食品生物技术进展总结 终极版

罗云波部分食品生物技术概念：是现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料。

主要内容：（一）基因工程；概念：采用分子生物学手段，在体外将DNA分子插入病毒、质粒或其它载体，构成重组的遗传物质，导入宿主细胞并且持续稳定的表达，从而获得新特性或新品种。

在食品产业中的应用：（1）改造为生物菌种；如凝乳酶等；（2）改良植物品种原料；有抗除草剂、抗病虫害、高营养价值、风味良好、高产、耐贮藏等优势。

如转基因番茄、油料作物（抗除草剂、病虫害；优化饱和与不饱和脂肪酸比例；提高抗氧化成分含量）（3）改良动物食品原料；如猪、牛等；转基因食品安全评价原则：实质等同性原则；遗传特性分析原则；危险性评价原则；个案评价原则。

（二）发酵工程；主要技术：（三）酶工程；概念：利用酶的催化作用进行物质转化，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程和发酵工程相结合而形成的一门新技术。

研究内容：（1）自然酶的筛选（2）酶分子的化学修饰与人工合成（3）固定化酶技术（4）基因工程技术克隆与修饰酶分子（5）酶电极与生物传感器应用于纺织业优势：（一）成本优势：节约原材料，减少化学物质依赖；节能；用量少效率高；可多次利用；（二）环保优势：易降解，减排污，环境友好。

（四）细胞工程；概念：是指利用细胞生物学和分子生物学的方法，通过工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的门综合技术科学。

核心技术：细胞融合技术、克隆技术、大规模培养技术、干细胞技术植物细胞培养技术的优势获得不能人工合成的生物产品不受地理、季节和气候等的限制节约土地，降低成本生产周期短，经济效益高（五）蛋白质工程；概念：是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质的技术。

工程流程：设计、验证、表达、纯化、3D结构阐明、验证；周密的分子设计基因工程获得蛋白检验预期效果多次实践、摸索傅达奇部分：（一）转基因技术路线：目的基因分离——植物表达载体构建遗传转化转化组织组织脱分化受体材料的准备炼苗（1）目的基因分离；1．已知基因的获得①化学合成法②PCR扩增2．未知基因的获得①构建基因组文库，筛选目的基因②构建cDNA文库，筛选目的基因③mRNA差异显示技术筛选差异表达基因④差异蛋白质谱表达技术筛选功能基因（2）植物表达载体构建；mRNA提取——反转录cDNA——cDNA的克隆——TA克隆及测序——向chs中引入酶切位点——双酶切——定向克隆——农杆菌转导（3）遗传转化；1.间接转化法——农杆菌介导转化法2.直接转化法A、基因枪转化法B、电击法C、花粉管通道法D、PEG介导基因转化法（4）转化方法比较；（5）转基因植株鉴定：DNA水平、RNA水平、表型观察、蛋白水平、报告基因（6）基因工程在果实中的应用延迟果实成熟、抑制果实成熟软化、增强果实原有成分含量、在果实中产生果实原本不含的成分。

（二）VIGS概述病毒诱导的基因沉默 (virus induced gene silencing，VIGS)；概念：病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing，VIGS）是指携带目标基因片段的病毒侵染植物后，可诱导植物内源基因沉默、引起表型变化，进而根据表型变异研究目标基因的功能。

VIGS是根据植物对RNA病毒防御机制发展起来的一种技术，其内在的分子基础可能是转录后基因沉默。

作用机制：（1）小分子RNA 前体dsRNA的形成. 当含有目的基因的重组病毒载体侵染植株时, 目的基因片段在RNA 引导的RNA 聚合酶作用下合成大量dsRNA；（2）小分子RNA 的形成. dsRNA在D icer催化作用下产生大小为21- 25 nt的小干扰RNA；（3）小分子RNA 指导的R ISC 的形成. siRNA在生物体内与特定的蛋白结合形成R ISC, siRNA双链解开, 带有siRNA的R ISC特异地识别细胞质中的目的基因的m iRNA, 导致目的基因mRNA 特异降解, 从而导致目的基因在mRNA 水平上的沉默。

优势：成本低、速度快、高通量、重复性高曲桂琴部分：（1）免疫系统：非特异性免疫：皮肤、粘膜、体液中溶菌酶；特异性免疫：免疫器官（中枢免疫器官凶险、骨髓；周围免疫器官脾、淋巴结、扁桃体）；免疫细胞（淋巴细胞系T、B、K、NK；单核吞噬细胞系（巨噬细胞、肥大细胞）；粒细胞系），免疫分子（免疫球蛋白、补体、细胞因子、免疫细胞膜分子和受体分子）（2）植物疫苗的生产：植物抗体是利用基因工程技术在植物中表达、生产抗体的技术，即表达出具有功能识别抗原及结合特性的全抗体片段。

优点：（1）高表达量；在植物中表达抗体，重组抗体的产率可达植物总蛋白的4%；（2）低成本，可利用大田种植，低成本；（3）外源抗体基因片段可以整合进染色体种稳定遗传，对植物自身生长没有影响；（4）转基因植株可以简单的通过种子来保存传代；（5）可以对分子进行完整的后期组装与加工，保持良好的生物学活性。

（3）植物表达抗体的研制方法：（1）克隆抗体基因；（2）构建抗体基因植物表达载体；（3）抗体及基因导入植物细胞或获得遗传转化植物；（4）植物抗体的表达与纯化。

（4）抗原属性：免疫原性、反应原性。

半抗原属性：有反应原性物免疫原性。

（5）PCD（programmed cell death）细胞程序性死亡：表现：动物人体为发育过程、胚胎发生、器官转化、蝌蚪尾巴消失，PCD引发的老年痴呆、帕金森综合症等。

植物为特定发育过程，如导管组织、通气组织分化，叶片花瓣衰老，病原体侵染过程等。

特征：（1）细胞形态的改变，包括染色质皱缩，细胞核破碎；（2）凋亡小体的出现；（3）凋亡相关蛋白基因表达的改变；（4）调往特征产物的出现；（5）梯度DNA的出现；检测方法：细胞水平：电镜检测、共聚焦荧光显微镜、流式细胞仪。

组织水平：切片免疫组化分析。

（一）形态学检测；光学显微镜与倒置显微镜、荧光显微镜和共聚焦激光显微镜、投射电子显微镜观察；（二）流式细胞仪检测细胞凋亡；（三）电泳法检测DNA片断化出现。

电泳时表现为特征性梯形带；（四）TUNEL检测法。

（6）植物PCD调控1.活性氧ROS：活性氧ROS浓度上升~细胞伤害；2.激素；GA~调控活性氧清除酶类水平~糊粉层细胞；3.液泡~~液泡崩溃是PCD植物细胞特征胞体溶解（7）防御反应；植物被病原体侵染后往往能引起细胞的死亡，即超敏反应（HR），能迅速引起组织水解，阻断病原的营养供应，限制病原物的扩散。

张雅丽部分：（一）基因芯片概念：指具有相当集成度的核酸探针阵列，通过将大量的寡核苷酸片断或已知基因片段制备成探针有序地固定于固相支持物上所形成的矩阵。

将待侧样品用荧光染料标记与芯片杂交，杂交信号用激光扫描仪检测，计算机分析检测结果，可获得类似与传统的点杂交的杂交数据，以达到快速、高效、高通量及平行性的分析生物信息的目的。

特点：高通量、微型性、自动化、高度并行。

基因芯片工作原理：核酸分子杂交（DNA/DNA or DNA/RNA）技术带有互补的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一起时，其相应的同源区段将会退火形成双链的结构。

杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互补，所以不同来源的核酸单链只要彼此之间有一定程度的互补顺序（即某种程度的同源性）就可以形成杂交双链。

分子杂交可在DNA与DNA、RNA与RNA或RNA与DNA的二条单链之间进行。

基因芯片工作流程：（1）芯片制备；以玻璃片或硅片等无机材料为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上，探针密度高；或者以硝酸纤维膜、尼龙膜等有机材料为载体，预先合成后通过特殊的微量点样装置或仪器滴加到片基上去，探针密度低要点：芯片片基选择、点样样品制备（已克隆的基因片段、PCR，RT-PCR扩增的基因片段、人工合成的DNA片段），制备方法及设备制备方法：直接将核酸片段“点”至包被过的芯片表面做靶片段；原位合成寡核苷酸靶片段（光蚀保护、原位喷印）（2）样品的制备与标记；将样品进行提取、扩增，获取其中的DNA或RNA，然后（荧光）标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。

（3）生物分子反应（杂交）；选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配率。

（4）信号的检测和数据分析处理（扫描分析）；（二）几种表达重组蛋白的生物反应器的比较；细菌（大肠杆菌）：优点：生长快速，成本低，易于大规模生产缺点：不能对蛋白进行糖基化的翻译后修饰，可能产生不正确的折叠，内毒素的存在可能会引起副作用。

酵母：优点：可以进行糖基化，生长快速，成本低，可以表达真核基因缺点：翻译后修饰可能会不正确，可能产生不正确的折叠哺乳动物细胞：优点：可以进行与人类蛋白质类似的糖基化等修饰，并正确折叠，可以表达真核基因缺点：细胞生长缓慢，难以培养，成本很高，蛋白产量低（三）动物生物反应器的优势；乳腺是外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响到动物本身的生理代谢反应。

乳腺组织是一种有效的蛋白质合成器。

一头奶牛一年可生产乳蛋白250～300kg,一只绵羊和山羊可生产乳蛋白25～30kg,即使一只家兔,一年生产乳蛋白也可达到3～5kg,如果把百分之一的乳蛋白合成医用蛋白,其产量就十分可观。

乳腺组织可以对人体蛋白质进行正确的修饰和后加工,产品的生物学活性接近天然产品。

在动物乳腺表达的外源基因可以遗传。

一旦获得一个生产某种有价值蛋白质的动物个体,可以用常规畜牧技术繁殖生产群体,研究技术虽然复杂,费用高昂,但其研究生产的放大过程却较容易。

目标产物纯化容易，乳腺中蛋白种类很少，分离简单。

（四）哺乳动物基因转移的遗传选择标记；胸腺激酶基因(tk)选择系统：二氢叶酸还原酶基因(dhfr)选择系统：黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶基因(xgprt)选择系统：氯霉素乙酰转移酶基因选择系统：新霉素选择系统绿色荧光蛋白（五）转基因动物的应用：生产疾病动物模型，供医学研究研究特定基因的功能或基因调控区的作用改良动物性状生物制药（六）动物转基因技术；（1）转基因技术在动物育种中的应用：1、提高动物的抗病能力2、提高动物生长速度3、提高动物产毛能力4、改善乳品品质5、提高动物生存能力（2）转基因动物在医药科学研究中的应用：1、生产用于人体器官移植的动物器官2、在药理学方面的应用3、作为人类疾病模型4、作为生物反应器的应用（3）基因修饰策略：1.转基因筛选标记；胸腺激酶基因选择系统、二氢叶酸还原酶基因选择系统、黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶基因选择系统、氯霉素乙酰转移酶基因选择系统、新霉素选择系统、绿色荧光蛋白。