篇一：基因工程论文
基因工程课程设计
题目：基因工程及其在大肠杆菌生产人干扰素中
的应用
姓名：王晓红 学号：20103027
年级：10级3班专业：生物技术专业
指导教师：朱常香
山东农业大学生命科学学院
二014年
一． 选题依据
课程设计目的
? 了解工业生产中的新型育种技术并比较不同育种技术的优势； ? 学习理解基因工程育种技术及其操作原理；
? 研究基因工程育种技术在人干扰素生产中的创新。
基因工程作为21世纪的一种新型生物技术，应用基因工程育种技术重组大肠杆菌BL21(pBAI)生产人干扰素a2b, 通过优化补料分批培养时葡萄糖的流加策略,提高了hIFNa2b的表达量和表达速率。
利用这些技术，可以直接地、有针对性地在DNA分子水平上改造生物的遗传性状。通过转入外源基因，微生物和动、植物细胞可以产生出自身原来没有的蛋白质。同样，利用重组DNA技术，也可以使一些原来存在量极低但有重要工业或医学用途的小分子(抗生素)或蛋白质之外的大分子物质得以大量生产。特别是随着重组DNA技术的完善和发展，以基因水平为核心的现代分子定向育种技术越来越受到工业微生物育种学家的关注，并展示了良好的应用前景。
二． 文献综述内容
1972年美国的Berg和Jackson等人将猿猴病毒基因组SV 40DNA、λ噬菌体基因以及大肠杆菌半乳糖操纵子在体外重组获得成功。翌年，美国斯坦佛大学的Cohen和Boyer等人在体外构建出含有四环素和链霉素连个抗性基因的重组质粒分子，将之导入大肠杆菌后，该重组质粒得以稳定复制，并赋予受体细胞相应的抗生素抗性，由此宣告了基因工程的诞
生。在二十世纪八十年代以来，随着大批大批成果的出现及应用，基因工程带来了一场新的革命。
?-干扰素具有较强的免疫调节、细胞抑制功能和抗病毒活性功能,在临床上有一定的应用价值。由于天然-干扰素来源有限,产量甚微,因此有关-干扰素的基因工程技术研究[1,2]十分活跃,并带动了重组人干扰素-(rIFN-)下游技术的研究[3]。优化发酵工艺以获得稳定的高质量发酵产物,可以降低下游技术中分离纯化的成本和难度。但是,不能得到稳定的高效表达产物是基因工程中普遍存在的问题[4],除表达系统本身因素外,还涉及诸多其它因素。通过对pBV220IFN-DH5工程菌高效表达rIFN-因素的研究,并选择合适条件分离包含体,获得了rIFN-含量和活性都很高的粗提液。采用高效疏水色谱法(HPHIC)对rIFN-进行一步同时纯化与复性,方法不仅简单、快速,而且避免了采用大量溶剂稀释复性和通过透析除去变性剂的麻烦。
1. 基因工程育种 基因工程育种是在基因水平上，运用人为方法将所需的某一供体生物的遗传物质提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，与载体连接，然后导入另一细胞，使外源遗传物质在其中进行正常复制和表达引，与前几种育种技术相比，基因工程育种技术是人们在分子生物学指导下的一种自觉的、能像工程一样可预先设计和控制的育种新技术，它可实现超远缘杂交，因而是最新最有前途的一种育种新技术。基因工程技术的全部过程一般包括目的基因DNA片段的取得、DNA片段与基因载体的体外连接、外源基因转入宿主细
胞和目标基因的表达等主 要环节。
2. 运用基因工程进行定向育种的新技术
? 定点突变(site—specific mutagenesis或site—directed
mutagenesis)是指在目的DNA片断(例如：一个基因)的指定
位点引入特定的碱基对的技术，其包括寡核苷酸介导的定点
突变、盒式诱变以及以PCR为基础的定点突变。近十年来，
定点突变技术获得了长足的发展，并且在此基础上又发展了
很多新技术。例如：重叠延伸PCR法(Overlap Extension PCR
简称EO—PCR)、大引物PCR法(Megaprimer PCR)、一步重
叠延伸PCR(One—stepOverlap Extension PCR，简称
OOE．PCR)、单管大引物PCR(Single—tube Megaprimer PCR)、
快速定点诱变法、多位点环状诱变法TAMS(Targeted
Amplification of Mutant Strand)定点诱变技术。在这些技术中，
单管大引物PCRTAMS定点诱变技术最为简单和适用，并得
到广泛的应用。
? TAMS定点诱变技术 2003年，Young等报道了一种有目的地扩
增突变链的定点诱变技术(Targeted amplification of mutant strand，TAMS)。该技术能够一次引入多个位点的突变，并且能够有目的地扩增突变链，从而使突变效率几乎达到100％。
? 定点突变技术已在蛋白质的结构和功能改造上取得了很大成功。
例如，利用定点突变改变酪氨酰-tRNA合成酶的活性中心，从而
使酶活力提高了50倍；此外，在T4溶菌酶中加入二硫键，显著提高了该酶的稳定性。
3.易错PCR
DNA聚合酶在进行扩增目的DNA时会以一定的频率发生碱基错配，这一现象恰好提供了一种对特定基因进行随机诱变的可能方法。利用PCR过程中出现的碱基错配进行特定基因随机诱变的技术就称为易错PCR(Error_prone PCR，简称EP—PCR)。此方法的原理与操作如图3，其操作过程是在Taq DNA聚合酶催化的PCR反应体系中，利用Mn替代天然的辅助因子Mg，使Taq DNA聚合酶缺乏校对活性，同时使反应体系中各种dNTP的比例失衡，因此导致碱基的错配率大大增加，通常约为0.1％。另外，还可以在该反应体系中加入dITP等三磷酸脱氧核苷类似物来控制错配水平。这种方法可以将错配率最大提高至20％。孔荣等利用易错PCR使D-海因酶对底物的水解活性提高了2.4倍；黄瑛等用易错PCR使短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶活性提高了1.31倍，Km值由
8.24mmol/L降低至7.717mmol/L，在pH>8.0时的稳定性也较野生型脂肪酶有所提高。
3. DAN重排
DNA重排(DNA shufling)技术是一种利用重组文库的体外定向进化技术，Stemmer于1993年首先提出。
Figure 4 The principle and operation process of DNA shuffling Zhao等在此基础上发明了一种更加简化交叉延伸程序( STEP)。此技术是在一个PCR反应体系中以2个以上相关的DNA片段(转载自：www.xiaocaOfaNWen.com 小草 范 文 网:基因工程英语论文)为模板进行PCR反应。引物先在一个模板链上延伸，随之进行多轮变性、短暂复性(延伸)过程。在每一轮PCR循
篇二：基因工程论文：基因工程原理及进展
论文题目：基因工程原理及进展课程名称：化学与人类文明
学 院：
专 业：
年 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
完成时间：20XX年 XX月XX日
目 录
一、前 言
二、摘 要
三、关 键 词
四、正 文
1、外源目标基因的分离、克隆及功能结构分析
2、构建能在受体生物细胞中表达的重组目标基因
3、外源重组目标基因的导入
4、转基因细胞或个体的鉴别和筛选
5、转基因品系的效益分析
6、生态与进化安全保障
7、消费安全评价
（1）消费安全评价一般要考虑以下一些主要的方面
（2）让我们来了解一下基因工程在农业、工业及环境保护、医 药、食品等方面的应用
（3）我们了解一下基因工程的进展状况
五、参考文献
前 言
基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。 所谓基因工程（genetic engineering)是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术。是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。
科学界预言，21世纪是一个基因工程世纪。基因工程是在分子水平对生物遗传作人为干预，要认识它，我们先从生物工程谈起：生物工程又称生物技术，是一门应用现代生命科学原理和信息及化工等技术，利用活细胞或其产生的酶来对廉价原材料进行不同程度的加工，提供大量有用产品的综合性工程技术。
生物工程的基础是现代生命科学、技术科学和信息科学。生物工程的主要产品是为社会提供大量优质发酵产品，例如生化药物、化工原料、能源、生物防治剂以及食品和饮料，还可以为人类提供治理环境、提取金属、临床诊断、基因治疗和改良农作物品种等社会服务。
基因工程原理及进展
一、摘要:
基因工程技术是一项正在蓬勃发展的技术，它将给人类社会带来一场深刻的变革，我们有必要了解基因工程的概念、原理、技术程序，以及基因工程在农业、工业、医药等方面的应用和进展情况。
Abstract:
Genetic engineering technology is a is the prosperous development of the technology, it will give the human society brought a profound change, we need to understand the concept of genetic engineering, principle, technical procedures, as well as the genetic engineering in agriculture, industry, medicine, and other aspects of the application and progress.
二、关键词: 基因工程原理技术程序应用进展
三、正文：
人类之所以不同于其他动物，是因为人类可以改造自然，使人类与大自然和谐相处。生物工程是运用现代生物科学的理论和方法，按照人类的需要改造和设计生物的结构和功能，以便更经济、更有效、更大规模地生产人类所需要的物质和产品的技术，它包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶和发酵工程。其中基因工程是在遗传物质的分子水平上改造和设计生物的结构和功能的技术，是一项正在蓬勃发展的技术，它将给人类社会带来一场深刻的变革。
首先，让我们来了解一下基因工程的基本原理及技术程序。基因工程的基本原理是在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成镶嵌DNA分子，然后将之导入宿主细胞，使其扩增表达，从而使宿主细胞获得新的遗传特性，形成新的基因产物。它有3个基本的步骤：①从合适材料分离或制备目的基因或DNA片段。②目的基因或DNA片段与载体连接作成重组DNA分子。③重组DNA分子引入宿主细胞，在其中扩增和表达。不同种类生物的生物学特性不同，其基因工程在操作上和具体技术上必然有所差异，但技术核心都是DNA的重组，即利用一系列的DNA限制性内切酶、连接酶等分子手术工具，在某种生物DNA链上切下某个目标
基因或特殊的DNA片段，然后根据设计要求，将其接合到受体生物DNA链上。一个完整的用于生产生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有：①外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。②适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组。③外源基因的导入。④外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选。⑤外源基因表达产物的生理功能的检定。⑥转基因新品系的选育和建立以及转基因新品系的效益分析。⑦生态与进化安全保障机制的建立。⑧消费安全评价。
1、外源目标基因的分离、克隆及功能结构分析
获得合乎人类某种需要的目标基因是开展一项基因工程的前提和全部工作的核心，基因工程的第一步就是获得目标基因。目前人们已经能够通过多种途径和方法来获取目标基因，比如从构建的基因文库中调取和筛选目标基因，通过化学方法合成已知核苷酸序列的目标基因，以及通过逆转录酶用mRNA为模板合成目标基因等。
2、构建能在受体生物细胞中表达的重组目标基因
要使一个外源目标基因能整合到受体细胞的基因组中并能在整合后在受体基因组的调控下有效地转录和翻译，就必须事先对目标基因的功能结构用DNA重组技术进行适当的修饰，也就是将目标基因与一种特别的DNA分子重组，这种特别的DNA分子称为基因载体，目前所用的载体主要有以下几类：质粒、λ噬菌体、柯斯质粒、病毒载体、YAC载体等，各类载体具有独特的生物学特性，可用于不同的目标基因。
3、外源重组目标基因的导入
将重组的外源目标基因转入到宿主细胞中的过程称为基因导入或基因转移。接受外源基因的细胞称为受体细胞。由于受体生物学特征的不同以及基因工程目的不同，外源基因导入的方法也不同，有的是用载体导入，有的是直接用物理的方法导入。目前使用的有转化、转染、电穿孔导入法、基因枪射入法、显微注射法、脂质体介导法等，向细菌等微生物中导入外源目标基因常用质粒转化和噬菌体转染方法；向植物细胞中导入外源基因常用基因枪注入法和Ti质粒导入法；能由原生质体再生出植株的植物细胞还可以用电穿孔导入法及脂质体融合法；动物的受精卵一般通过人工显微镜注射法导入外源基因；动物的体细胞可用电穿孔
篇三：基因工程论文 发展及现状生物工程
《基因工程》
课程论文
基因工程的应用现状及其展望
摘要：本文介绍了“基因”和“基因工程”。从科研领域、医学领域、农业领域、食品工业领域5个方面阐述了基因工程的应用价值，并对基因工程的研究前景进行了展望。
关键词：生物工程技术；基因工程； 应用； 发展现状；应用前景
Application Situation and Future Prospects of Gene Engineering
Class 1 Bio-engineering 10Student: Lao YangyanStudent ID: 1031250019 Tutor: Bian Caimiao Abstract: This paper introduces the "gene" and " gene engineering " . Describing the application value of genetic engineering from 5 fields of scientific research , medicine , agriculture and food industry, besides the prospects for the study of genetic engineering were discussed.
Keywords: biological engineering technology ; gene engineering ; application ; development Situation; application prospects
引言
目前世界许多国家将生物技术、信息技术和新材料技术作为三大重中之重技术, 而生物技术又分为传统生物技术、工业生物发酵技术和现代生物技术。现在人们常说的生物技术实际上就是现代生物技术。现代生物技术包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等五大工程技术[1]。其中基因工程技术是现代生物技术的核心技术。基因工程成为当今生命科学领域最具生命力、最引人注目的学科之一。进入21世纪后，以基因为核心的生物技术的研究与应用成为生物科学的主流。其技术充斥在人类的生活之中，其技术广泛应用于科研、医药、农业、食品工业等领域。所以本文主要是通过对基因工程主要概念与其在主要领域的应用的介绍。使人们对其更加全方位的认识，更加辩证的看待这个技术。并对未来基因工程的技术更好的服务于人们的生活做了相应的展望。
1 基因工程的概念
基因工程( genetic engineering ) 又称基因拼接技术和DNA重组技术, 是以分子遗传学为理论基础, 以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图, 在体外构建杂种DNA 分子, 然后导入活细胞, 以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品[2]。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术, 是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内, 使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质) DNA 大分子提取出来, 在离体条件下用适当的工具酶进行切割后, 把它与作为载体的DNA 分子连接起来然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受
体细胞中, 以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新技术。
2 基因工程在各领域的应用
2.1 科研领域方面
2.1.1 基因芯片分析技术
基因芯片是指DNA 微阵列，基因芯片分析技术是将大量DNA 片段有规则地固定在某介质上，从而检测特定基因表达的一项技术。这项技术的关键是将巨大的DNA 分析缩小到很小的芯片上，利用光电技术对信息进行探测，最后用计算机加以分析。它将过去生物学中的复杂实验变得十分简单，同时检测的数据大大增多，可以说是生物技术上的一次革命。利用基因芯片技术可快速测定DNA 序列。
2.1.2 基因组文库作图
DNA 芯片通过鉴定重叠克隆的顺序来对基因组文库进行作图。将若干个基因组克隆的DNA提取出来，用识别4个碱基的限制性内切酶切开，通过PCR扩增荧光标记得到的ssDNA产物分别与DNA芯片杂交，荧光信号强度被均衡化，用统计分析的方法推算出两个克隆之间的相关系数。最后，几个信号最强的克隆可以根据相关系数按正确的顺序排列出来。
2.2 在医学领域方面
2.2.1 基因诊断技术在临床的应用
基因诊断是利用分子遗传学技术在DNA 或RNA 水平上对某一基因进行突变分析, 从而对特定疾病进行诊断。基因诊断因其直接诊断性、高特异性、灵敏性、早期诊断性弥补了表型诊断的不足而被广泛应用[3]。基因诊断被广泛应用于肿瘤、白血病、感染性等多种疾病的诊断中。
2.2.2 制药工业的发展
目前，通过重组DNA 产生的工程菌已大量高效地合成出许多人体中的活性多肽，如干扰素、白介素、促红细胞生成素、人生长激素、集落刺激因子和胰岛素等，基因工程药物为人战胜多种疑难疾病提供了有力的武器，也是国际医药工业发展的新增长点。
2.2.3 基因工程疫苗
基因工程疫苗：是用基因工程方法或分子克隆技术，分离出病原的保护性抗原基因，将其转入原核或真核系统使表达出该病原的保护性抗原，制成疫苗，或者将病原的毒力相关基因删除掉，使成为不带毒力相关基因的基因缺失苗[4]。目前，乙型肝炎病毒、麻疹、狂犬病
病毒、霍乱和大肠杆菌等的转基因植物食用疫苗研究方面已经有很大进展。
2.3 在农业方面
2.3.1 培育新品种
利用转基因技术，可改变传统花卉的种类、颜色、品质，并能创造新奇的变异品种，培育出自然界前所未有的新品种，由此为人类提供独特的观赏享受。湖北大学生物科学院蔡得田教授主持的“特异花卉克隆与基因工程创新”，成功地将红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 7种颜色的编码基因导入花卉中。
2.3.2 抗病虫的植物基因工程
病毒是影响农作物生产的一个重要因素。以马铃薯为例，马铃薯X 病毒可造成10 %的损失，马铃薯Y病毒可造成80 %的损失。重组DNA 技术的应用为农业生产提供了一个解决问题的新方法，该技术可相互转移不同有机体的基因[5]。生物防治害虫的工作已经开展多年，主要是利用苏云孢杆菌中的毒蛋白(结晶蛋白) 对害虫有毒害作用，使用这些杆菌来控制害虫[6]。目前，苏云孢杆菌基因已被转入烟草、番茄、马铃薯、水稻、玉米及棉花等多种植物。
2.3.3 抗除草剂的植物基因工程
传统除草剂的选择性较差，即除了杀草以外，还会将作物杀死。现在利用生物技术，将能抵抗除草剂的基因转移到植物中，获得抗除草剂植物。目前，已获得的抗除草剂作物有大豆、棉花、玉米、水稻和甜菜等20多种。
2.3.4 其他一些植物基因工程
其中包括利用PG酶的反义RNA基因，使成熟后的番茄果实变硬，以便于运输和储藏。此外，在转基因植物中还可以生产一些医药用的小肽。在抗寒、抗热、抗盐碱以及抗病等提高抗性的植物基因工程方面也有很大的进展。
2.4 食品方面
2.4.1 蛋白质类食品
蛋白质是人类赖以生存的营养素之一, 植物是人类的主要蛋白供应源, 蛋白原料中有 65 % 来自植物。与动物蛋白相比, 植物蛋白的生产成本低, 而且便于运输和贮藏, 然而其营养也较低。谷类蛋白质中赖氨酸(Lys) 和色氨酸(TrP)豆类蛋白质中蛋氨酸(Met)和半光氨酸(Cys) 等一些人类所必需的氨基酸含量较低。通过采用基因导入技术, 即通过把人工合成基因、同源基因或异源基因导入植物细胞的途径, 可获得高产蛋白质的作物或高产氨基酸的作物闭[7]。
第一个采用基因工程改造的食品微生物是面包酵母，经基因改良的面包酵母中麦芽糖透
性酶和麦芽糖酶的含量比普通面包酵母高，产生二氧化碳气体的量也较高，可制作出更松软可口的面包。啤酒酵母是啤酒发酵的关键微生物，将α-淀粉酶和糖化酶基因导入啤酒酵母中，就可以简化生产工序，提高产品质量和生产新的啤酒品种。酶制剂在食品加工中广泛应用，凝乳酶是第一种应用基因工程技术把小牛胃中的凝乳酶基因转移到细菌或真核微生物生产的酶，传统方法是从小牛皱胃中提取，成本高，产量低。20世纪80年代以来，英、美等国科学家将凝乳酶原基因导入大肠杆菌、酵母中，成功地进行了大规模的生产。目前，对α-淀粉酶、葡萄糖异构酶、溶菌酶、碱性蛋白酶的生产菌都用基因工程方法进行了改良，大大提高了这些酶制剂的生产效率。
2.4.2 碳水化合物类食品
利用基因工程来调节淀粉合成过程中特定酶的含量或几种酶之间的比例, 从而达到增加淀粉含量或获得独特性质、品质优良的新型淀粉。高等植物体内涉及淀粉生物合成的关键性酶类主要有: ADP 葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGlcpyrophosphorylase,AGPP), 淀粉合成酶
(Stare hsynthase,SS) 和淀粉分支酶(starehbranehing enzyme,SBE), 其中淀粉合成酶又包括颗粒凝结型淀粉合成酶(Granule-boundstarch synthase , GBSS ) 和可溶性淀粉合成酶(Soluble starch synthase , SSS)[8]。
2.4.3 油脂类食品
人类日常生活及饮食所需的油脂高达70% 来自植物。高等植物体内脂肪酸的合成由脂肪合成酶(FAS)的多酶体系控制, 因而改变FAS 的组成就可以改变脂肪酸的链长和饱和度, 以获得高品质、安全及营养均衡的植物油[9]。目前,控制脂肪酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功, 并用于研究改善脂肪的品质。如通过导入硬脂酸一ACP 脱氢酶的反义基因,可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2 % 增加到40 %。而将硬脂酞CoA 脱饱和酶基因导入作物后, 可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降, 而不饱和脂肪酸(油酸/亚油酸)的含量则明显增加, 其中油酸的含量可增加7倍[10]。除了改变油脂分子的不饱和度外, 基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事实上, 高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜(Canola) 在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品淀粉含量的增加或减少, 对作物品种。
2.5 开发新型功能性食
利用基因工程技术可以研制特种保健食品的有效成份。例如将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至羊或牛中, 便可以在羊乳或牛乳中产生这种酶。1997年9月上海医学遗传所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子, 为通过动物大量