基因工程诞生.ppt

基因工程的诞生,无数科学工作者 辛勤劳动的成果 集体智慧的结晶,基因工程发展史的某些重要事件,基因工程 诞生的基础,理论上的三大发现,第一，发现了生物的遗传物质是DNA不是蛋白质 第二，明确了DNA的双螺旋结构和半保留复制机理 第三，破译了具有通用性的遗传密码1934年Avery等人在美国的一次学术会议上首次报道了肺炎球菌（Diplococcu spneumonas）的转化超越时代的科学成就，往往不容易很快被人接受，Avery的成果没有得到公认事隔10年，1944年这一论文才得以公开发表事实上，Avery的工作不仅证明DNA是生物的遗传物质，而且还证明了DNA可以转移，并把一个细菌的性状传给另一个细菌，理论意义十分重大正如诺贝尔奖金获得者Lederberg指出的，Avery的工作是现代生物科学的革命开端，也可以说是基因工程的先导第一，发现了生物的遗传物质是DNA不是蛋白质遗传物质？ 核酸 或 蛋白质？核酸！ O.T.Avery及其合作者,1944年发表了关于细菌转化实验的报告,,格里菲斯的肺炎链球菌转化实验,,爱弗莱 证实 转化物质 是 DNA,随着生物化学的发展，蛋白质、核酸等生物大分子逐渐分离、纯化出来。

各方面的实验证据表明，基因的化学本质不是蛋白质，而是 DNA格里菲斯的实验证明遗传物质可以转化进入细菌，改变细菌特性爱弗莱的实验证实，进入细菌改变特性的遗传物质是 DNA，而不是蛋白质遗传物质是DNA,分别用放射性同位素标记噬菌体,35S－ 标记蛋白质,32P－ 标记 DNA,,,35S 标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞,32P 标记 DNA ,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞,第二，明确了DNA的双螺旋结构和半保留复制机理 1953年，Watson和Crick提出了DNA结构的双螺旋模型，这对生命科学的意义来说，足以和达尔文学说、孟德尔定律相提并论DNA半保留复制和蛋白质合成的中心法则，提出了遗传信息流是DNA→RNA→蛋白质，从分子水平上揭示了神秘的遗传现象，为遗传和变异提供了理论依据半 保 留 复 制,双 螺 旋 结 构,,In 1962 James Watson (1928), Francis Crick (1916-2004.7.28), and Maurice Wilkins (1916) jointly received the Nobel Prize in medicine or physiology for their determination in 1953 of the structure of deoxyribonucleic acid (DNA). Because the Nobel Prize can be awarded only to the living, Wilkins's colleague Rosalind Franklin (1920-1958), who died from cancer at the age of thirty-seven, could not be honored.,James Watson (1928),Francis Crick (1916-2004.7.28),Maurice Wilkins (1916),Rosalind Franklin (1920-1958),,Watson and Crick’s paper in Nature 1953.,,Crick and Watson's DNA model (1953),Crick and Watson's DNA model (2003),DNA Helix 50 Years,,,Crick and Watson's DNA model (1953),第三，遗传密码子的破译。

1961年Monod和Jacob提出了操纵子学说，为基因表达调控提出了新理论以Nirenberg等为代表的一批科学家，经过艰苦的努力，确定遗传信息是以密码方式传递的，每三个核苷酸组成一个密码子，代表一个氨基酸到了1966年全部破译了64个密码，编排了一本密码字典，除线粒体、叶绿体存在个别特例外，遗传密码在所有生物中具有通用性，为基因的可操作性奠定理论基础Established the chemical structure of tRNA,Established the in vitro system for revealing the genetic codes,Devised methods to synthesize well defined nucleic acids,一、遗传密码的单位：,包含在DNA或RNA排列顺序中的遗传信息，它决定蛋白质中氨基酸的排列顺序现一般专指存在于信使RNA（mRNA）上的核苷酸顺序三联体密码（密码子，codon）: 三个连续的核苷酸编码一个氨基酸遗传密码（genetic code）,二、遗传密码的基本特点,1. 64组密码子:,61种为 aa编码 3种为终止密码子,,AUG（起始密码子）,UAA, UAG, UGA,原核：fmet 真核：met,,2. 密码是无标点符号的 3. 一般遗传密码是不重叠的,4. 简并性 （degeneracy) 大多数氨基酸都有两个或多个密码子。

意义：减少有害突变 维持物种稳定,5. 专一性,前两个碱基专一性强 第三位碱基专一性小,,例： Ala(4),5 G C U 3  C A G,意义：若第三个碱基发生突变，仍可翻译出正确的aa,,6. 通用性 所有生物（包括病毒、原核及真核生物）基本上共用一套密码子遗传密码表,基因工程 诞生的基础,技术上的三大发明,,第一，限制酶、连接酶能够体外切割和连接DNA片段 第二，质粒改造成载体能够携带DNA片段克隆 第三，逆转录酶的使用打开真核生物基因工程的一条通路第一，限制酶、连接酶能够体外切割和连接DNA片段 1970年，Smith和Wilcox在流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）中分离并纯化了限制性核酸内切酶HindII，使DNA分子的切割成为可能1972年Boyer实验室又发现了名叫EcoRI的限制性核酸内切酶，这种酶每遇到GAATTC序列，就会将双链DNA分子在该序列中切开形成DNA片段以后，又相继发现了大量类似于EcoRI这样的能够识别特异核苷酸序列的限制性核酸内切酶，这就使研究者可以获得所需的DNA特殊片段 另一发现是DNA连接酶1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现了DNA连接酶，这种酶能够参与DNA缺刻的修复。

1970年，美国的Khorana实验室发现了一种叫做T4DNA连接酶，具有更高的连接活性为DNA片段的重组连接提供了技术基础第二，质粒改造成载体能够携带DNA片段克隆 只有对DNA切割与连接的工具（酶），还不能完成DNA体外重组的工作因为大多数DNA片段不具备自我复制的能力所以，为了能够在受体细胞中进行繁殖，必须将获得的DNA片段连接到一种能自我复制的特定DNA分子上这种DNA分子就是基因工程载体（vector）基因工程的载体研究先于限制性核酸内切酶从1946年起，Lederberg开始研究细菌的性因子─F质粒，经过50到60年代，相继发现其它质粒，如抗药性因子（R质粒）、大肠杆菌素因子（CoE质粒）到1973年，Cohen将质粒作为基因工程的载体使用，获得基因克隆的成功第三，逆转录酶的使用打开真核生物基因工程的一条通路 1970年，Baltimore等人和Temin等人同时各自发现了逆转录酶，逆转录酶的功能不但打破了早期的中心法则，也使真核基因的制备成为可能1975年 获诺贝尔生理医学奖,打破了早期的中心法则,,,,基因工程诞生的标志,1972年，斯坦福大学，P.Berg小组，世界首例DNA体外重组。

SV40 /EcoRⅠ+λDNA/ EcoRⅠ ↓ recombinant DNA 1973年，斯坦福大学，S.Cohen小组，体外重组并转化成功 R6-5（NeR）/EcoRⅠ+ pSC101（TetR）/ EcoRⅠ ↓ recombinant DNA ↓ 转化菌（双抗）,S.Cohen等在P.Berg博士工作的基础上，不仅在体外成功地获得了杂合DNA分子，还使这一重组分子在大肠杆菌内得到繁殖和表达基因工程的诞生 （一九七三年）,综合S.Cohen 和P.Berg创造性的研究成果，“ 在细胞外，把目的核酸分子与载体核酸分子组合成新的遗传物质，再把它导入原本没有这种物质的细胞内，并使这种重组遗传物质在细胞内的无性繁殖获得成功”，这一工作内容定义为基因工程，世界上第一次完成这项工作内容的1973年被公认为基因工程诞生的元年基因工程诞生与相关学科之间的关系,。