生 基因程原 Niuniugood@yahoo.com.cn
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
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。 Takara等,化学合成的激素抑制素 基因和大肠杆菌β-半乳糖(苷)激酶基因插入到PBR3冲中得到重组质粒,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
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
利用转基因猪器官进行猪→灵长类异种移植 作者 受体动物猪器官 基因构件 数量移植体存活 Mc Curry/1995 狒狒 心脏 hDAF +hCD59 4,11,30 Norin/1996 狒狒 h CD59 12hr White/1995 猕猴 心脏(新生)hDAF 5d(平均 Cozzi/1995 猕猴 心脏(新生)hDAF 5d(平均) Cozzi/1997 猕猴 心脏(新生)hDAF awk Kroshus/1997 狒狒 心脏(正常)hCD59 10d Waterworth/1997 狒狒 心脏 hDAF 2,13,2ld 狒狒 心脏 hDAF 5,5,9d Lin/1997 狒狒 心脏 h CD59/hDAF 29d Dagger/1997 狒狒 h CD59/hDAF Bhaatti/1997 狒狒 脏 hDAF <9d Lawson/1997 狒狒 hCD59/hDAF Diamond/1997 狒狒 脏 hCD55+hCD59+hCD46 狒狒 h CD55+ hcd59+ hCD46 3?880433570617347 10d 15d Daggett/1997 狒狒 hMCP(Hcd46) 12hr(平均) Yeatman/1998 狒狒 肺心肾心肾肺肺肾 h CD59 +hDAF <3hr Zaidi/1998 猕猴 hDAF 35d
作 者 受体动物 猪器官 基因构件 数量 移植体存活 McCurry/1995 狒狒 心脏 hDAF +hCD59 3 4,11,30 Norin/1996 狒狒 肺 hCD59 ? 12hr White/1995 猕猴 心脏（新生） hDAF 8 5d (平均) Cozzi/1995 猕猴 心脏（新生） hDAF 8 5d (平均) Cozzi/1997 猕猴 心脏（新生） hDAF 10 7wk Kroshus/1997 狒狒 心脏（正常） hCD59 4 <10d Waterworth/1997 狒狒 心脏 hDAF 3 2,13,21d 狒狒 心脏 hDAF 3 5,5,9d Lin/1997 狒狒 心脏 hCD59/hDAF 5 <29d Dagger/1997 狒狒 肺 hCD59/hDAF 7 <24hr Bhaatti/1997 狒狒 心脏 hDAF 10 <9d Lawson/1997 狒狒 肾 hCD59/hDAF 6 <10d Diamond/1997 狒狒 心脏 hCD55+ hCD59+ hCD46 10 <15d 狒狒 肾 hCD55+ hCD59+ hCD46 7 <15d Daggett/1997 狒狒 肺 hMCP(Hcd46) 3 12hr (平 均) Yeatman/1998 狒狒 肺 hCD59 +hDAF 4 <3hr Zaidi/1998 猕猴 肾 hDAF 7 <35d 利用转基因猪器官进行猪→灵长类异种移植
18亿 1997年,动物基因工程产品销售额约 转基因小取 人类秃顶 Nature Biotechnology, 199,17(1):9 转基因家蚕一防弹衣 Nature Biotechnology, 1999,17(5):412
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
植物基因工程的发展迅速 first First Bt Herbicide resistant transgenic corn insect resistant plants plant plants commercialized 838485“86“878889906914929394959697989900“01“02 First field tests Rotting resistan tomato approved by fda Delay-ripening tomato Commercialized in the Us GM maize approved by eu
‘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 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
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
50 30 20 199219931994199519961997199819992000 全球转基因作物种植面积(百万公顷)
0 10 20 30 40 50 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 资料来源：注释3 全球转基因作物种植面积（百万公顷）
80 耐除草剂 60 40 抗虫(Bt) 20 抗病毒 抗虫(Bt)/ 耐除草剂 0 1996 1997 1998 1999 2000 全球转基因作物导入特性比例
0 20 40 60 80 1996 1997 1998 1999 2000 耐除草剂 抗虫（Bt） 抗虫(Bt)/ 耐除草剂 抗病毒 资料来源：注释3 全球转基因作物导入特性比例
24 8 0 1996 1997 1998 1999 2000 全球转基因作物销售收入(亿美元)
0 8 16 24 32 1996 1997 1998 1999 2000 资料来源：注释3 全球转基因作物销售收入（亿美元）