胰島素的基因工程、細菌內的質體DNA 、重組質體DNA 、Novo Nordisk 胰島素注射筆製程、AMGEN 與KIRIN麒麟啤酒聯盟案例、基因轉殖技術的應用、動植物基因轉殖、基因改造生物的風險、開創新時代的基因編修技術CRISPR/Cas9。 SlideShare

1. MING CHUAN UNIVERSITY
講 師 : 許綸中
大學通識課程
生命科學
基因工程產品
https://sites.google.com/view/ribowsone/

2. 生物技術
自1950年代後，科學家對遺傳物質與其運作的機制有更充分的了
解，因此，有了基因工程
⚫ 以快速、有效及精確的方式操縱基因表現與細胞生長。
⚫ 在不同物種間進行基因轉移，增個體原本不存在的性狀。
廣義的生物技術
⚫ 人類利用生物生產及製造所需物質的技術；或是改變生物的遺傳
表徵，使其符合人類的需求。
⚫ 例如︰以發酵方法製造酒和醋；以育種的方式篩選出較佳的禽畜
等動物或農作物。

3. https://zh.wikipedia.org/wiki/基因工程
基因工程（英語：genetic engineering，又稱為遺傳工程、基因轉
殖、基因修飾）是一組使用生物技術直接操縱有機體基因組、用於
改變細胞的遺傳物質的技術。
基因工程

4. https://zh.wikipedia.org/wiki/基因工程
包括了同一物種和跨物種的基因轉移以產生改良的或新的生物體。
可以通過使用分子複製技術分離和複製需要的遺傳物質以產生DNA
序列，或通過合成DNA，然後插入宿主生物體，以此將新的遺傳物
質插入宿主基因組中。
基因工程

5. 質體
質體 是
環形DNA分子
⚫ 細菌內的環形DNA分子，其攜帶的 基因 與 抗藥性、細菌毒素之產生有關 。
⚫ 質體可自行複製，故
含有質體的細菌，其
子代會有相同的質體，
藉此特性可作為基因
轉殖的載體。
製造胰島素的基因工程 | 細菌內的質體DNA

6. DNA 載體
⚫ 用來將目標 DNA 送入細胞內
的工具。
⚫ 一種DNA 載具：本身是DNA，
因此可連接DNA，並有適當
的技術送入細胞中，使目標
DNA表現。
⚫ 能在細胞內複製，使目標
DNA 的量增加。
⚫ 常用的載體：細菌的質體、
病毒的 DNA。
質體DNA
細菌
製造胰島素的基因工程 | 重組質體DNA

7. 製造胰島素的基因工程 | 重組質體DNA

8. 以基因轉殖細菌生產胰島素為例，說
明重組 DNA 的建構與轉殖入微生物
的過程。
基因轉殖細菌生產胰島素

9. 載體及外源基因的選取
⚫ 選擇欲作為轉殖
的目標基因。
⚫ 選取細菌的質體
作為攜帶外源基
因的載體。
⚫ 用相同的限制酶
分別切割目標基
因與質體。
製造胰島素的基因工程 | 重組質體DNA

10. 重組DNA的製備
⚫再利用DNA連接酶將載體DNA
與目標基因的DNA片段連接成
重組DNA分子。
⚫將重組 DNA轉殖入原本不含質
體的細菌。
人類胰島素基因
製造胰島素的基因工程 | 轉殖入細菌 或說 細胞

11. DNA的重組、轉殖與篩選
⚫ 通常載體帶有特定的標識基因，可供篩選轉殖是否成功的依據。
洋
菜
培
養
基
菌落
⚫ 例如：挑選具有對抗抗生素基因的質體上，形成
重組DNA後此基因同樣保留；轉殖入細菌後細
菌可具有對抗生素的抗藥性。
製造胰島素的基因工程 | 質體可以攜帶不只一個基因

12. ⚫ 以含有抗生素的培養基培養含有重組 DNA 的細菌。不具有重組基因的細菌，就會被殺
死；而帶有重組DNA的細菌可存活並形成菌落。
DNA的重組、轉殖與篩選
菌落
一顆細菌落在洋菜培養基， 然後複製長
成一群，就是菌落。若培養基含抗生素，
細菌會因此死亡，就不會長出菌落，除
非細菌具有抗藥性。
⚫ 將存活的菌落挑出、培養。這些轉殖成功的細菌因為具
有人類胰島素的基因，因此能生產胰島素。
大量生產基因重組蛋白 ~人類胰島素
死
製造胰島素的基因工程 | 用抗生素剃除轉殖失敗的細胞
活

13. https://youtu.be/DclD8BQW6Sw
製造胰島素的基因工程、諾和諾德藥廠工業製程

14. 糖尿病患使用的胰島素注射器

15. 胰島素工業製程

16. 胰島素工業製程
量產發酵
量產不是把一撮菌丟進培養液即可，細胞
在液態大體積培養時，涉及許多生物物理
(壓力、攪拌、供氣、流體 . . .)及工程上的
問題，甚至要符合法規規範。

17. 讓AMGEN一夜致富的EPO全名為Erythropoietin，中文名稱叫紅血
球生長素，是由腎臟分泌的一種激素（荷爾蒙）蛋白質，能刺激骨髓
產生紅血球細胞。EPO主要提供給洗腎患者使用，因為洗腎過程會破
壞大量紅血球，目前EPO已是洗腎患者必須使用的刺激劑。
基因工程是研發，發酵量產的難題丟給啤酒廠?

18. 基因工程是研發，發酵量產的難題丟給啤酒廠?
AMGEN成立於1980年的美國，從最初的無名小卒，發展到舉世公
認的生物藥業龍頭，全靠EPO這隻藥物的開發成功。
1983年時，AMGEN因為投入EPO研發，錢都快燒光了，因此，積
極對外尋求新的資金，當時資本市場對生技產業陌生多不敢輕易投
入資金，後來找到日本麒麟啤酒。

19. 啤酒製程

20. 基因工程是研發，生產製造的發酵量產丟給啤酒廠?
麒麟公司成立於1907 年，藥物發展部成立於1982 年，在1984 年
與美國AMGEN策略聯盟，以KIRIN 既有之微生物發酵生產經驗，
成為Amgen 著名專利EPO（Erythropoetin，紅血球造血生長素）
之主要生產公司。
啤酒發酵
胰島素發酵

21. 啤酒廠發酵槽 諾和諾德藥廠發酵槽

22. 生活科技大解密啤酒

23. 基因轉殖技術的應用
藉由重組 DNA 將特定基因轉殖入微生物、動物或植物細胞內，使
特定基因能在基因轉殖生物體內發揮功能的技術。
利用重組 DNA 技術在細菌中加入新的基因，再加上微生物快速
增殖特性，可以大量生產昂貴藥物及疫苗。如
⚫藥物：胰島素、人類生長激素、紅血球生成素。
⚫遺傳工程疫苗：B 型肝炎疫苗。

24. 基因轉殖微生物 用於清除汙染
在目前的研究中，科學家最感興趣的是改造出可分解油汙或是環境
汙染物的細菌，以降低這些物質對於環境的危害。
基因轉殖技術的應用

25. 基因轉殖動物
⚫ 轉殖生長激素基因的大西洋鮭
魚與白老鼠，使其生長快速。
⚫ 轉殖人類的凝血因子基因的山
羊「寶鈺」，由其乳汁中純化
出凝血因子。
基因轉殖技術的應用

26. 基因轉殖植物
⚫ 增加農作物抗病、抗蟲和抗除草劑的能力。
⚫ 增加農作物的營養成分。
⚫ 提高花卉的經濟價值。
基因轉殖植物的目標 :
基因轉殖技術的應用

27. 動、植物基因轉殖的簡要流程圖

28. 動、植物基因轉殖的簡要流程圖

29. 2-4.基因轉殖技術

31. 基改鮭魚的秘密 你敢吃嗎？台灣也有基改魚
https://youtu.be/cf9eMkTtE_4

32. 2-4.基因轉殖技術⚫基因轉殖生物 =
基因改造生物
⚫ GMO =
genetically
基因
modified
修飾
organism
有機體
⚫ 基因食品=
GMO食品

33. 世界基因轉殖食品生產國（2005年）。標橙色的5個國家所生產的基因轉殖
食品占全世界的95%，標橙色斜線的國家允許基因轉殖食品在實驗室外生產，
標橙色點的國家只有實驗作物。 https://zh.wikipedia.org/wiki/基因改造食品

34. ◼ 尚未統計◼允許生產基因轉殖食品的國家 ◼ 不允許生產基因轉殖食品的國家
基改農作物分布

35. 法令鬆？檢視台灣「基改」食品嚴謹度
https://youtu.be/8WM0pP1NhCw

36. 基因改造生物的風險
基因會傳播、會複製，其影響會隨生物繁殖、遷徙（植物可透過種子傳播遷徙）而擴大，
過去用遺傳育種的方式得到優勢品系，要花很長的時間，效率也差，對環境的影響自然也
就沒那麼劇烈。但這種看準一個基因，一次到位式的勢在必得之手段，雖帶來了效率，相
對也會付出一定的代價。 http://technews.tw/2014/07/19/gm-crop/

37. https://youtu.be/TdBAHexVYzc
開創新時代的基因編修技術
CRISPR/Cas9

38. CRISPR 生物學大突破 | 台灣蘋果日報
美國知名《科學》期刊近期公布2015年10大科學突破，居首的是基
因編輯技術CRISPR。基因編輯作為一種嶄新的醫療方式，有其風險，
但同時也是能夠治療不治之症的偉大契機。

39. CRISPR基因編輯技術：演化的捷徑 | 國家地理雜誌
重建侏儸紀公園的恐龍復活教戰手冊！？ | Taiwan Bar