微生物和基因工程112页PPT

1、优点
➢ 遗传学背景十分清楚
➢ 载体容量大，~23kb
➢ 具有较高的感染效率
2、类型
➢ 插入型载体:较小片段DNA的插入（10kb以内）；
➢ 取代型载体：较大片段DNA的插入；
➢ 重组DNA分子大小为l噬菌体DNA的75～105％； 野生型λDNA为 48kb，λ噬菌体的包装上限是 51kb。编码必要基因的DNA区段占28kb，因此λ 载体克隆外源DNA的理论极限值应是23kb。
限制酶识别序列的特定碱基，使之甲基化。
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2、限制性核酸内切酶的类型
特性
Ⅰ型
Ⅱ型
Ⅲ型
功能
限制、修饰
限制
限制、修饰
蛋白质结构 3种不同亚基 单一成分
2种不同亚基
所需辅助因 ATP, Mg2+, SAM 子
识别序列 切割位点
EcoB: TGA(N)8TGCT
距识别位点至少 1000kb处随机 切割
Mg2+
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（2） 切割： 产生平末端：SmaI
5’-CCC↓GGG-3’ 3’-GGG↑CCC-5’
5’-C TGCA ↓ G -3’
产生3’-OH单链粘性末端: PstI
3’-G ↑ ACGT C-5’
产生5’-P单链粘性末端: EcoRI 5’-G↓AATT C -3’
3’-C TTAA ↑G-5’
HindI，HindII，HindIII：从Haemophilus influenzae d菌株获得
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4、Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特征
（1）识别序列：一般4~8bp，具有二重旋转 对称轴，序列呈回文结构 ( palindromic structure )

辅 -阻 遏 物 阻遏
失活的活性蛋白
图 1 6 -1 原 核 生 物 结 构 基 因 的 4 种 表 达 调 控 类 型 (仿 B .L ew in :《 G E N E S 》 Ⅵ ,1 9 9 7 , F ig .1 2 .2 1 )
微生物学a微生物与基因工程
操纵子的转录调控实例
㈠、乳糖操纵子-----负控诱导系统; ㈡、色氨酸操纵子----负控阻遏系统
微生物学a微生物与基因工程
㈠、乳糖操纵子
➢大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳
源的酶只有当乳糖成为惟一的碳源时才会被合成。
➢大肠杆菌乳糖操纵子(lactose operon)包括3个结构
基因:Z、Y和A。这三个结构基因被同一个转录单元 lacZYA所编码，它有一个启动子Plac。
微生物学a微生物与基因工程
➢ 与DNA发生特异性相互作用的蛋白质一般是有两条相同的 多肽链组成的二聚体。
微生物学a微生物与基因工程
DNA结合蛋白的模体（motif）
（1）螺旋－转角－螺旋（helix-turn-helix，HTH） HTH的一端是由氨基酸形成的α－螺旋，又称为识别螺旋； “转角”由3个氨基酸组成；第二个螺旋以疏水相互作用稳定 第一个螺旋。 结合蛋白与DNA作用力：氢键、范德华力等非共价作用。
微生物学a微生物与基因工程
一、DNA结合蛋白
（1）非专一性结合蛋白:组蛋白与DNA结合，结果有时影响基 因表达。
（2）专一性结合蛋白: 有很多蛋白质可与DNA发生序列特异性 相互作用，这些蛋白质分子的氨基酸侧链通过与DNA的碱 基磷酸或戊糖分子发生作用；
➢ 结合部位往往在DNA大沟中，每条多肽链与一条DNA链结 合。
第九章 微生物基因表达调控

干扰素 1200 升人血 2－3 万美元 / 病人
1 升发酵液 200－300 美元 / 病人
国外生物医药的发展
➢1976年第一家基因工程技术开发药物的公司建立。 ➢1982年第一个基因工程药物重组人胰岛素正式生产，推向市场。 ➢2019年全球生物技术公司总数已达4284家，美国占34％。 ➢2019年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破400亿美元。 ➢2019年市场上的生物技术药物达到200种左右，而在研的药物为600种。 ➢全世界已有2.5亿人使用生物技术药物和疫苗。
• 曼哈顿计划 • 阿波罗计划
20世纪科学史上3个里程碑
HGP的意义
• 了解生命的起源与进化 – 认识种属之间和个体之间存在差异的起因 – 五种“模式生物” 基因组的研究：大肠杆菌、酵母、 线虫、果蝇和小鼠
• 解码生命，认识自身 – 了解生命体生长发育的规律
• 认识疾病产生的机制，掌握生老病死规律 – 疾病的诊断和治疗
甜椒在栽培的过 程中，容易受病毒的 感染。我国科学工作 者，采用转基因技术， 培育出抗病毒的甜椒。
油菜是人们食用油的主要来源之一。一般油菜 籽的含油量约为40％左右。通过转基因技术，培育 出来的油菜籽，可以大大地提高它的出油率。而且 油的纯度质量更好。
玉米是主要粮食之一，又可以提炼油脂，也可以 用作食品和工业的原料以及作饲料，浑身是宝。人们称 它是含金的植物。如今培育出转基因玉米，品质更好， 产量更高。
淋巴细胞ADA酶恢复至正常水平的5%-10% 维持免疫系统功能,改善病人症状
遗传缺陷病人
腺病毒 adenovirus
修正基因
插入修正基因
感染病人細胞
取出病人細胞
修正基因转入到患者体内
注射修正基因

02
微生物基因工程的基本技 术
基因克隆技术基ຫໍສະໝຸດ 克隆技术定义基因克隆技术是一种将特定基因或基因片段分离出来，并在体外进行复制、剪切、拼接等 操作，最终将重组的基因或基因片段导入受体细胞，实现基因的体外操作和扩增的技术。
基因克隆技术原理
基因克隆技术的核心原理是DNA的半保留复制。通过将外源DNA片段插入到载体DNA中 ，形成重组DNA，然后将重组DNA导入到宿主细胞中，实现外源DNA的扩增。
利用基因工程改造微生物，提高生物 燃料的产量和效率，降低生产成本。
药物生产
通过基因工程手段改良微生物，实现 高效的药物生产，降低生产成本。
环境保护
利用基因工程改造微生物，提高污染 物的降解效率和速度，降低环境污染 。
农业领域
通过基因工程手段改良农作物，提高 农作物的抗逆性和产量，改善农业生 产效益。
改良农作物优点
通过基因工程技术，可以提高农作物的抗逆性、产量和品 质，为农业生产的发展做出贡献。
改良农作物挑战
改良农作物需要经过严格的试验和审批，确保安全性、有效性和 可持续性。同时需要加强农业技术的推广和应用，提高农民的素
质和能力。
04
微生物基因工程的前景与 挑战
微生物基因工程的发展前景
生物燃料
基因操作技术
包括基因克隆、转化、表达等关键技 术，是实现基因工程应用的基础。
微生物基因工程的历史与发展
起源
20世纪70年代，随着DNA双螺旋结构的发现和分子生物学的兴起 ，基因工程技术开始起步。
发展历程
经历了从简单到复杂、从单一到多基因的转化，技术不断进步，应 用领域不断扩大。
未来展望
随着基因编辑技术的发展，微生物基因工程将更加精准、高效，有 望在生物医药、生物能源等领域发挥更大作用。