中國誕生世界首例基因編輯嬰兒 附相關(guān)考點(7)
2018-11-27 14:05:05高中生學(xué)習(xí)
選修三
"基因工程"知識點
基因工程的概念 ：
基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設(shè)計，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。
基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。
基因工程的原理：基因重組
1.1DNA重組技術(shù)的基本工具
1.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）
（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。
�。�2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。
�。�3）方式：當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線（圖中虛線）兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生黏性末端，當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線處切開時，產(chǎn)生平末端。
平末端
�。�4）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端有兩種形式：黏性末端和平末端。
2.“分子縫合針”——DNA連接酶
兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：
①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。
�、趨^(qū)別：E·coliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。
3.“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體
�。�1）常用的載體是質(zhì)粒，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。
�。�2）載體具備的條件：
�、倌茉谑荏w細胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。
�、诰哂幸恢炼鄠�限制酶切點，供外源DNA片段插入。
�、劬哂袠�(biāo)記基因（如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因），供重組DNA的鑒定和選擇。
（3）其它載體：λ噬菌體的衍生物、動植物病毒
1.2基因工程的基本操作程序
基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與鑒定。
目的基因的獲取
1.目的基因是指： 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 。
2.從基因文庫中獲取目的基因
基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。
基因組文庫：含有某種生物全部基因的基因文庫稱為基因組文庫。
部分基因文庫：含有一種生物的一部分基因的基因文庫稱為部分基因文庫，如cDNA文庫。
獲取目的基因需要的信息：基因的核苷酸序列；基因的功能；基因在染色體的位置；基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA；以及基因表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)。
3.PCR技術(shù)擴增目的基因
�。�1）PCR的含義：是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。
（2）目的：獲取大量的目的基因
�。�3）原理：DNA雙鏈復(fù)制
�。�4）過程：第一步：加熱至90～95℃，DNA解鏈為單鏈；
第二步：冷卻到55～60℃，引物與兩條單鏈DNA結(jié)合；
第三步：加熱至70～75℃，Taq酶從引物起始進行互補鏈的合成。
�。�5）特點：指數(shù)(2n)形式擴增
基因表達載體的構(gòu)建(核心)
1.目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。
2.組成：目的基因＋啟動子＋終止子＋標(biāo)記基因
（1）啟動子：
是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，它能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。
（2）終止子：
是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端，是轉(zhuǎn)錄在需要的地方停下來。
�。�3）標(biāo)記基因的作用：
是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。如抗生素基因。
將目的基因?qū)胧荏w細胞
1.轉(zhuǎn)化的概念：
是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。
2.常用的轉(zhuǎn)化方法：
將目的基因?qū)胫参锛毎?br />
采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等。
將目的基因?qū)雱游锛毎?br />
最常用的方法是顯微注射技術(shù)。方法的受體細胞多是受精卵。
將目的基因?qū)胛⑸锛毎?br />
最常用的原核細胞是 大腸桿菌 ，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 Ca2+ 處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞 ，再將 重組表達載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。
目的基因的檢測和表達
1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交(DNA-DNA)技術(shù)。
2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用分子雜交(DNA-RNA)技術(shù)。
3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原—抗體雜交技術(shù)。
4.有時還需進行個體生物學(xué)水平的鑒定。如生物抗蟲或抗病的鑒定等。
1.3基因工程的應(yīng)用
1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。
2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。
3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用。
4.基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異�；驍y帶病原體。
1.4蛋白質(zhì)工程的概念
1、基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)
2、概念：蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。
A 轉(zhuǎn)錄 B 翻譯
3、蛋白質(zhì)工程的基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→ 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）
注意：目的基因只能用人工合成的方法
4、蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別
蛋白質(zhì)工程
基因工程
實質(zhì)
通過改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)
將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細胞，并在受體細胞中表達
結(jié)果
合成自然界不存在的蛋白質(zhì)
只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)
聯(lián)系
蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程
"胚胎工程"相關(guān)知識點
生物技術(shù)的安全性和倫理問題
基因編輯技術(shù)問世以來，一直面臨著倫理爭議，各國對其能不能應(yīng)用于人類胚胎的研究均持極為謹慎的態(tài)度。我國亦如此。2003年，原科學(xué)技術(shù)部和原衛(wèi)生部聯(lián)合印發(fā)《人胚胎干細胞研究倫理指導(dǎo)原則》，其中第六條規(guī)定：進行人胚胎干細胞研究，必須遵守以下行為規(guī)范：
（一）利用體外受精、體細胞核移植、單性復(fù)制技術(shù)或遺傳修飾獲得的囊胚，其體外培養(yǎng)期限自受精或核移植開始不得超過14天。
�。ǘ┎坏脤⑶翱钪蝎@得的已用于研究的人囊胚植入人或任何其他動物的生殖系統(tǒng)。
�。ㄈ┎坏脤⑷说纳臣毎c其他物種的生殖細胞結(jié)合。不少科學(xué)家認為，這一規(guī)定也適用于基因編輯技術(shù)——也就是說，如果在我國深圳開展了這項實驗，那么相關(guān)人員和機構(gòu)已經(jīng)涉嫌違反我國的法律法規(guī)了。
生殖細胞不同于體細胞，其改變將會遺傳給后代。而我們對人類胚胎的發(fā)育了解、對人類基因組功能的了解等，都還處于非�；A(chǔ)、極不全面的階段。在諸多影響皆不明確的情況下，對生殖細胞的基因編輯投入臨床被認為是“不負責(zé)任的”。雖然絕大科學(xué)家都同意根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對生殖細胞編輯的臨床使用進行定期評估，但截至目前，似乎并沒有出現(xiàn)能夠改變這一指導(dǎo)原則的科學(xué)突破。
