中國誕生世界首例基因編輯嬰兒 附相關(guān)考點(7)

　　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(yán)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：

　�、傧嗤�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(xì)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(xì)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(xì)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(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)�入受體細(xì)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(dá)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(dá)載體的構(gòu)建(核心)

　　1.目的：使目的基因在受體細(xì)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(dá)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(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。如抗生素基因。

　　將目的基因?qū)�入受體細(xì)胞

　　1.轉(zhuǎn)化的概念：

　　是目的基因進入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。

　　2.常用的轉(zhuǎn)化方法：

　　將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞：

　　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)�入動物�?xì)胞：

　　最常用的方法是顯微注射技術(shù)。方法的受體細(xì)胞多是受精卵。

　　將目的基因?qū)�入微生物�?xì)胞：

　　最常用的原核細(xì)胞是 大腸桿菌 ，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 Ca2+ 處理細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞 ，再將 重組表達(dá)載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。

　　目的基因的檢測和表達(dá)

　　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)�入病人體內(nèi)，使該基因表達(dá)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(xì)胞，并在受體細(xì)胞中表達(dá)

　　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(jǐn)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(xì)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(xì)胞研究，必須遵守以下行為規(guī)范：

　�。ㄒ唬├�用體外受精、體細(xì)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�）不得將前款中獲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�）不得將人的生殖細(xì)胞與其他物種的生殖細(xì)胞結(jié)合。不少科學(xué)家認(rèn)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(xì)胞不同于體細(xì)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�；�礎(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(xì)胞的基因編輯投入臨床被認(rèn)為是“不負(fù)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(xì)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。