《基因工程常用载体》课件.pptx

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1、基因工程常用载体基因工程常用载体 制作人：时间：2024年X月CATALOGUE目录目录第第1 1章章 基本概念基本概念第第2 2章章 常用载体的介绍常用载体的介绍第第3 3章章 基因工具和技术基因工具和技术第第4 4章章 基因工程的应用基因工程的应用第第5 5章章 基因工程的创新与发展基因工程的创新与发展第第6 6章章 总结与展望总结与展望 0101第第1章章 基本概念基本概念 什么是基因工程？什么是基因工程？基因工程是利用分子生物学等技术，对DNA序列进行修改和重新组合，以达到对生物体基因信息的精准控制和改造的一种技术。基因工程技术可以用来改变生物体的遗传特性，对于药物研发、农业生产以及在

2、环保和能源等领域中都有重要的应用。包括蛋白质药物、疫苗等生物制药生物制药0103应用生物技术处理有毒有害物质环保治理环保治理02提高作物产量、抗病能力转基因农业转基因农业基因功能基因功能基因功能基因功能遗传信息的编码和传递遗传信息的编码和传递决定生物体的性状和特征决定生物体的性状和特征参与代谢和生命过程参与代谢和生命过程基因类型基因类型基因类型基因类型结构基因结构基因调节基因调节基因免疫基因免疫基因肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因基因分类基因分类基因分类基因分类同源基因同源基因保守基因保守基因家族基因家族基因突变基因突变基因基因的结构和功能基因的结构和功能基因结构基因结构基因结构基因结构编码区（编码区

3、（ExonExon）非编码区（非编码区（IntronIntron）启动子（启动子（PromoterPromoter）终止子（终止子（TerminatorTerminator）常用的载体类型和特点常用的载体类型和特点特点：易于构建、大量复制、适用于大多数细菌质粒质粒特点：适用于病毒和真核细胞、高效转染、可以携带大片段DNA噬菌体噬菌体特点：含有启动子和终止子、可以用于大量表达、可选择的筛选标记表达载体表达载体特点：具有插入和剪切功能、用于基因定位和基因治疗转座子转座子基因突变技术在基因突变技术在基因突变技术在基因突变技术在生物制药中的应生物制药中的应生物制药中的应生物制药中的应用用用用基因突变技

4、术是一种通过人工改变基因突变技术是一种通过人工改变DNADNA序列来实现基因突变序列来实现基因突变的方法，可以产生新的基因型和表型特征。在生物制药领的方法，可以产生新的基因型和表型特征。在生物制药领域，基因突变技术可以用于改变药物的结构和功能，增强域，基因突变技术可以用于改变药物的结构和功能，增强药物的疗效和稳定性，同时减少毒副作用和不良反应。例药物的疗效和稳定性，同时减少毒副作用和不良反应。例如，利用基因突变技术改变重组蛋白的结构和稳定性，可如，利用基因突变技术改变重组蛋白的结构和稳定性，可以提高药物的生产和使用效率，降低成本和风险。以提高药物的生产和使用效率，降低成本和风险。常用的基因突变

5、工具和方法常用的基因突变工具和方法利用引物在PCR反应的过程中扩增目的片段，并通过引物设计实现突变PCRPCR突变突变通过设计与靶序列互补的RNA，引导Cas9核酸酶精准切割DNA，实现基因编辑和突变CRISPR/Cas9CRISPR/Cas9系统系统基于人工转录激活因子（TALENs）的技术，通过结合靶标和核酸酶实现基因编辑和突变TalenTalen技术技术通过设计文库和筛选方法，寻找目标基因的变异体和突变体基因文库筛选基因文库筛选技术技术结语结语基因工程技术是一种快速发展的技术，在生物医学、农业生产、环境保护和能源领域，都具有广阔的应用前景和重要的意义。理解和掌握基因工程技术，对于人类的健

6、康、安全和发展都有着至关重要的作用。0202第第2章章 常用常用载载体的介体的介绍绍 质粒载体质粒载体外源基因、选择标记基因、复制基因等组成质粒载体的结质粒载体的结构构pUC19、pET28a、pBR322等常见质粒载体常见质粒载体荧光标记、基因克隆、基因表达等质粒载体在生质粒载体在生物学研究中的物学研究中的应用应用 病毒载体病毒载体DNA病毒、RNA病毒、逆转录病毒等病毒载体的分病毒载体的分类类腺病毒、腺相关病毒、慢病毒等常见病毒载体常见病毒载体基因转移、基因修复、基因靶向等病毒载体在基病毒载体在基因治疗中的应因治疗中的应用用 其他常用载体其他常用载体人工合成的染色体人造染色体载人造染色体载

7、体体线粒体为细胞能量中心、质体为细胞的代谢中心线粒体和质体线粒体和质体质粒载体易于制备和转化、病毒载体转染效率高、人造染色体载体容量大且稳定性高等各种载体的优各种载体的优缺点比较缺点比较 转化阶段转化阶段转化阶段转化阶段选择合适的细胞选择合适的细胞利用电穿孔、热激、病毒感染等方法转化细利用电穿孔、热激、病毒感染等方法转化细胞胞筛选重组菌株并扩增筛选重组菌株并扩增常见问题和解决方案常见问题和解决方案常见问题和解决方案常见问题和解决方案载体转化率低：提高载体转化率低：提高DNADNA质量、质量、优化转化条件等优化转化条件等重组菌株不稳定：进行连续培重组菌株不稳定：进行连续培养筛选、加入抗生素等养筛

8、选、加入抗生素等不同载体的特点和优缺点：根不同载体的特点和优缺点：根据需要选择合适的载体据需要选择合适的载体 载体的构建和转化载体的构建和转化构建阶段构建阶段构建阶段构建阶段选择合适的载体选择合适的载体设计引物并合成设计引物并合成DNADNA片段片段将将DNADNA片段插入载体中片段插入载体中利用GFP等标记基因将特定蛋白表达的位置可视化荧光标记荧光标记0103利用载体中的启动子、终止子等元件实现外源基因的高效表达基因表达基因表达02将外源基因插入到质粒载体中，实现基因转移基因克隆基因克隆病毒载体在基因病毒载体在基因病毒载体在基因病毒载体在基因治疗中的应用治疗中的应用治疗中的应用治疗中的应用病

9、毒载体因其高效的基因转移能力在基因治疗中得到广泛病毒载体因其高效的基因转移能力在基因治疗中得到广泛应用，可用于基因转移、基因修复、基因靶向等方面。例应用，可用于基因转移、基因修复、基因靶向等方面。例如，可以利用腺病毒载体将正常基因导入患者细胞中，以如，可以利用腺病毒载体将正常基因导入患者细胞中，以治疗某些遗传性疾病；也可以利用慢病毒载体将基因导入治疗某些遗传性疾病；也可以利用慢病毒载体将基因导入肝细胞，以治疗肝癌。肝细胞，以治疗肝癌。人造染色体载体人造染色体载体合成人造染色体DNA片段，转化细胞并稳定传递人造染色体的人造染色体的构建构建用于合成复杂的生物系统、分析基因组结构和功能等方面人造染色

10、体的人造染色体的应用应用容量大，稳定性高，可选择性编码等人造染色体的人造染色体的优点优点 各种载体的比较和优各种载体的比较和优缺点缺点质粒载体容易制备和转化，但是载体容量有限，难以承载大型外源基因；病毒载体转染效率高，但是有感染性和结构易变等缺点；人造染色体载体稳定性高，但是构建较为复杂，成本较高。根据实际需要选择合适的载体进行基因工程研究。0303第第3章章 基因工具和技基因工具和技术术 PCRPCRPCRPCR技术的原理技术的原理技术的原理技术的原理和流程和流程和流程和流程PCRPCR技术是一种体外扩增技术是一种体外扩增DNADNA的方法，它可以在短时间内扩的方法，它可以在短时间内扩增目标

11、增目标DNADNA序列。序列。PCRPCR技术的主要原理是利用技术的主要原理是利用DNADNA聚合酶酶聚合酶酶链反应的特性，在不断变温的条件下完成链反应的特性，在不断变温的条件下完成DNADNA序列的扩增。序列的扩增。PCRPCR技术的流程分为三个步骤：变性、退火和延伸。技术的流程分为三个步骤：变性、退火和延伸。PCRPCR技技术的应用广泛，包括基因诊断、作物育种、术的应用广泛，包括基因诊断、作物育种、DNADNA测序等领域。测序等领域。PCRPCR技术的种类和应用技术的种类和应用用于量化基因表达水平实时定量实时定量PCRPCR用于连接两段DNA序列重叠重叠PCRPCR用于分析RNA序列和检测

12、病毒逆转录聚合酶逆转录聚合酶链反应链反应 PCR技术可以快速检测基因突变基因突变分析基因突变分析0103PCR技术可以定量分析基因表达水平基因表达分析基因表达分析02PCR技术可以扩增目标DNA序列DNADNA克隆克隆基因组克隆基因组克隆基因组克隆基因组克隆基因组克隆常用于克隆大型基因组克隆常用于克隆大型DNADNA分子分子常用的基因组克隆方法有限制性内切酶切割常用的基因组克隆方法有限制性内切酶切割和和PCRPCR扩增等扩增等原核表达系统原核表达系统原核表达系统原核表达系统原核表达系统常用于表达蛋白原核表达系统常用于表达蛋白质质常用的原核表达载体有常用的原核表达载体有pETpET、pGEXpG

13、EX等等真核表达系统真核表达系统真核表达系统真核表达系统真核表达系统常用于表达复杂蛋白质真核表达系统常用于表达复杂蛋白质常用的真核表达载体有常用的真核表达载体有pCDNA3pCDNA3、pEGFPpEGFP等等常用的基因克隆方法和工具常用的基因克隆方法和工具质粒克隆质粒克隆质粒克隆质粒克隆质粒克隆常用于质粒克隆常用于DNADNA序列的克隆序列的克隆常用的质粒载体有常用的质粒载体有pUC19pUC19、pBluescriptpBluescript等等基因克隆技术在分子基因克隆技术在分子生物学和基因工程中生物学和基因工程中的应用的应用基因克隆技术是分子生物学和基因工程研究中最基本的技术之一。通过基

14、因克隆技术，科学家们可以克隆特定的DNA序列，对基因功能进行研究，生产人用药物、农业作物等。基因克隆技术还可以用于疫苗制备、基因治疗、植物转基因等领域。基因组编辑技术基因组编辑技术基因组编辑技术基因组编辑技术的定义和原理的定义和原理的定义和原理的定义和原理基因组编辑技术是一种通过直接修改生物体基因组的方式基因组编辑技术是一种通过直接修改生物体基因组的方式来实现遗传特性改变的技术。常用的基因组编辑工具有来实现遗传特性改变的技术。常用的基因组编辑工具有CRISPR/Cas9CRISPR/Cas9系统、系统、TALENTALEN等。基因组编辑技术的原理是利等。基因组编辑技术的原理是利用这些工具在特定

15、的靶位点上切割用这些工具在特定的靶位点上切割DNADNA，通过细胞修复机制，通过细胞修复机制进行修复或替换，进而实现对基因组的编辑。进行修复或替换，进而实现对基因组的编辑。常用的基因组编辑工具和方法常用的基因组编辑工具和方法高效、简便、精准CRISPR/Cas9CRISPR/Cas9系统系统低背景突变率，精度高TALENTALEN操作复杂，不易实现ZFNZFN 基因组编辑技术基因组编辑技术基因组编辑技术基因组编辑技术在遗传病治疗和在遗传病治疗和在遗传病治疗和在遗传病治疗和作物改良中的应作物改良中的应作物改良中的应作物改良中的应用用用用基因组编辑技术在遗传病治疗和作物改良中有广泛的应用基因组编辑

16、技术在遗传病治疗和作物改良中有广泛的应用前景。在遗传病治疗方面，基因组编辑技术可以通过修复前景。在遗传病治疗方面，基因组编辑技术可以通过修复或替代有缺陷的基因，达到治疗疾病的目的。在作物改良或替代有缺陷的基因，达到治疗疾病的目的。在作物改良方面，基因组编辑技术可以实现对农作物的基因组精准编方面，基因组编辑技术可以实现对农作物的基因组精准编辑，提高其产量、抗病性、品质等。辑，提高其产量、抗病性、品质等。酵母表达系统酵母表达系统酵母表达系统酵母表达系统表达量高，蛋白质易形成天然构象表达量高，蛋白质易形成天然构象酵母蛋白常常需要糖基化修饰，蛋白质产量酵母蛋白常常需要糖基化修饰，蛋白质产量低低哺乳动物

17、表达系统哺乳动物表达系统哺乳动物表达系统哺乳动物表达系统蛋白质易形成天然构象，广泛蛋白质易形成天然构象，广泛用于制药用于制药表达量低，操作复杂，成本高表达量低，操作复杂，成本高昆虫细胞表达系统昆虫细胞表达系统昆虫细胞表达系统昆虫细胞表达系统表达量高，蛋白质易形成天然构象表达量高，蛋白质易形成天然构象需要特定培养条件，蛋白质产量不稳定需要特定培养条件，蛋白质产量不稳定常见的蛋白质表达系统和特点常见的蛋白质表达系统和特点大肠杆菌表达系统大肠杆菌表达系统大肠杆菌表达系统大肠杆菌表达系统表达量高，操作简便，成本低表达量高，操作简便，成本低蛋白质易出现错折和不能形成活性蛋白质易出现错折和不能形成活性 0

18、404第第4章章 基因工程的基因工程的应应用用 基因工程在医学领域基因工程在医学领域的应用的应用基因治疗和基因诊断技术作为目前医学领域的热点，已经被广泛应用。基因工程药物的研究和开发也正在如火如荼地进行。但同时，基因工程在人类疾病治疗中所面临的挑战和前景也不容忽视。通过改变人类DNA，治疗遗传性疾病基因治疗基因治疗0103利用基因工程技术生产的药物基因工程药物基因工程药物02通过检测患者DNA的变异，确诊疾病基因诊断技术基因诊断技术基因工程在农业领域的应用基因工程在农业领域的应用提高作物的品质和产量作物改良作物改良减少农药和化肥的使用，保护环境和人类健康有机农业有机农业筛选和改良食品成分，提高

19、食品质量食品安全食品安全 基因工程在农业基因工程在农业基因工程在农业基因工程在农业领域的应用领域的应用领域的应用领域的应用基因工程技术被广泛应用于农业领域，可以提高作物的产基因工程技术被广泛应用于农业领域，可以提高作物的产量和品质，减少农药和化肥的使用，保护环境和人类健康。量和品质，减少农药和化肥的使用，保护环境和人类健康。同时，也可以对食品成分进行筛选和改良，提高食品的质同时，也可以对食品成分进行筛选和改良，提高食品的质量。量。代谢工程代谢工程代谢工程代谢工程代谢通路代谢通路代谢调控代谢调控代谢工程实例代谢工程实例代谢工程的前景代谢工程的前景生物燃料制造生物燃料制造生物燃料制造生物燃料制造生

20、物质转换生物质转换生物燃料的生产生物燃料的生产生物燃料的利用生物燃料的利用生物燃料的前景生物燃料的前景生物塑料制造生物塑料制造生物塑料制造生物塑料制造生物塑料的生产生物塑料的生产生物塑料的性质生物塑料的性质生物塑料的利用生物塑料的利用生物塑料的前景生物塑料的前景基因工程在工业和生物制造领域的应用基因工程在工业和生物制造领域的应用酶工程酶工程酶工程酶工程酶的产生酶的产生酶的提取酶的提取酶的纯化酶的纯化酶的应用酶的应用基因工程的安全和伦理问题基因工程的安全和伦理问题基因改造可能导致的风险和安全问题风险和安全问风险和安全问题题基因改造是否符合道德伦理伦理问题和道伦理问题和道德审查德审查基因改造需要遵

21、守哪些法律法规和规范法律法规和规法律法规和规范范 基因工程的安全基因工程的安全基因工程的安全基因工程的安全和伦理问题和伦理问题和伦理问题和伦理问题基因工程技术的发展，虽然为人类带来了诸多好处，但同基因工程技术的发展，虽然为人类带来了诸多好处，但同时也引发了安全和伦理等诸多问题。基因改造可能对环境时也引发了安全和伦理等诸多问题。基因改造可能对环境和人类产生不可预测的风险，而基因改造是否符合道德伦和人类产生不可预测的风险，而基因改造是否符合道德伦理也是人们关注的焦点。理也是人们关注的焦点。0505第第5章章 基因工程的基因工程的创创新与新与发发展展 基因工程技术的新发展和趋势基因工程技术的新发展和

22、趋势如CRISPR-Cas9基因编辑技术新技术的不断新技术的不断涌现涌现DNA合成技术的不断优化越来越高的精越来越高的精度和可控性度和可控性如合成生物学和纳米技术等基因工程技术基因工程技术的交叉应用的交叉应用 基因工程技术的产业化和商业化基因工程技术的产业化和商业化如基因治疗和免疫细胞疗法等生物制药产业生物制药产业的崛起的崛起如肿瘤基因检测和遗传病诊断等基因检测和诊基因检测和诊断市场的快速断市场的快速增长增长从原材料采购到终端应用的全过程基因工程技术基因工程技术的产业链逐渐的产业链逐渐成熟成熟 基因工程技术在基因工程技术在基因工程技术在基因工程技术在医学中的应用医学中的应用医学中的应用医学中的

23、应用基因工程技术在医学领域中的应用前景广阔。目前已有基基因工程技术在医学领域中的应用前景广阔。目前已有基因治疗、免疫细胞疗法、基因诊断等技术得到广泛应用，因治疗、免疫细胞疗法、基因诊断等技术得到广泛应用，为人类健康事业作出了杰出贡献。未来，随着技术的不断为人类健康事业作出了杰出贡献。未来，随着技术的不断革新和完善，基因工程技术在医学领域的应用将更加广泛。革新和完善，基因工程技术在医学领域的应用将更加广泛。如抗虫、耐旱、抗病等品种的培育转基因作物转基因作物0103如用来预防和治疗动植物疾病的新型免疫方法的开发基因工程免疫基因工程免疫02如对畜禽的肉质、生长速度、繁殖能力等特性进行改良动物基因编辑

24、动物基因编辑生物催化生物催化生物催化生物催化利用酶催化反应的技术利用酶催化反应的技术如生产高附加值化学品、医药、食品等领域如生产高附加值化学品、医药、食品等领域的应用的应用生物传感器生物传感器生物传感器生物传感器基于生物分子的检测技术基于生物分子的检测技术如快速检测环境中有害物质、如快速检测环境中有害物质、食品中的添加剂等食品中的添加剂等生物信息学生物信息学生物信息学生物信息学数据分析和挖掘技术数据分析和挖掘技术如基因组学、蛋白质组学等领域的应用如基因组学、蛋白质组学等领域的应用基因工程技术在工业中的应用基因工程技术在工业中的应用生物制造生物制造生物制造生物制造基于细胞、菌株等微生物的生产工艺

25、基于细胞、菌株等微生物的生产工艺如生物柴油、生物乙醇等领域的应用如生物柴油、生物乙醇等领域的应用基因工程技术的未来基因工程技术的未来前景和挑战前景和挑战基因工程技术在未来的发展中面临着众多挑战。如何保证技术的安全性和可控性、如何解决伦理、道德等方面的问题、如何应对政策和法律的变化等都是需要不断探索和思考的问题。但是，随着技术的不断创新和完善，基因工程技术的应用前景是非常广阔的。我们有理由相信，基因工程技术将为人类带来更多的福祉。0606第第6章章 总结总结与展望与展望 基因工程技术的优缺点和特点基因工程技术的优缺点和特点1.可以制造更加安全高效的药物优点优点2.可以提高作物的产量和抗逆能力3.

26、可以治疗绝大多数遗传病 基因工程技术的应用和发展历程基因工程技术的应用和发展历程1.生物药物的生产与应用应用应用2.植物基因工程研究3.动物基因工程研究 1.道德与伦理问题的困扰挑战挑战01033.法律法规的规范022.安全性问题的考验技术发展技术发展技术发展技术发展基因编辑技术基因编辑技术人工合成基因技术人工合成基因技术表观遗传学技术表观遗传学技术政策管理政策管理政策管理政策管理制定相关法律法规制定相关法律法规加强技术监管加强技术监管推动产业发展推动产业发展公众接受公众接受公众接受公众接受加强科普宣传加强科普宣传提高公众素质提高公众素质尊重公众选择尊重公众选择基因工程技术的未来发展趋势和方向

27、基因工程技术的未来发展趋势和方向应用领域应用领域应用领域应用领域医学领域医学领域农业领域农业领域工业领域工业领域能源领域能源领域基因工程技术在基因工程技术在基因工程技术在基因工程技术在人类社会中的作人类社会中的作人类社会中的作人类社会中的作用和意义用和意义用和意义用和意义基因工程技术可以帮助人类更好地了解生命，创造更多的基因工程技术可以帮助人类更好地了解生命，创造更多的可能性，为人类的长寿、健康和幸福做出贡献。同时，基可能性，为人类的长寿、健康和幸福做出贡献。同时，基因工程技术也对人类社会的发展、科技的进步和社会变革因工程技术也对人类社会的发展、科技的进步和社会变革产生了深远的影响。产生了深远的影响。基因工程技术的未来基因工程技术的未来前景和展望前景和展望基因工程技术日益成熟，未来发展前景广阔。它将继续为人类社会的繁荣做出贡献，推动医学、农业、工业和环保事业的发展。同时，也需要我们充分认识到其困难和挑战，积极探索和解决相关问题。THANKS 谢谢观看！