重组质粒，并通过大肠杆菌生产出含有激素抑制素的嵌合型蛋白，经溴化氰处理后释放出了有生物活性的激素抑制素。 首次实现了真核基因的原核表达。用价值几美元的 9升培养液生产出 50毫克的生物活性物质，这相当于 50万头羊脑的提取量。
1978年,Goeddel等,人胰岛素 的发酵生产成功。
1979年,Goeddel等，又在大肠杆菌中成功表达了 人生长激素 基因。
1980年,Nagata等,遗传工程菌生产 干扰素 获得成功。
1981年,用遗传工程菌生产的生物制剂包括动物 口蹄疫 疫苗,乙型肝炎病毒表面抗原及核心抗原,牛生长激素 等。
1982年,重组 DNA技术生产的药物 -人胰岛素进入商品化生产 。
1983年,基因工程生产 狂犬病疫苗 取得突破型进展。
作 者 受体动物 猪器官 基因构件 数量 移植体存活
Mc C u rry / 1 9 9 5 狒狒 心脏 hD A F + h C D 5 9 3 4,1 1,3 0
N o ri n / 1 9 9 6 狒狒 肺 hC D 5 9? 1 2 h r
Whi te/ 1 9 9 5 猕猴 心脏（新生） hD A F 8 5d ( 平均 )
C o zz i / 1 9 9 5 猕猴 心脏（新生） hD A F 8 5d ( 平均 )
C o zz i / 1 9 9 7 猕猴 心脏（新生） hD A F 10 7wk
Kr o s h u s / 1 9 9 7 狒狒 心脏（正常） hC D 5 9 4 < 10d
狒狒 心脏 hD A F 3 2,1 3,2 1 d W a ter w o rth / 1 9 9 7
狒狒 心脏 hD A F 3 5,5,9 d
Li n / 1 9 9 7 狒狒 心脏 hC D 5 9 / h D A F 5 < 29d
D a g g er / 1 9 9 7 狒狒 肺 hC D 5 9 / h D A F 7 < 2 4 h r
Bh a a tti / 1 9 9 7 狒狒 心脏 hD A F 10 < 9d
La w s o n / 1 9 9 7 狒狒 肾 hC D 5 9 / h D A F 6 < 10d
狒狒 心脏 hC D 5 5 + h C D 5 9 + h C D 4 6 10 < 15d D i a m o n d/ 1 9 9 7
狒狒 肾 hC D 5 5 + h C D 5 9 + h C D 4 6 7 < 15d
D a g g ett / 1 9 9 7 狒狒 肺 h M C P (Hcd4 6 ) 3 1 2 h r ( 平均 )
Y ea tm a n / 1 9 9 8 狒狒 肺 hC D 5 9 + h D A F 4 < 3 h r
Za i di / 1 9 9 8 猕猴 肾 hD A F 7 < 35d
利用转基因猪器官进行猪 → 灵长类异种移植
1997年，动物基因工程产品销售额约
1.8亿 $
转基因小鼠 人类秃顶 Nature Biotechnology,1999,17(1):9
转基因家蚕 防弹衣 Nature Biotechnology,1999,17（ 5）,412
‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02
First
transgenic
plant
Delay-ripening tomato
Commercialized in the US
First field tests
Herbicide resistant,
insect resistant plants
commercialized
GM maize
approved
by EU
First Bt
corn
plants
Rotting resistant tomato approved by FDA
植物基因工程的发展迅速植物转基因育种的发展优势
1,扩大了作物育种的基因库转基因育种 打破了 常规育种的 物种界限,来源于动植物和微生物的有用基因都可以导入作物,培育成具有某些特殊性状的新型作物品种 。
2,提高了作物育种的效率作物转基因育种不仅大大 缩短育种年限,而且可成功地改良某些单一性状却不影响改良品种的原有优良特性 。
3,减轻了农业生产对环境的污染转基因抗虫棉花的大面积种植和推广,不仅可以 减少 化学杀虫剂 对棉农及天敌的伤害,而且可以大幅度降低用于购买农药和虫害防治的费用 。 另外,随着高效固氮转基因作物及高效吸收土壤中磷元素等营养元素的转基因作物不断问世和推广,农用化肥的利用率 将极大地 提高,这对减少农田污染具有重要意义 。
4,拓宽了作物生产的范畴各种有价值的 蛋白产品 都可以利用植物反应器进行高效生产,番茄,马铃薯,
莴苣和香蕉等作物已被成功用于生产口服疫苗 。 另外,各种 工业原料,比如纤维素,海藻糖和可降解塑料等 也可以用植物来生产 。 有人甚至预言,除了钢筋混凝土之外,未来的转基因作物将可能生产出人类所需要的一切产品 。
0
10
20
30
40
50
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
×êêêêêêêêê×êêê3
全球转基因作物种植面积（百万公顷）
0
20
40
60
80
1996 1997 1998 1999 2000
êêêêêêêê
êêêêê¨Btêê
êêêê( B t ) /
êêêêêêêê
êêêêêê
×êêêêêêêêê×êêê3
全球转基因作物导入特性比例
0
8
16
24
32
1996 1997 1998 1999 2000
×êêêêêêêêê×êêê3
全球转基因作物销售收入（亿美元）
作物 面积（万公顷） 所占比例（ % ）
耐除草剂大豆 2 1 6 0 54
Bt 玉米 7 5 0 19
耐除草剂油菜 3 5 0 9
B t / 耐除草剂玉米 210 5
耐除草剂棉花 160 4
耐除草剂玉米 150 4
Bt 棉花 1 3 0 3
B t / 耐除草剂棉花 80 2
合计 3 9 9 0 100
全球不同转基因作物和应用面积植物基因工程研究植物基因组计划植物分子育种 高产、优质、高效和多抗性植物作为反应器 香蕉、马铃薯、番茄等玉米、棉花、大豆、高粱和番茄酒精、石油、工业酶等我国基因工程部分研究进展
转基因抗病虫植物 我国科学家将抗虫基因导入棉花，获得了抗虫植株，对棉蛉虫的抗虫效果十分显著，现正进行田间加代繁殖。抗黄矮病、赤霉病、白粉病转基因小麦和抗青枯病马铃薯也已研究成功，开始田间加代繁殖。
基因工程疫苗 乙型肝炎是危害我国人民健康的严重疾病，
我国乙肝病毒携带者 1亿 1千万人，其中 40％左右的慢性肝炎可能发展成为肝硬化和原发肝癌。以往乙肝疫苗是从人血清中提取，基因工程乙肝疫苗的研制成功，不仅有巨大的经济效益，而且有巨大的社会效益。基因工程乙肝疫苗是我国正式批准投放市场的第一种高技术疫苗，在 20多项指标上达到国际先进水平，获国家科技进步一等奖。继乙肝疫苗之后，
我国又研制成功了痢疾、霍乱等数种基因工程疫苗，并经国家批准进入临床试验。
基因工程药物 干扰素 是一种广谱的抗病毒和抗肿瘤高技术药物，对防治病毒性肝炎和恶性肿瘤有重要的作用。现已有了 3个品种的基因工程干扰素获得国家新药证书，开始大批量生产。除此之外，我 国还研制成功了肝癌导向药物
（生物炸弹）、系列恶性肿瘤辅助治疗药物等十余种基因工程药物，有些已获试生产文号或进入中试开发阶段。
动物克隆和转基因研究 16日，“神舟”五号成功着陆的同一天，包括两头转基因体细胞克隆牛在内的 10头体细胞克隆牛 现身山东梁山县。我国转基因体细胞克隆技术及体细胞克隆技术的研究与应用达到国际前沿水平。
3月 25日 出生的体细胞克隆牛“乐娃”，由于成功地转入了绿色荧光蛋白基因，成为我国首例转基因体细胞克隆牛，标志着我国在转基因体细胞克隆技术方面的新突破。
10月 4日,第二头转基因体细胞克隆牛,岩娃” 的呱呱坠地，
同时创造了两个世界首次，即 首次 获得了用于治疗人类胃溃疡疾病的转 有人岩藻糖转移酶基因 的体细胞克隆牛； 首次 获得了在同一头牛中转有 3种外源基因的转基因体细胞克隆牛。这标志着我国已经成熟掌握了转基因体细胞克隆牛的生产技术体系，在该领域的研究跻身于世界的前列。
岩藻糖转移酶 催化形成的抗原物质可以特异调节幽门螺旋杆菌与人胃上皮细胞结合。而幽门螺杆菌正是 慢性浅表萎缩性胃炎、消化性溃疡、胃增生性息肉、胃癌等重要致病菌,
被国际卫生组织列为一类致癌病原。据世界卫生组织公布，
世界人口的 50 %～ 80 %均感染了幽门螺杆菌，在中国，
达到 70%。由于岩藻糖抗原仅仅存在于人类和灵长类的动物体内，通过转基因克隆方法将人岩藻糖转移酶基因转入牛基因组内，牛奶中表达产生岩藻糖抗原。转基因牛奶可以作为一种口服药物达到治疗或预防胃病的目标。
基因治疗
Gene Therapy
Apart from Some Minor Effects,
Things Are Looking Very Promising !
思 考 题
1,什么是基因，它和细胞、染色体的关系如何？
2,为什么认为 1973年是基因工程诞生的元年？
3,上世纪 40— 70年代初分子生物学领域理论上和技术上的哪些重大突破对于基因工程的诞生起到了决定性的作用？
4,什么是克隆，你知道当前动物克隆的基本原理么？
它和植物的克隆有何区别？
5,在你的脑海中，基因工程的基本流程是怎样的？
基因工程在现实生活中有何应用价值？
6,植物转基因育种比起常规育种来有哪些优势？你知道转基因育种的不足吗？
Niuniugood@yahoo.com.cn
第一章 导 论第一节 基因工程的诞生第二节 基因工程的研究内容第三节 基因工程的成就和前景展望基因工程的兴起
1977年，激素抑制素的发酵生产成功 。 Itakara等，化学合成的激素抑制素基因和大肠杆菌?-半乳糖（苷）激酶基因插入到 PBR322中得到重组质粒，并通过大肠杆菌生产出含有激素抑制素的嵌合型蛋白，经溴化氰处理后释放出了有生物活性的激素抑制素。 首次实现了真核基因的原核表达。用价值几美元的 9升培养液生产出 50毫克的生物活性物质，这相当于 50万头羊脑的提取量。
1978年,Goeddel等,人胰岛素 的发酵生产成功。
1979年,Goeddel等，又在大肠杆菌中成功表达了 人生长激素 基因。
1980年,Nagata等,遗传工程菌生产 干扰素 获得成功。
1981年,用遗传工程菌生产的生物制剂包括动物 口蹄疫 疫苗,乙型肝炎病毒表面抗原及核心抗原,牛生长激素 等。
1982年,重组 DNA技术生产的药物 -人胰岛素进入商品化生产 。
1983年,基因工程生产 狂犬病疫苗 取得突破型进展。
作 者 受体动物 猪器官 基因构件 数量 移植体存活
Mc C u rry / 1 9 9 5 狒狒 心脏 hD A F + h C D 5 9 3 4,1 1,3 0
N o ri n / 1 9 9 6 狒狒 肺 hC D 5 9? 1 2 h r
Whi te/ 1 9 9 5 猕猴 心脏（新生） hD A F 8 5d ( 平均 )
C o zz i / 1 9 9 5 猕猴 心脏（新生） hD A F 8 5d ( 平均 )
C o zz i / 1 9 9 7 猕猴 心脏（新生） hD A F 10 7wk
Kr o s h u s / 1 9 9 7 狒狒 心脏（正常） hC D 5 9 4 < 10d
狒狒 心脏 hD A F 3 2,1 3,2 1 d W a ter w o rth / 1 9 9 7
狒狒 心脏 hD A F 3 5,5,9 d
Li n / 1 9 9 7 狒狒 心脏 hC D 5 9 / h D A F 5 < 29d
D a g g er / 1 9 9 7 狒狒 肺 hC D 5 9 / h D A F 7 < 2 4 h r
Bh a a tti / 1 9 9 7 狒狒 心脏 hD A F 10 < 9d
La w s o n / 1 9 9 7 狒狒 肾 hC D 5 9 / h D A F 6 < 10d
狒狒 心脏 hC D 5 5 + h C D 5 9 + h C D 4 6 10 < 15d D i a m o n d/ 1 9 9 7
狒狒 肾 hC D 5 5 + h C D 5 9 + h C D 4 6 7 < 15d
D a g g ett / 1 9 9 7 狒狒 肺 h M C P (Hcd4 6 ) 3 1 2 h r ( 平均 )
Y ea tm a n / 1 9 9 8 狒狒 肺 hC D 5 9 + h D A F 4 < 3 h r
Za i di / 1 9 9 8 猕猴 肾 hD A F 7 < 35d
利用转基因猪器官进行猪 → 灵长类异种移植
1997年，动物基因工程产品销售额约
1.8亿 $
转基因小鼠 人类秃顶 Nature Biotechnology,1999,17(1):9
转基因家蚕 防弹衣 Nature Biotechnology,1999,17（ 5）,412
‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02
First
transgenic
plant
Delay-ripening tomato
Commercialized in the US
First field tests
Herbicide resistant,
insect resistant plants
commercialized
GM maize
approved
by EU
First Bt
corn
plants
Rotting resistant tomato approved by FDA
植物基因工程的发展迅速植物转基因育种的发展优势
1,扩大了作物育种的基因库转基因育种 打破了 常规育种的 物种界限,来源于动植物和微生物的有用基因都可以导入作物,培育成具有某些特殊性状的新型作物品种 。
2,提高了作物育种的效率作物转基因育种不仅大大 缩短育种年限,而且可成功地改良某些单一性状却不影响改良品种的原有优良特性 。
3,减轻了农业生产对环境的污染转基因抗虫棉花的大面积种植和推广,不仅可以 减少 化学杀虫剂 对棉农及天敌的伤害,而且可以大幅度降低用于购买农药和虫害防治的费用 。 另外,随着高效固氮转基因作物及高效吸收土壤中磷元素等营养元素的转基因作物不断问世和推广,农用化肥的利用率 将极大地 提高,这对减少农田污染具有重要意义 。
4,拓宽了作物生产的范畴各种有价值的 蛋白产品 都可以利用植物反应器进行高效生产,番茄,马铃薯,
莴苣和香蕉等作物已被成功用于生产口服疫苗 。 另外,各种 工业原料,比如纤维素,海藻糖和可降解塑料等 也可以用植物来生产 。 有人甚至预言,除了钢筋混凝土之外,未来的转基因作物将可能生产出人类所需要的一切产品 。
0
10
20
30
40
50
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
×êêêêêêêêê×êêê3
全球转基因作物种植面积（百万公顷）
0
20
40
60
80
1996 1997 1998 1999 2000
êêêêêêêê
êêêêê¨Btêê
êêêê( B t ) /
êêêêêêêê
êêêêêê
×êêêêêêêêê×êêê3
全球转基因作物导入特性比例
0
8
16
24
32
1996 1997 1998 1999 2000
×êêêêêêêêê×êêê3
全球转基因作物销售收入（亿美元）
作物 面积（万公顷） 所占比例（ % ）
耐除草剂大豆 2 1 6 0 54
Bt 玉米 7 5 0 19
耐除草剂油菜 3 5 0 9
B t / 耐除草剂玉米 210 5
耐除草剂棉花 160 4
耐除草剂玉米 150 4
Bt 棉花 1 3 0 3
B t / 耐除草剂棉花 80 2
合计 3 9 9 0 100
全球不同转基因作物和应用面积植物基因工程研究植物基因组计划植物分子育种 高产、优质、高效和多抗性植物作为反应器 香蕉、马铃薯、番茄等玉米、棉花、大豆、高粱和番茄酒精、石油、工业酶等我国基因工程部分研究进展
转基因抗病虫植物 我国科学家将抗虫基因导入棉花，获得了抗虫植株，对棉蛉虫的抗虫效果十分显著，现正进行田间加代繁殖。抗黄矮病、赤霉病、白粉病转基因小麦和抗青枯病马铃薯也已研究成功，开始田间加代繁殖。
基因工程疫苗 乙型肝炎是危害我国人民健康的严重疾病，
我国乙肝病毒携带者 1亿 1千万人，其中 40％左右的慢性肝炎可能发展成为肝硬化和原发肝癌。以往乙肝疫苗是从人血清中提取，基因工程乙肝疫苗的研制成功，不仅有巨大的经济效益，而且有巨大的社会效益。基因工程乙肝疫苗是我国正式批准投放市场的第一种高技术疫苗，在 20多项指标上达到国际先进水平，获国家科技进步一等奖。继乙肝疫苗之后，
我国又研制成功了痢疾、霍乱等数种基因工程疫苗，并经国家批准进入临床试验。
基因工程药物 干扰素 是一种广谱的抗病毒和抗肿瘤高技术药物，对防治病毒性肝炎和恶性肿瘤有重要的作用。现已有了 3个品种的基因工程干扰素获得国家新药证书，开始大批量生产。除此之外，我 国还研制成功了肝癌导向药物
（生物炸弹）、系列恶性肿瘤辅助治疗药物等十余种基因工程药物，有些已获试生产文号或进入中试开发阶段。
动物克隆和转基因研究 16日，“神舟”五号成功着陆的同一天，包括两头转基因体细胞克隆牛在内的 10头体细胞克隆牛 现身山东梁山县。我国转基因体细胞克隆技术及体细胞克隆技术的研究与应用达到国际前沿水平。
3月 25日 出生的体细胞克隆牛“乐娃”，由于成功地转入了绿色荧光蛋白基因，成为我国首例转基因体细胞克隆牛，标志着我国在转基因体细胞克隆技术方面的新突破。
10月 4日,第二头转基因体细胞克隆牛,岩娃” 的呱呱坠地，
同时创造了两个世界首次，即 首次 获得了用于治疗人类胃溃疡疾病的转 有人岩藻糖转移酶基因 的体细胞克隆牛； 首次 获得了在同一头牛中转有 3种外源基因的转基因体细胞克隆牛。这标志着我国已经成熟掌握了转基因体细胞克隆牛的生产技术体系，在该领域的研究跻身于世界的前列。
岩藻糖转移酶 催化形成的抗原物质可以特异调节幽门螺旋杆菌与人胃上皮细胞结合。而幽门螺杆菌正是 慢性浅表萎缩性胃炎、消化性溃疡、胃增生性息肉、胃癌等重要致病菌,
被国际卫生组织列为一类致癌病原。据世界卫生组织公布，
世界人口的 50 %～ 80 %均感染了幽门螺杆菌，在中国，
达到 70%。由于岩藻糖抗原仅仅存在于人类和灵长类的动物体内，通过转基因克隆方法将人岩藻糖转移酶基因转入牛基因组内，牛奶中表达产生岩藻糖抗原。转基因牛奶可以作为一种口服药物达到治疗或预防胃病的目标。
基因治疗
Gene Therapy
Apart from Some Minor Effects,
Things Are Looking Very Promising !
思 考 题
1,什么是基因，它和细胞、染色体的关系如何？
2,为什么认为 1973年是基因工程诞生的元年？
3,上世纪 40— 70年代初分子生物学领域理论上和技术上的哪些重大突破对于基因工程的诞生起到了决定性的作用？
4,什么是克隆，你知道当前动物克隆的基本原理么？
它和植物的克隆有何区别？
5,在你的脑海中，基因工程的基本流程是怎样的？
基因工程在现实生活中有何应用价值？
6,植物转基因育种比起常规育种来有哪些优势？你知道转基因育种的不足吗？
