基因工程及应用.ppt

基因工程是一种基于分子生物学原理的技术，它涉及到对生物体基因的操纵，以便创造出具有特定性状的新型生物或改进已有生物。基因工程的核心是DNA重组技术，这项技术允许科学家们在体外剪切和组合DNA片段，然后将重组的DNA分子导入宿主细胞中，使细胞表达新的遗传信息，从而产生期望的生物效应。 基因工程的基本内容包括以下几个步骤： 1. **获取目的基因**：科学家需要确定目标基因，即希望引入宿主细胞的特定DNA片段，这可能来源于同一物种的不同个体，也可能来自不同物种。 2. **构建重组DNA**：利用限制性内切酶将目的基因切割下来，并通过DNA连接酶将目的基因与载体DNA结合，形成重组DNA分子。载体通常是一类小型环状DNA，如质粒，它们能在宿主细胞中自我复制，确保目的基因的稳定传递。 3. **转化宿主细胞**：将重组DNA分子导入宿主细胞，如细菌、酵母菌或动植物细胞，使其表达目的基因。 4. **筛选与扩增**：通过选择标记和培养，筛选出成功接受重组DNA的细胞，并进行扩增，以获得大量表达目的基因的细胞。 在实际应用中，基因工程已广泛应用于多个领域： - **农业**：例如，通过将固氮基因转移到农作物中，可以让植物像根瘤菌一样直接固定大气中的氮，减少化肥使用，降低环境污染。 - **医学**：基因工程用于制造药物，如通过在酵母菌中表达人类干扰素基因，可以高效生产干扰素，用于治疗癌症等疾病，降低药物成本。 - **生物技术**：基因工程还可以用来改良生物特性，比如增强抗病性、改善食品品质等。 在生物固氮的实例中，特定的固氮酶是关键，其化学本质通常是蛋白质，这些酶赋予微生物固氮的能力。固氮基因在水稻细胞中的整合和表达，可以写成以下过程：DNA（固氮基因）→RNA→蛋白质，即固氮基因先被转录成mRNA，然后通过翻译生成固氮酶蛋白。 在干扰素的生产中，干扰素基因从人淋巴细胞中提取，与质粒结合后转入酵母菌，酵母菌通过无性繁殖（如出芽生殖）快速扩增，从而大量生产干扰素。 在细菌基因工程的例子中，细菌作为原核生物，其基因型可以通过基因工程技术进行改变。通过特定酶的作用，可以精确剪切和连接DNA，实现基因的插入，这种变异是人为诱导的基因重组。新细菌表现出与甲、乙细菌不同的性状，反映了基因工程的灵活性和实用性。 基因工程是现代生物科技的基石，它改变了我们对遗传学的理解，极大地推动了农业、医药、工业等多个领域的创新和发展。随着技术的不断进步，基因工程的应用将更加广泛，为解决人类面临的诸多挑战提供有力工具。