基因工程的应用及其安全性

基因工程的应用及其安全性，基因工程的安全性及其伦理理论，详细总结了基因工程的工具，基因工程的基本操作步骤，基因工程的应用。

基因工程的应用及其安全性

• 基因工程
  • 基因工程的工具
    • 限制酶
      • 概念：识别并附着特定的核苷酸序列，并对每条链中特定部位的两个脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键进行切割的一类酶（氢键会自然断开）
      • 存在：主要存在在原核生物中
      • 形成末端类型
        • 粘性末端
          • 可以直接用DNA连接酶链接两端基因
        • 平末端
          • 要通过人工方法在其一个DNA分子末端添加碱基
      • 限制酶的选择原则
        • 应该选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，以便把目的基因切出
        • 不能选择在目的基因里面的限制酶，会把目的基因切坏
        • 为了避免目的基因和质粒自身环化，反连和随意链接，最好用不同的限制酶切割目的基因和质粒（在目的基因和质粒上最好是同尾酶）
        • 酶切位点最好位于启动子与终止子之间，不然的话转录效率低
        • 酶切位点不能位于启动子，终止子，或复制原点上面
    • DNA连接酶
      • 作用：将DNA双链片段缝合起来，恢复之前被切开的磷酸二酯键
      • 分类（主要）
        • E*coilDNA连接酶
          • 特点：只缝合粘性末端
        • T4 DNA连接酶
          • 特点：粘性末端与平滑末端都可以缝合
    • 载体
      • 分类
        • 质粒（用的最多）
        • 动物细胞病毒，植物细胞病毒
      • 作用：携带外源性DNA进入细胞
      • 特点
        • 在受体细胞中复制并稳定遗传
        • 有一个或多个限制酶酶切位点
        • 有特殊的标记基因
      • 意义
        • 目的基因稳定存在并且数量可扩大
        • 可携带多个或多种外源基因
        • 便于重组DNA的鉴定与选择
  • 基因工程的基本操作步骤
    • 获取目的基因
      • 从基因文库中直接获取
      • 人工合成目的基因
        • 反转录法
          • mRNA逆转录变成单链DNA，再合成双链DNA
        • 化学合成
          • 从已知的蛋白质氨基酸序列推测出mRNA的核糖核苷酸序列再推测出目的基因的DNA序列，再通过化学合成目的基因
      • 利用PCR技术扩增目的基因
        • 原理：DNA复制
        • 前提:已知目的基因的一段DNA序列，以便根据这一段序列合成引物
          • 目标DNA一端的DNA序列，为了确定扩增开始的地方
        • 条件：DNA模板，引物，热稳定DNA解旋酶，脱氧核糖核苷酸
        • 扩增过程
          • 1，变性：把温度加热到90度以上，让DNA双联变为单链
          • 2，温度变为50度左右，引物通过碱基互补配对与DNA单链结合
          • 3，温度升高到72度，热稳定DNA聚合酶完成碱基互补配对，让DNA完成扩增（变为两倍）
        • 结果：DNA数目变为原来的两倍，随着扩增次数的增加，DNA数目以指数形式扩增
        • 反应场所：PCR扩增仪
    • 目的基因与运载体重组
    • 重组DNA分子导入受体细胞
      • 动物细胞
        • 显微注射法
        • 受体细胞：受精卵
        • 过程
          • 重组质粒显微注射到受精卵当中，最后发育成个体
      • 植物细胞
        • 农杆菌转化法（多数）
        • 受体细胞：体细胞或者受精卵
        • 过程
          • 重组质粒导入进农杆菌当中，农杆菌侵染目标细胞，重组质粒整合到DNA上面去，被植物表达出相应性状
      • 微生物
        • 钙离子转化法
          • 钙离子可以让细胞的通透性变大，让重组质粒更容易进入细胞
        • 受体细胞：原核细胞
        • 过程：
          • 钙离子处理目的细胞，使细胞变为感受态，把重组质粒加入细胞培养液当中，感受态细胞会吸收重组质粒
    • 筛选含目的基因的受体细胞
      • 判断目的基因是否导入
        • 重组质粒上面会有标记基因，根据这种特性来筛选细胞
        • 利用DNA分子杂交技术
          • 先将DNA变性，变为单链的DNA，之后用已知的目的基因DNA序列制造出碱基互补配对的DNA单链，将这两种DNA单链放在一起杂交，看会不会形成双链DNA
            • 判断形成双链DNA的方法
              • 电泳
                • 单链DNA往往会在双链DNA的前面因为其分子量小
              • 紫外光谱法
                • 单链DNA因为其碱基暴露在外面，所以吸收紫外线的能力更强
      • 判断是否转录出了目的RNA（因为可能被甲基化，或被沉默，无法表达）
        • 分子杂交的方法（与DNA方式类似）
      • 是否翻译出相应的蛋白质
        • 抗原抗体杂交法
          • 将目的基因在大肠杆菌中表达出蛋白质
          • 将表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出抗体
          • 从转基因生物中提取蛋白质，走凝胶电泳
          • 将凝胶中的蛋白转移到硝酸纤维素膜上
          • 将抗体与硝酸纤维素膜上的蛋白杂交，这时抗体与蛋白质会特异性结合（此时会无现象）
          • 再导入第二种抗体，第二种抗体会跟第一种抗体特异性结合，并且在第二种抗体上面会有特殊的标记，比如荧光，如果此时在纤维素膜上面出现了荧光反应，则说明有该蛋白质
      • 对于个体的鉴定
        • 做抗性实验
          • 检测个体对于该反应有无抗性
  • 基因工程的应用
    • 动物基因工程：提高动物的成长速度，改善产品品质
    • 植物基因工程
      • 培养抗虫转基因作物，抗病转基因作物，抗逆转转基因作物
    • 基因诊断与基因治疗
      • 基因诊断
        • 也叫做DNA诊断，检验患者体内是否出现异常基因或是病原体（做核酸）
      • 基因治疗
        • 概念
          • 把正常的基因导入人体体内，让该基因发挥功能，表达出正确的蛋白质
        • 分类
          • 体内基因治疗
            • 直接向人体细胞中转移基因
          • 体外基因治疗（更可靠）
            • 从病人体内获取细胞，在体外导入目的基因，再输会患者体内
• 基因工程的安全性及其伦理问题
  • 转基因生物的安全性问题
    • 目前对于基因的结构，基因间的相互作用及基因的调控机制了解有限
    • 目的基因一般是其他生物的基因
    • 外源基因插入宿主基因的位置往往是随机的
  • 三个方面的主要问题
    • 食物安全
    • 生物安全
    • 环境安全
  • 该理性对待转基因技术：趋利避害，不要因噎废食
  • 生物技术中的伦理问题
    • 治疗性克隆
      • 从胚胎中取出干细胞用于医学治疗和研究
      • 水平：细胞水平
    • 生殖性克隆
      • 用于生育，获得人的复制品
      • 水平：个体水平
    • 联系：都属于无性生殖
    • 中国政府态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆
  • 生物武器
    • 种类：致病菌，病毒，经过基因重组的致病菌
    • 中国政府的态度：任何时候不发展，不储存生物武器