细胞工程第一章幻灯片.ppt

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1、细胞工程第一章第1页，共34页，编辑于2022年，星期二第2页，共34页，编辑于2022年，星期二电影阿凡达中的“阿凡达”：Navi族和人类的混合人造物种。是被实验者的人类DNA和Navi族的DNA结合制造出来的人造生命体，并不具有自我意识。第3页，共34页，编辑于2022年，星期二动物明星“多莉”“试管苗”大规模培养第4页，共34页，编辑于2022年，星期二动物细胞原代和传代培养动物细胞大规模培养第5页，共34页，编辑于2022年，星期二教学安排教学安排绪论绪论1细胞工程理论基础细胞工程理论基础2细胞工程基本技术细胞工程基本技术3核移植技术与核移植技术与动物克隆动物克隆4细胞融合与细胞融合与

2、单克隆抗体单克隆抗体5动物细胞培养动物细胞培养生物制药生物制药6干细胞干细胞7第6页，共34页，编辑于2022年，星期二重点、难点重点、难点(1)课程重点 细胞工程基本技术和细胞工程生物制品技术。(2)课程难点 细胞工程内容多、交叉领域多，而理论课学时少。第7页，共34页，编辑于2022年，星期二课程特点课程特点1.“研究型研究型”教学理念教学理念 思考题思考题穿插在具体章节中，引导积极思考；穿插在具体章节中，引导积极思考；2.互动式启发教学互动式启发教学 每节课列出每节课列出主要内容与关键问题主要内容与关键问题，提问；，提问；3.培养科研能力培养科研能力 推荐推荐课外文献课外文献，培养思考、

3、解决问题和科研，培养思考、解决问题和科研能力能力第8页，共34页，编辑于2022年，星期二成绩给予成绩给予1.平时平时30分：分：（1）课堂测验：）课堂测验：5分分4 次次（2）平时表现（出勤、课堂表现等）：）平时表现（出勤、课堂表现等）：10分，分，一般旷课一次扣一般旷课一次扣2分。分。2.考试考试70分分缺席缺席1/3以上不能参加考试以上不能参加考试第9页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 本章主要问题：本章主要问题：1.细胞工程定义与特点细胞工程定义与特点 2.细胞工程的应用细胞工程的应用第10页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论一、一、细胞工程定义与特点细胞

4、工程定义与特点细胞工程（细胞工程（Cell engineering）是指主要以）是指主要以细细胞胞为对象，应用为对象，应用生命科学理论生命科学理论，借助，借助工程工程学原理与技术学原理与技术，有目的地，有目的地利用或改造生物利用或改造生物遗传性状遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品以获得特定的细胞、组织产品或新型物种或新型物种的一门综合性科学技术。的一门综合性科学技术。研究对象研究对象：动植物细胞（原生质体），也：动植物细胞（原生质体），也包括细胞器、染色体、细胞核、胚胎。包括细胞器、染色体、细胞核、胚胎。第11页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论细胞工程特点：细胞工程特点：前沿

5、性：现代生物技术的热点前沿性：现代生物技术的热点 争议性：新技术给伦理道德带来的冲击争议性：新技术给伦理道德带来的冲击 综合性：多学科交叉综合性：多学科交叉 应用性：工程类课程，重在产品与技术应用性：工程类课程，重在产品与技术第12页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论二、细胞工程在现代生物技术中的地位二、细胞工程在现代生物技术中的地位第13页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论三、细胞工程发展历史三、细胞工程发展历史 1.探索期探索期：19世纪末世纪末20世纪中期世纪中期 动物方面：动物方面：1885年，年，卢克斯卢克斯（Roux）发现鸡的神经细胞在生理盐）发现鸡的神

6、经细胞在生理盐水中可以存活，并使用了水中可以存活，并使用了“组织培养组织培养”一词。一词。1907年，美国生物学家年，美国生物学家哈里森哈里森（Harrison）从蝌蚪）从蝌蚪的脊索中分离出神经组织，放在青蛙的凝固的淋巴液中的脊索中分离出神经组织，放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪神经组织存活了几周，并且从神经细胞中长培养。蝌蚪神经组织存活了几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维，出了神经纤维，开创了动物组织培养的先河开创了动物组织培养的先河。第14页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论植物方面：植物方面：1937年，荷兰植物学家年，荷兰植物学家温特温特（Went）发现）发现B族维生

7、族维生素和生长素对植物根的生长具有促进作用。素和生长素对植物根的生长具有促进作用。1937-1938年，法国科学家年，法国科学家高特里特高特里特（Gautheret）和）和诺比考特诺比考特（Nobercourt）几乎同时离体培养了胡萝卜）几乎同时离体培养了胡萝卜组织，并使细胞成功增殖。组织，并使细胞成功增殖。因此，温特（因此，温特（Went）、高特里特（）、高特里特（Gautheret）和诺）和诺比考特（比考特（Nobercourt）一起成为植物组织培养的奠基）一起成为植物组织培养的奠基人。人。第15页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论2.诞生期诞生期：20世纪世纪70年代年代

8、1958年，史都华德（年，史都华德（Steward）和赖纳特（）和赖纳特（Reinert）发现胡萝卜的发现胡萝卜的体细胞可以分化成体细胞胚体细胞可以分化成体细胞胚，这成为植物，这成为植物组织培养领域的一个重大突破，也进一步验证了组织培养领域的一个重大突破，也进一步验证了细胞全能细胞全能性性学说。学说。19561959年，斯沃尔（年，斯沃尔（Swarup）利用低温处理三）利用低温处理三棘刺鱼获得了棘刺鱼获得了三倍体三倍体，并饲养至性成熟。，并饲养至性成熟。1959年，美籍华人科学家张明觉首次获得了第一个年，美籍华人科学家张明觉首次获得了第一个体体外受精动物外受精动物试管兔。试管兔。第16页，共3

9、4页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1962年，凯普斯提克（年，凯普斯提克（Capstick）等成功地进行了仓鼠）等成功地进行了仓鼠肾细胞的肾细胞的悬浮悬浮培养，为培养，为动物细胞大规模培养动物细胞大规模培养技术的建立技术的建立提供了基础。提供了基础。第17页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1965年，哈里斯（年，哈里斯（Harris）和沃特金斯（）和沃特金斯（Wtkins）证明）证明灭活病毒灭活病毒在适当条件下可以诱导动物在适当条件下可以诱导动物细胞融合。细胞融合。20世纪世纪70年代初，华裔加籍科学家高国楠发现年代初，华裔加籍科学家高国楠发现聚聚乙二醇乙二醇可以促

10、使植物原生质体融合，因此，植物细胞融可以促使植物原生质体融合，因此，植物细胞融合技术初步建立。合技术初步建立。第18页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1960年，兰花等植物年，兰花等植物无性繁殖无性繁殖获得成功，开劈了利获得成功，开劈了利用植物组织培养快速繁殖植物的有效途径。用植物组织培养快速繁殖植物的有效途径。1972年，美国科学家卡尔森（年，美国科学家卡尔森（Carlson）等人用）等人用NaNO3作为融合诱导剂进行烟草原生质体融合，获得了作为融合诱导剂进行烟草原生质体融合，获得了世界上世界上第一个体细胞杂种植株第一个体细胞杂种植株。第19页，共34页，编辑于2022年，

11、星期二第一章 绪论 随着随着动植物组织培养动植物组织培养、细胞融合技术细胞融合技术的不的不断完善，以及在断完善，以及在细胞核移植细胞核移植、动物克隆动物克隆、三三倍体育种倍体育种、体外受精体外受精等方面的尝试，理论科等方面的尝试，理论科学学“细胞生物学细胞生物学”的诞生，最终推动了的诞生，最终推动了20世世纪纪70年代前后细胞工程这门新兴学科的形成。年代前后细胞工程这门新兴学科的形成。第20页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论3.快速发展期快速发展期：20世纪世纪70年代年代至今至今 1973年，古谷树里（年，古谷树里（Furuya）等通过）等通过培养人参培养人参细胞细胞生产人参

12、皂苷，开创了植物活性物质生产的生产人参皂苷，开创了植物活性物质生产的新途径。新途径。1975年，科勒（年，科勒（Kohler）和米尔斯坦（）和米尔斯坦（Milstein）成）成功构建能分泌单克隆抗体又能体外大量增殖的杂交瘤功构建能分泌单克隆抗体又能体外大量增殖的杂交瘤细胞，从而建立了细胞，从而建立了小鼠淋巴细胞杂交瘤技术小鼠淋巴细胞杂交瘤技术。第21页，共34页，编辑于2022年，星期二小鼠淋巴细胞杂交瘤技术第22页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1977年，年，罗伯特罗伯特爱德华兹爱德华兹采用胚胎工程技术成功采用胚胎工程技术成功培育出世界培育出世界首例试管婴儿首例试管婴儿。

13、第23页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1981年，埃文斯（年，埃文斯（Evans）和科夫曼）和科夫曼（Kanfman）成功地分离到）成功地分离到小鼠胚胎干细胞小鼠胚胎干细胞。第24页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1983年，帕尔米特（年，帕尔米特（Palmiter）和布林斯特）和布林斯特（Brinster）将大鼠生长素基因转入小鼠培育出生长）将大鼠生长素基因转入小鼠培育出生长快的快的超级小鼠超级小鼠。1984年，丹麦科学家维拉德森（年，丹麦科学家维拉德森（Villadsen）成）成功利用功利用胚胎细胞胚胎细胞克隆出一只绵羊，这是首次证实的克隆出一只绵羊，

14、这是首次证实的通过通过核移植技术核移植技术克隆的哺乳动物。克隆的哺乳动物。第25页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1987年，美国科学基金会提出年，美国科学基金会提出组织工程组织工程概念概念（Tissue Engineering）。目前，）。目前，细胞疗法、组织修细胞疗法、组织修复和人造组织器官复和人造组织器官已经成为当今生物与医学结合的热点已经成为当今生物与医学结合的热点领域。领域。第26页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1997年，年，威尔默特威尔默特利用成年动物利用成年动物体细胞体细胞克隆出绵羊克隆出绵羊“多莉多莉”，证明了，证明了高等动物体高等动物体

15、细胞的全能性，细胞的全能性，这是细胞工程历史上的一这是细胞工程历史上的一个里程碑式的成果。个里程碑式的成果。之后，小鼠、牛、猪等均成功获得了体之后，小鼠、牛、猪等均成功获得了体细胞克隆动物后代。细胞克隆动物后代。第27页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 1998年，美国科学家成功分离建立了年，美国科学家成功分离建立了人的胚胎干细人的胚胎干细胞系胞系，极大地促进了干细胞研究热点的形成。，极大地促进了干细胞研究热点的形成。干细胞工程利用干细胞的干细胞工程利用干细胞的增殖特性、多分化潜能及增殖特性、多分化潜能及其增殖分化的高度有序性其增殖分化的高度有序性。1、胚胎干细胞胚胎干细胞的研

16、究，如建立的研究，如建立ES细胞系并利用其多能性，细胞系并利用其多能性，定向诱导细胞分化为特定的细胞如心肌细胞、神经细胞定向诱导细胞分化为特定的细胞如心肌细胞、神经细胞等作为细胞移植的新来源。等作为细胞移植的新来源。2、成体干细胞成体干细胞的研究，主要包括成体组织干细胞的分的研究，主要包括成体组织干细胞的分离培养并植入体内，更新机体病变的组织器官使其离培养并植入体内，更新机体病变的组织器官使其恢复正常功能。恢复正常功能。第28页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论四、细胞工程的应用四、细胞工程的应用 1.动植物动植物人工繁殖人工繁殖技术技术 2.新品种新品种培育技术培育技术 3.生

17、物制品生物制品生产技术生产技术 4.细胞疗法细胞疗法与与组织工程组织工程第29页，共34页，编辑于2022年，星期二1.动植物快速繁殖动植物快速繁殖 通过细胞工程技术繁殖自然界现有的优良通过细胞工程技术繁殖自然界现有的优良动植物是细胞工程的一个重要研究内容。动植物是细胞工程的一个重要研究内容。主要技术包括：主要技术包括：动植物组织培养、人工种动植物组织培养、人工种子、试管动物、克隆动物子、试管动物、克隆动物等。等。第30页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论2.细胞重组与新品种培育细胞重组与新品种培育 通过细胞工程技术对现有生物的遗传性状进行通过细胞工程技术对现有生物的遗传性状进行

18、改良和改良和培育新型物种培育新型物种一直是细胞工程的一个重要研究内容和发展一直是细胞工程的一个重要研究内容和发展动力。动力。具体的细胞工程育种技术包括：细胞水平上的具体的细胞工程育种技术包括：细胞水平上的原生质体原生质体诱变诱变、细胞融合技术细胞融合技术；细胞器水平上的；细胞器水平上的细胞重组细胞重组；染；染色体水平上的色体水平上的多倍体多倍体、单倍体单倍体育种等。育种等。第31页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论3.细胞工程生物制品细胞工程生物制品 利用动植物细胞、组织培养或者转基因动植物生利用动植物细胞、组织培养或者转基因动植物生物反应器生产生物制品（食品、药物、化工原料、物

19、反应器生产生物制品（食品、药物、化工原料、生物能源等）是现代细胞工程的一个代表性领域。生物能源等）是现代细胞工程的一个代表性领域。主要技术包括：以主要技术包括：以杂交瘤细胞培养大量制备单克隆抗杂交瘤细胞培养大量制备单克隆抗体、动物细胞培养生产疫苗、转基因动植物生物反应器体、动物细胞培养生产疫苗、转基因动植物生物反应器等。等。第32页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论4.细胞疗法与组织修复细胞疗法与组织修复 干细胞是当今生命科学最前沿领域，干细胞工程、干细胞是当今生命科学最前沿领域，干细胞工程、组织工程有望给现代医学带来一场革命。组织工程有望给现代医学带来一场革命。利用培养的细胞或者离体再造的组织利用培养的细胞或者离体再造的组织修复受损修复受损细胞、组织或器官细胞、组织或器官的技术，属于细胞工程最新发展领的技术，属于细胞工程最新发展领域之一。域之一。第33页，共34页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论本章小结本章小结:问题问题1:什么是细胞工程？什么是细胞工程？细胞工程视频：细胞工程视频：http:/