Chap.8 Advances in Genetics

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1 Chap.8 Advances in Genetics
Life Science 2010 鄭先祐(Ayo) 製作

2 The players Recombinant DNA vector：運用於將sourceDNA送入hostDNA
source DNA or donor DNA host DNA vector：運用於將sourceDNA送入hostDNA restriction enzymes：切DNA，以便接合。 clone： a group of identical organisms E. coli ：Escherichia coli (大腸桿菌) circular chromosome + plasmid (Fig.8.1) Life Science 2010

3 Recombinant DNA (1) Finding and isolating the gene
(2) 選擇適當的restriction enzyme，切開DNA (p.142：切開A-G鍵)。 (3)取得所需要的基因片斷。 (4)將片斷的基因，導入切開的host DNA。 (5)這就是recombinant DNA，就可以進行cloned (Fig.8.2) (6) screening 出正確的recombinant 品系。 Life Science 2010

4 Fig. 8.2 運用細菌來製造人類的hormones。
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5 Essay 8.1 Bacterial Sex Conjugation tube ：兩個細菌相連的管道 (同世代遺傳)。
F+ + F- → 2F+ (essay 8.1 , p.145) 一再的分生，永遠不死？ 掌管全球的生命？ Life Science 2010

6 Genetic engineering？ 為人類的特殊目標，而去加減基因(recombinant DNA的技術)。
將駝鳥和牧羊犬的基因混合？ 倘若將cancer-causing genes 轉殖入E. coli，這將會如何？將deadliest poisons基因轉殖入E. coli ？ 誰會去製造這些恐怖的東西？ Life Science 2010

7 Essay 8.2 crippling a microbe
為防範recombinant研究，產生無法控制的災難，Roy Curtiss製造有缺陷的微生物，無法離開實驗室的微生物。 譬如，將E. coli 可產生保護套的基因去除。如此的 E. coli 的抵抗力就會很弱。 但是E. coli 可以基因突變，而又回復到原狀。 因此 Curtiss 又再去除另一個基因，但也無長久的效果。 Life Science 2010

8 Essay 8.2 crippling a microbe
Curtiss的研究生Dennis Pereira找到合成colanic acid(外套成份)的基因，去除後，終於產生有缺陷的E. coli 。 這種E. coli 怕紫外線，在一般的陽光下，就可以被殺死。 但這還是有問題，因為死亡的E.coli 還是可以將基因傳給另一個活的 E. coli。 Curtiss 進一步再去除製造Thymine的基因。 Life Science 2010

9 實驗的安全規範 為防範recombinant研究可能出現的災難，研究者於1975年二月在美國加洲Asilomar擬定實驗操作守則(operating guidelines)。 這是研究者自己必要遵循的規範。但並不是大家都滿意。 同時也有些學者認為應該要全面禁止這方面的研究。 Life Science 2010

10 偉大的遠景？ 雖然有人擔心DNA加減可能會帶來災難，但是沒有人否認其會有很大的遠景。
Recombinant DNS研究的利益，於1970s年代就已經提出。 最早的範例是胰島素(insulin)，這已經將此基因轉殖入細菌的plasmid，用以製造胰島素。 Table 8.1 一些基因工程的產品。 Life Science 2010

11 Table 8.1 一些基因工程產品。 Human growth hormone (成長激素) Interferon (干擾素)
Interleukin (促進白血球的免疫力) Insulin (胰島素) Renin inhibitor (降血壓素) Life Science 2010

12 Essay 8.3 DNA排序與基因機器 利用plasmid transfer 技術，可以來確定任何一個切割下來的DNA或RNA。
目前已經定出來的DNA排序有bacteriophages, plasmid, polioviruses(小兒痲痺),和人類的粒腺體。 目前已經有gene machine ($30,000)，可以製造出幾乎是任何片斷的DNA，只要輸入指令。 倘若是要蛋白質，這也有製造的機器。 Life Science 2010

13 DNA amplified DNA可以經由 polymerase chain reaction (PCR) 被 amplified (increased)。 將片斷的DNA與nucleotides 和DNA polymerase混合。DNA polymerase可以促使DNA複製。 DNA將會持續複製到nucleotides耗盡。速度相當快。於幾個小時內，就可以有1,000億個copies(DNA)。 (Fig.8.3) Life Science 2010

14 Fig. 8.3 DNA片斷 複製增加的方法。經過25個周期，就可以有1,000,000個copies。
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15 (1) 抽取嫌犯精液或血液的DNA，再用restriction 酵素，切割DNA。
Essay 8.4 運用分子偵查犯罪 (1) 抽取嫌犯精液或血液的DNA，再用restriction 酵素，切割DNA。 (2) 將切割下來的DNA片斷，進行電泳(gel electrophoresis) 分離。附加standard比較用。 (3)將在gel上已經分離的DNA片斷，轉置到nitrocellulose sheet上。Gel 和nitrocellulose sheet 兩者相壓。 Life Science 2010

16 (4) 加入 radioactive DNA probe (單鏈)，這些已知的 DNA probe 會去連接相對應的DNA片斷。
(5)將此nitrocellulose sheet 放在 x-ray film感應。如此就可以看到 DNA fingerprint 除了同卵雙胞胎外，每個人都不同。 相同的機率估計是百萬分之一。 或是700億分之一。 Essay 8.4 運用分子偵查犯罪 Life Science 2010

17 於農業上的應用 基因轉殖的技術，可能用於抗病虫害，或是幫助植物於貧瘠的土壤成長，或是增加產量。增加可食部份的生長，或是改變氨基酸的含量，以增加營養成份。 許多重要的農作物(蘿蔔、包心菜、柑橘、馬鈴薯)已經可以由一個細胞培養成個體。 問題是許多特徵是polygenic。這造成轉殖的困難。 Life Science 2010

18 F 工作人員正在噴灑「減冰」細菌，於草莓田地。
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19 於農業上的應用 Fig.8.4 將螢火蟲的螢光基因轉殖入煙草內。呈現出有螢光的煙草。
(中研院)將機螢光基因轉殖入毛毛虫(害虫)。如此在對抗害虫上，有效用嗎？ 細菌的基因可以讓植物不會對除草劑反應。這個基因已經被cloned，並轉殖入一些農作物。如此就可以噴灑除草劑，而不會傷到農作物。 Life Science 2010

20 Diagnosis and decision in Humans
造成人類新陳代謝的錯誤，已知至少有2,000個基因。 其中有些是侷限在某些地區或民族，有些是在年輕的時候就出現症狀而死亡，有些則是要到中年才會出現症狀。 Fig.8.5 Alzheimer's disease (45歲才發生，喪失記憶) Fig.8.6 Huntington's disease (35歲發生，神經快速的萎縮，最終快速的死亡) Life Science 2010

21 F Fig. 8.6 Huntington's disease.
右邊的是原來的情況。左邊是病發後的情況。(腦室增大，特別是在中間的深色的如蝴蝶形狀的區域，明顯的增大) Life Science 2010

22 Essay 8.5 基因的偵測 你去應徵一份高薪的好工作，且在面試的過程，你表現得很好。
過幾天，你去理髮，理髮師用力梳理你的頭髮。當你走出理髮店後，有一個人進來，給這為理髮師一些鈔票，然後用一個袋子裝入你掉在地上的頭髮。 再過幾天，你接到通知，不被錄用。 因為在你的頭髮細胞中偵測出有基因上的缺陷。 Life Science 2010

23 有何看法？ 是否要全面偵測有無缺陷的基因？ 自己是否要先知到自己有何基因的缺陷？ 是否要結婚？ 結婚是否要生小孩？ 是否會被錄用？
如：Alzheimer's disease、Huntington's disease 是否要結婚？ 結婚是否要生小孩？ 是否會被錄用？ 是否要接受基因治療？ Life Science 2010

24 An ethical concern 心理學者發現，一般身材較高的人，比較會受到尊重，至少在初認識時。
如此父母是否可讓其小孩接受「tall genes」，或是其產物，使其小孩能高人一等？ 假設此無任何副作用。 Life Science 2010

25 Gene replacement therapy
1990年，the first human gene therapy was performed. 對象是一位四歲女孩，遺傳的免疫缺陷。 運用基因轉殖入的免疫system細胞注入女孩的體內。這些engineered cells 逐漸的取代原有的細胞。 Life Science 2010

26 Chorionic villus (絨毛膜取樣) sampling
胎兒檢驗的方法。 Amniocentesis (羊膜穿刺) Chorionic villus (絨毛膜取樣) sampling Life Science 2010

27 問題與討論！ Ayo NUTN website: http://myweb.nutn.edu.tw/~hycheng/
Ayo NUTN website: Life Science 2010