分子生物学简述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,textbooks,陈启民等,2001,分子生物学 南开大学出版社,德伟、李艳利,2001,生物化学与分子生物学,科学出版社,黄翠芬,1987,遗传工程理论和方法,科学出版社,金冬雁,黎孟枫等译 1992,分子克隆实验指南,科学出版社,金冬雁,1996,英汉分子生物学与生物工程词汇,科学出版社,金冬雁,、金奇、侯云德 1996,核酸和蛋白的化学合成与序列,分析,科学出版社,科学出版社名词室,1997,英汉生物学词汇,科学出版社,李育阳,2001,基因表达技术,科学出版社,李德葆,徐平 1994,重组DNA原理和方法,浙江科学技术出版社,李衍达等译,2000,生物信息学，基因和蛋白质分析实用指南,清华大学出版社,林万明,等，1995,PCR技术操作和应用指南,人民军医出版社,卢圣栋,1993,现代分子生物学实验技术,高等教育出版社,瞿礼嘉等,1998.,现代生物技术导论,高等教育出版社,齐义鹏,1989,基因工程原理和方法,武汉大学出版社,1998,基因及其操作原理,武汉大学出版社,盛祖嘉等,1988,分子遗传学,复旦大学出版社,孙志贤,1995,现代生物化学理论与研究技术,军事医学科学出版社,沈倍奋,2001,分子文库,科学出版社,谭天伟等译,2003,分子生物学与生物技术,化学工业出版社,Introduction,A brief history,Its role in life sciences,The molecular nature of genes,An introduction to gene function,Overview,prospects,1.Introductory,What is molecular biology?,An elusive term,More than one definition,-the study of,gene structure,and,function,at the,molecular level.,-Grew out of the disciplines,of,genetics,and,biochemistry.,BiochemistryGeneticsMolecular BiologyBiophysics,Hybrid discipline,基因工程,遗传工程,(狭义,广义),细胞工程、染色体工程、细胞器工程等 基因工程、物理化学诱变、细胞融合、花粉培育、常规育种、性杂交等。,生物工程：,遗传工程、基因工程、发酵工程、蛋白质工程、酶工程、生化工程、胚胎工程、发育工程等。,2,.A brief history(time line),1859,Darwin:,1865,Mendel:,Genetics,1869,Miescher:,discovered DNA,1910,1916 Morgan,:gene are on chromosomes,1944 Avery,:,identified DNA as the material genes are made of,1953 Watson&Crick：,DNA structure,1958 Meselson&Stahl,:semiconservative replication of DNA,1961 Jacob et al,:discovered mRNA,1972 Berg:,recombinant DNA in vitro,1973 Cohen,:first used plasmid to,clone DNA,1977 Gilbert&Sanger,:sequence,1986 Mullis:,PCR,1990 Watson et al:,Lauched the HGP,1997 Wilmut and collegues,:Dolly,1998-,Bioinformatics,Proteomes(ome),3.Its roles in life sciences,Molecular,immunicity,Molecular,pharmanucity,Molecular,pathology,Molecular,entomology,Molecular,taxanomy,Molecular,biomathmatics Bioinformatics,21世纪-生命科学的世纪,左右一个国家经济前途的命运重大问题-饥饿、疾病、能源、污染 等提供切实的解决办法。,21世纪将是,整体细胞生物学,（Holistic cellular biology)的时代，DNA+RNA+Protein=完整的细胞分子生物学,4.,Overview,大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡质芽 孢杆菌、等全序列，对虾病毒、反转录病毒、SARS病毒、HIV猪、牛等多种动物基因组测序拟南芥、水稻等多种植物基因组,生物制药,按生物化学性质分为,：氨基酸类、有机酸、醇酮类、维生素、酶及辅酶类、脂类、多肽和蛋白质类、核酸类及其衍生物、多糖等。,按生物工程学科分为,：基因工程制药、细胞工程制药、微生物工程制药和酶工程制药四大类。,生物制药发展趋势,1、动物细胞高效表达和细胞大量培养。,2、蛋白质工程和蛋白质杂交研究。,3、药物剂型研究。,4、药物配伍研究。,5、基础医学的生物技术研究。,6、研究开发第二代生物技术药物，即核,酸、糖、脂类三类药物。,疫苗研制,1、亚基疫苗,2、肽疫苗,3、活体重组疫苗,4、多价疫苗,流感DNA疫苗、狂犬病DNA疫苗、乙肝DNA疫苗、结核病DNA疫苗、疟疾DNA疫苗,基因诊断,特异性强、灵敏度高、简便快速。遗传病（优生优育）传染病(包括HIV),现已发展到对一些常见病(如糖尿病、动脉粥样硬化及精神分裂症等)的诊断，还应用于结核病、肝炎、传染病及恶性肿瘤的诊断及法医学鉴定。,主要限制是造成疾病的基因突变多样性，妨碍针对所有疾病进行分子诊断试验的设计。,基因诊断技术,PCR技术,核酸探针杂交技术,基因芯片(gene chip)技术,限制性片段长度多态性(RFLP),发展趋势,：“自动化”、“程序化”、“非标记技术”和“多病种”等特色。,基因治疗,1、基因替代(gene replacement),2、基因修正(gene correction),3、基因增强(gene augmentation),4、基因抑制(gene constraint)和/或基因 失活(gene inactivation),5、反义疗法,基因治疗,希望与局限,（1）基因治疗癌症未获进展,（2）仅限于治疗少数疾病，费用昂贵,（3）导入人体的目的基因表达水平,（4）获得长期表达效果难,肿瘤发生,癌基因：,大约有100个,抑癌基因,(,tumor suppressor gene,),：,P53基因,P16基因：也控制细胞衰老,阻止癌扩散的基因：,TIMP-2基因,NM-23RDCC基因,艾滋病-狼在吃人,81年6月在美发现，反转录病毒，HIV-1和HIV-2。HIV：9749bp，极易变异。已明确的基因有9个。世界6800万人 感染，2200万人死亡。全球每年感染500万，每天1.5万。,非洲：,占世界人口1/10，感染者占70%以上，,2005-2110，非洲人平均45岁。,印度：,1000万人感染,中国：,2003年,100万人,，将增至,1000万,。,疫苗主要有8种。反义技术、基因治疗、单抗。,浙江大学于晓方等2004.1.发现一组使HIV避过人体细胞天然防御系统而在人体内大量复制的蛋白，阐明了HIV突破寄主机制，治疗有了新靶点。,爱滋病-灾难,劳动人口急剧减少，人才严重损失,“一战”死亡的2倍，等于“二战”死亡,人口比例严重失衡，人均寿命降低,老年人将多于中青年人,直接影响经济发展,防治费用将加重国家负担,脑和神经生物学,神经系统发育、信号传递：最富挑战性、最复 杂的问题之一。脑约有3万个基因处于表达状态,分子水平揭示,脑的思维、记忆和学习,等功能治疗精神病,衰老老年病百病之源,第四号染色体D4S1565位点,P16基因,在中医学中的应用,阴阳学说的分子生物学解释,脉象学说分子生物学解释,活血化瘀理论的分子生物学解释,滋阴泻火理论的分子生物学解释,针灸的分子生物学解释,抗衰老的分子生物学解释,在中药学中的应用,蛋白质或酶技术,核酸技术：药用植物鉴别、RFLP、RAPD、DNA footprinting、biochip,药用植物育种,药用植物次生代谢产物,（Human Genome Project,HGP),1985提出、1990启动 310,9,bp，破译全部信息,全面认识自我,10万个基因-3、4万个基因 数、理、化、信息、材料等学科渗透 生命科学第一项大科学工程 中国参加1%（唯一的发展中国家）“后基因组计划”(post-genome project)功能基因组(functional genomics)“蛋白质组”(proteomics)“环境基因组学(environmental genomics),人类蛋白质组正式启动,2001年成立国际人类蛋白质组组织（HUPO），2003.12.15启动两个首批行动计划。,人类肝脏蛋白质组计划（HLPP）由中国军事医学科学院副院长贺福初院士领导，16国80多个实验室参加。中国第一次领导重大国际协作计划。,人类血浆蛋白质组计划（HPPP）由美国科学家牵头，13国47个实验室参加。,第三届国际人类蛋白质组大会今年在北京举行。主题：蛋白质组-生命真谛的诠释。,蛋白质组研究技术,MS,酵母双杂交系统,噬菌体展示技术,蛋白质微阵列,大规模数据处理的计算机系统和软件,蛋白质组研究步骤,2-D电泳,双向高效柱层析分离蛋白质,氨基酸组成分析、C-端或N-端氨基酸序列分析及MS鉴定所分离的蛋白质,生物信息学数据库对鉴定结果进行存储、处理、对比和分析。,工 业,纤维素的开发利用,植物重要组成部分，是地球上数量最丰富的有机物质。产物葡萄糖，是食品、燃料和化学原料的重要来源。从细菌、真菌中克隆出分解酶基因-导入酿酒酵母-将纤维素降解成葡萄糖-发酵成酒精。,。,酿酒工业,优质啤酒 改良啤酒的质量 保持啤酒的清晰度,。,食品工业,干酪生产 燃料酒精 饮用酒精和生物饮料 凝乳酶 血清蛋白等,环境保护,环境监测与净化基因探针：,饮用水，6000儿童/天死,“超级菌”、“超级质粒”：,辛烷、已烷和癸烷、二甲苯和甲苯、樟脑、萘，石油中的烃类化合物重金属、致癌物、农药和杀虫剂,生物传感器,1、环境监测,（1）水和废水监测,BOD生物传感器、检测有害物质的生物传感器、水体富营养化监测传感器,（2）空气和废气监测,2.农药残留量检测,2、生物修复技术,3、生物可降解塑料,4、生物表面活性剂,5生物絮凝剂,6、生物农药,7、藻类与环境保护,农林牧副渔业,光合作用,光合产物约占植物干重95，生命源泉作物产量还不到转变为生物量的太阳能的5转能效率达到最佳水平。,固氮作用,每年微生物固N,2,总量约200Mt如果禾谷类、非豆科能固氮，节省化肥把豆科植物的固氮基因转移到其它植物,transgenic plants,total:,5260,0000 ha(2002),USA:,3030 0000 ha(68%),Agentina:,1000 0000 ha(23%),Canada:,300 0000ha(7%),China:,50 0000 ha(1%),Fujian:,Mar.20,2002GMFOOD,知情权,抗病,抗菌肽基因抗真菌：几丁质酶基因、葡聚糖酶基因,抗虫,Bt Rice,Bt cotton,Bt corn,抗盐 品质改良,必需氨基酸高含硫氨酸,植物生物反应器,作物,大豆,58%,玉米 23%,棉花 12%,油菜 7%,抗病虫草,抗除草剂 74%,Bt 19%,双抗（Bt）除草剂 7%,态 度,趋利避害,贯彻法规,风险性研究,环境监测,公众监督,法规,1975.2.美国加州Asilomor会议（世界第一次转基因生物安全性会-里程碑,1996.7.农业部农业生物基因工程安全管理实施办法1997.3正式受理,2001.5.国务院农业转基因生物安全管理条例,2002.1.农业部三个配套管理办法,农业转基因生物安全评价管理办法,农业转基因生物进口安全管理办法,农业转基因生物标识管理办法,transgenic animals,1982年:“超级鼠”,转基因昆虫、猪、鱼、兔、,羊和牛等,生物反应器,动物克隆-Dolly,1996.7.5 出生,1997.2.23 报导,2003.2.14 安乐死，肺病，保存于苏格兰国家博物馆,已克隆,奶牛、猪、老鼠、猫、羊、兔,等,转基因：“宠儿”还是“孽种”？,摆脱自然对传统作业的限制,培养人体器官，解决器官移植供体短缺,药品副作用远远大于转基因食品,莫衷一是,欧洲：不能否定危险，就该限制；,美国：不能证明危险，就不该限制,优生：多个世纪追求；一旦实现又无法消受,问题与挑战,克隆动物细胞实际年龄老于正常受精胚胎细胞。克隆人？,“双刃剑”：保持优良种性；增加珍稀濒危动物数量；利用克隆动物相同的基因背景进行医学和生物学研究等等。对生物多样性提出挑战，并使人类面临宗教、人伦等诸多问题。,Transgenic fish in China,世界首例,转基因鱼在我国诞生（1985年）,转生长激素鱼具有,优良性状,：快速生长、节省饵料、鱼体干物质和蛋白质含量高，脂肪含量低。鲤鱼：4月（2.7kg)17月（7.6kg),产业化,：技术成熟，问题是,政府批准,、,社会舆论,认可。必须顾及,社会伦理,、,生活习惯,、,生产方式,对这种革命性变革的认可程度、承受能力,与转基因植物相比，产业化远远,落后,进入市场,有望在我国首先实现,海洋生物技术,海洋生物基因工程,海洋动物细胞培养,海洋鱼类和贝类染色体组型研究,海洋生物活性物质,海洋生物培育,海洋污染的生物治理,5,.Prospects,随意改变物种，创造新的生命形态 蛋白质工程与生物制药 开辟海洋、宇宙生物学研究的新领域,RNAi,核糖核酸介入（RNAi）,医生们也许可关闭在人体中引发癌症、HIV、埃博拉病毒的基因,也许能和早期抗生素相比，21世纪医药产生革命性变化,结构生物学,低温电子显微术：比X射线晶体衍射和核 磁共振波谱学更好,蛋白质空间结构测定每天5个,人类重大疾病蛋白质组学,建立国际水平的技术平台,选择与人类重要生命活动相关的系统、器官、细胞，确立或发现500种人类新型蛋白质并探索其表达规律和作用网络,发现重大疾病如肝炎、肝癌、心血管病相关的蛋白质群，为防治提供新的预警、诊断标志和药物靶标。,Bioinformatics,genome,post-genome project functional genomicsproteomeenvironmental genomics,