3.2基因工程的基本操作程序(共31张PPT)课件2023-2024学年高二第二学期生物人教版选择性必修三

(共31张PPT)
1
基因工程的基本操作程序
目录
contents
基因工程概述
目的基因获取与鉴定
载体选择与构建
宿主细胞选择与转化
工程菌构建与筛选
目的基因表达与检测
基因工程安全性考虑
3
01
基因工程概述
基因工程是通过人工手段，在实验室里对生物的遗传基因进行改造和重新组合的技术。
定义
基因工程的主要目的是获取人们需要的生物类型或生物产品，实现基因在不同生物之间的转移，定向地改造生物的遗传性状。
目的
基因工程定义与目的
基因工程技术发展历程
初期阶段
20世纪70年代初，基因工程技术初步建立，实现了DNA的切割和连接。
蓬勃发展阶段
20世纪70年代末至80年代，基因工程技术得到迅速发展，出现了大量基因工程药物和疫苗。
成熟应用阶段
20世纪90年代至今，基因工程技术已广泛应用于农业、医药、环保等领域，取得了显著的社会和经济效益。
医药领域
基因工程技术在医药领域的应用主要包括生产基因工程药物、基因诊断和基因治疗等。例如，利用基因工程技术生产胰岛素、干扰素等生物药物，为疾病治疗提供了新的手段。
农业领域
在农业领域，基因工程技术主要用于培育高产、优质、抗逆的农作物新品种，以及提高畜禽的生产性能等。例如，通过基因工程改造的转基因作物，具有抗虫、抗病、抗除草剂等优良性状。
环保领域
基因工程技术在环保领域的应用主要包括污染治理和生物修复等。例如，利用基因工程技术培育出能够降解有毒有害物质的微生物，为环境治理提供了新的途径。
工业领域
在工业领域，基因工程技术可用于生产高附加值的生物制品，如酶制剂、食品添加剂等。此外，基因工程技术还可用于改进传统发酵工业，提高产品产量和质量。
01
02
03
04
基因工程应用领域
3
02
目的基因获取与鉴定
01
02
目的基因来源及选择依据
选择依据包括基因的功能、表达模式、稳定性以及与宿主细胞的兼容性等。
目的基因主要来源于基因组文库或cDNA文库。
克隆策略包括基因的全长克隆、部分克隆以及定点突变等。
方法上常采用PCR技术、基因合成、基因文库筛选以及基因编辑技术等。
目的基因克隆策略与方法
目的基因鉴定技术及应用
鉴定技术包括DNA测序、限制性酶切分析、Southern杂交以及基因表达分析等。
应用方面，目的基因鉴定在基因治疗、基因疫苗、转基因作物以及生物制药等领域具有广泛前景。
3
03
载体选择与构建
自主复制、结构稳定、容量适中，常用于原核生物基因克隆和表达。
细菌质粒
高感染效率、整合入宿主基因组，适用于构建基因组文库和基因敲除。
噬菌体
高转染效率、宿主范围广，常用于真核生物基因表达和疫苗制备。
动植物病毒
载体类型及特点比较
03
采用定点突变技术
对载体进行改造，以满足特定实验需求。
01
选择合适的复制子和选择标记
确保载体在宿主细胞中的自主复制和筛选。
02
插入多克隆位点
便于外源基因的插入和表达。
载体构建策略与方法
载体稳定性评估及改进
通过连续传代培养，检测载体遗传信息的保持情况。
采用限制性内切酶酶切和PCR扩增等方法，检测载体结构的完整性。
比较不同载体在相同条件下的转化效率，以评估载体的适用性。
对载体进行生物安全评估，确保其在基因治疗和疫苗制备等领域的安全性。
遗传稳定性
结构稳定性
转化效率
安全性评估
3
04
宿主细胞选择与转化
如大肠杆菌，繁殖迅速、操作简单、成本低廉，但缺乏真核细胞的蛋白质修饰系统。
原核细胞
如酵母、哺乳动物细胞等，具有蛋白质修饰系统，能表达更接近天然状态的蛋白质，但操作复杂、成本较高。
真核细胞
可用于表达植物来源的基因或生产植物次生代谢产物，具有生物安全性好、生产成本低等优点。
植物细胞
如昆虫细胞等，可用于表达某些特定功能的蛋白质，如毒素、酶等。
动物细胞
宿主细胞类型及特点比较
根据目标蛋白质的特性选择合适的宿主细胞株，以提高表达效率和产量。
选择合适的宿主细胞株
调整培养基中的碳源、氮源、无机盐等成分，以满足宿主细胞生长和代谢的需求。
优化培养基成分
如温度、pH值、溶氧量等，以维持宿主细胞的正常生长和代谢活动。
控制培养条件
对于某些需要诱导表达的基因工程产品，可通过添加诱导剂来提高表达水平。
添加诱导剂
宿主细胞转化条件优化
转化效率评估指标
包括转化子数、转化频率、表达水平等，用于衡量转化过程的效率和效果。
提高转化效率的方法
采用高效的转化方法，如电穿孔法、显微注射法等；优化转化条件，如调整DNA浓度、改进感受态细胞制备方法等；选择合适的筛选标记和抗性基因，以提高筛选效率和准确性。
转化效率评估及提高方法
3
05
工程菌构建与筛选
选择合适的目的基因
选择适当的载体
重组DNA技术
转化或转导技术
工程菌构建策略及方法
根据工程菌所需表达的蛋白质或产物特性，选择合适的目的基因进行克隆。
利用限制性内切酶、DNA连接酶等工具酶，将目的基因与载体进行体外重组。
根据需要选择合适的质粒、噬菌体或病毒载体，将目的基因插入其中。
将重组DNA分子导入宿主细胞，构建成工程菌。
抗生素抗性筛选
分子杂交筛选
免疫学筛选
产物性质筛选
工程菌筛选条件与方法
01
02
03
04
利用载体上的抗生素抗性基因，筛选含有重组质粒的工程菌。
利用DNA或RNA分子杂交技术，筛选含有特定目的基因的工程菌。
利用特异性抗体与工程菌表达的产物结合，筛选高表达菌株。
根据工程菌表达的产物特性，如酶活性、产物产量等，筛选优良菌株。
检测工程菌在传代过程中目的基因的丢失率、突变率等，评估其遗传稳定性。
遗传稳定性评估
表型稳定性评估
稳定性改进策略
基因工程改造
检测工程菌在不同培养条件下表达产物的稳定性，评估其表型稳定性。
通过优化培养基成分、添加保护剂、改进发酵工艺等措施，提高工程菌的稳定性。
利用基因敲除、基因定点突变等技术，对工程菌进行遗传改造，提高其稳定性和产物表达量。
工程菌稳定性评估及改进
3
06
目的基因表达与检测
翻译水平调控
在蛋白质合成过程中，通过控制翻译起始、延伸和终止等步骤，调节蛋白质的表达量和功能。
翻译后调控
涉及蛋白质修饰、定位、互作和降解等方面，进一步调节蛋白质的功能和活性。
转录后调控
包括mRNA剪接、编辑、修饰和降解等过程，影响mRNA的稳定性和翻译效率。
转录水平调控
通过控制转录起始、延伸和终止等过程，调节基因转录产物的生成量和种类。
目的基因表达调控机制
目的基因表达产物检测方法
分子生物学方法
如PCR、RT-PCR、实时荧光定量PCR等，用于检测目的基因转录产物的存在和数量。
免疫学方法
如Western blot、ELISA、免疫组化等，利用特异性抗体检测目的基因表达产物的存在和水平。
生物活性测定
通过测定表达产物的酶活性、细胞增殖、细胞凋亡等生物活性指标，评估目的基因的表达效果。
报告基因系统
将目的基因与报告基因（如荧光素酶、绿色荧光蛋白等）融合表达，通过检测报告基因的表达情况间接反映目的基因的表达水平。
优化表达载体
调整培养条件
诱导表达
共表达辅助蛋白
目的基因表达水平优化策略
优化细胞培养条件，如温度、pH值、溶氧量、培养基成分等，提高细胞生长和基因表达水平。
利用化学或物理诱导剂诱导目的基因的表达，提高表达产物的生成量和稳定性。
共表达与目的基因相关的辅助蛋白，如分子伴侣、蛋白酶抑制剂等，提高目的基因表达产物的可溶性和稳定性。
选择合适的启动子、增强子、终止子等调控元件，构建高效表达载体。
3
07
基因工程安全性考虑
基因工程可能导致基因污染，即外源基因通过花粉传播等方式扩散到周围环境中，对生态系统造成潜在威胁。
基因污染
在基因工程操作过程中，外源基因有可能逃逸到自然界中，与野生型基因发生交流，导致基因资源的混乱。
基因逃逸
基因工程食品可能对人体健康产生不良影响，如过敏反应、抗生素抗性等。
食品安全问题
基因工程涉及到生命的起源、生物进化等敏感领域，可能引发一系列生物伦理问题。
生物伦理问题
基因工程潜在风险分析
A
B
C
D
安全性评估方法及标准
实质等同性原则
对基因工程产品与传统产品进行比较，评估其在成分、营养价值、毒性等方面的等同性。
安全标准制定
制定基因工程产品的安全标准，包括外源基因的转移、表达、稳定性等方面的要求。
风险评估
对基因工程产品可能带来的风险进行全面评估，包括生态风险、人体健康风险等。
长期监测
对基因工程产品进行长期监测，以及时发现并处理潜在的安全问题。
严格监管
加强对基因工程实验的监管力度，确保实验过程的安全可控。
限制使用范围
对基因工程产品的使用范围进行限制，避免其过度扩散到环境中。
建立应急预案
针对可能出现的基因工程安全问题，建立相应的应急预案和处理机制。
加强公众科普教育
提高公众对基因工程的认识和理解，增强公众的风险意识和防范能力。
风险控制措施与建议
感谢您的观看
THANKS