胚胎干细胞同源重组（胚胎干细胞的建系）

在这篇文章中，我们将介绍一些例子，帮助你更好地理解胚胎干细胞同源重组和胚胎干细胞的建系之间的关系。

同源重组的基因敲除

基因敲除（geneknockout），是指对一个结构已知但功能未知的基因，从分子水平上设计实验，将该基因去除，或用其它顺序相近基因取代，然后从整体观察实验动物，推测相应基因的功能。这与早期生理学研究中常用的切除部分-观察整体-推测功能的三部曲思想相似。

基因敲除除可中止某一基因的表达外，还包括引入新基因及引入定点突变。既可以是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。 基因敲除是80年代后半期应用DNA同源重组原理发展起来的一门新技术。80年代初，胚胎干细胞（ES细胞）分离和体外培养的成功奠定了基因敲除的技术基础。1985年，首次证实的哺乳动物细胞中同源重组的存在奠定了基因敲除的理论基础。到1987年，Thompsson首次建立了完整的ES细胞基因敲除的小鼠模型。此后的几年中，基因敲除技术得到了进一步的发展和完善。

基因敲除的技术路线如下：

（1）构建重组基因载体﹔

（2）用电穿孔、显微注射等方法把重组DNA转入受体细胞核内﹔

（3）用选择培养基筛选已击中的细胞﹔

（4）将击中细胞转入胚胎使其生长成为转基因动物，对转基因动物进行形态观察及分子生物学检测。

基因敲除的靶细胞目前最常用的是小鼠ES细胞。基因敲除的技术路线虽不复杂，但由于高等真核细胞内外源DNA与靶细胞DNA序列自然发生同源重组的机率非常低，约为百万分之一，要把基因敲除成功的细胞筛选出来是一件非常困难的工作。因此，同源重组的筛选和检测就成了基因敲除技术所要解决的关键问题。目前已有多种筛选方法，其中1988年犹它大学的Capecchi教授的研究组发展的正负双向选择系统适用范围宽且效率较高。

外源基因进入细胞后，会和细胞基因组，发生同源重组吗！

是可以的，如果知道该段基因结构的话，构建重组基因载体，导入受体细胞是会发生同源重组的。已经成熟运用的生物学技术有基因敲除等，不过重组率很低。

胚胎干细胞的应用前景 都有哪些

1999年12月，Science杂志公布了当今世界科学发展的评定结果，干细胞的研究成果名列十大科学进展榜首。胚胎干细胞研究的科学价值在于其诱人的应用前景。如果最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖，将对胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响，使之有可能在以下领域发挥重要作用。

1．揭示人及动物的发育机制及影响因素

生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究，可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件，使人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题，促进对人胚胎发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性，可以一种伦理上可接受的方式，提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题，因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。

2. 药学研究方面

胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型，又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统，可模拟体内细胞与组织间复杂的相互作用，这在药物研究领域具有广泛的用途。胚胎干细胞有望在短期内就能体现的优势在于药物筛选中。目前用于药物筛选的细胞都来源于动物或癌细胞这样非正常的人体细胞，而胚胎干细胞可以经体外定向诱导，为人类提供各种组织类型的人体细胞，这使得更多类型的细胞实验成为可能。虽不会完全取代在整个动物和人体上的实验，但会使药品研制的过程更为有效。当细胞系实验表明药品是安全的且效果良好，才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验。

在候选药物对各种细胞的药理作用和毒性试验中，胚胎干细胞提供了对新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物检测所需动物的数量，降低了成本。另外，由于胚胎干细胞类似于早期胚胎的细胞，它们有可能用来揭示哪些药物干扰胎儿发育和引起出生缺陷。人胚胎干细胞还可以用于其它用途。由于这类细胞本质上可以无限量地产生人体细胞，它们对于旨在发现稀有人蛋白的研究计划理应有用。国际上许多制药公司、学者都瞄准了这一重要的研究领域。

3. 细胞替代治疗和基因治疗的载体

胚胎干细胞最诱人的前景和用途是生产组织和细胞，用于“细胞疗法”，为细胞移植提供无免疫原性的材料。任何涉及丧失正常细胞的疾病，都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗。如用神经细胞治疗神经退行性疾病(帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病等)，用胰岛细胞治疗糖尿病，用心肌细胞修复坏死的心肌等。

胚胎干细胞还是基因治疗最理想的靶细胞。这里的基因治疗是指用遗传改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内，达到控制和治愈疾病的目的。这种遗传改造包括纠正病人体内存在的基因突变，或使所需基因信息传递到某些特定类型细胞。

当然，干细胞技术的最理想阶段是希望在体外进行“器官克隆”以供病人移植。如果这一设想能够实现，将是人类医学中一项划时代的成就，它将使器官培养工业化，解决供体器官来源不足的问题；使器官供应专一化，提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现问题，可像更换损坏的零件一样随意更换和修理。

什么是同源重组？

同源重组（Homologous Recombination) 是指发生在非 姐妹染色单体 （non-sister chromatid) 之间或同一 染色体 上含有同源 序列 的 DNA 分子之间或分子之内的重新组合。同源重组需要一系列的蛋白质催化，如 原核生物 细胞内的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等；以及 真核生物 细胞内的Rad51、Mre11-Rad50等等。同源重组反应通常根据交叉分子或Holliday结构（Holliday Juncture Structure) 的形成和拆分分为三个阶段，即前 联会 体阶段、联会体形成和Holliday 结构的拆分。

同源重组反应严格依赖 DNA分子 之间的 同源性 ，100%重组的DNA分子之间的重组常见于非 姐妹染色体 之间的同源重组，称为Homologous Recombination，而小于100%同源性的DNA分子之间或分子之内的重组，则被称为Hemologus Recombination。后者可被负责碱基错配对的蛋白如 原核细胞 内的MutS 或 真核生物 细胞内的MSH2-3等蛋白质“编辑”。

同源重组可以双向交换DNA分子，也可以单向转移DNA分子，后者又被称为 基因转换 （Gene Conversion)。由于同源重组严格依赖分子之间的同源性，因此，原核生物的同源重组通常发生在DNA复制过程中，而真核生物的同源重组则常见于 细胞周期 的S期之后。

基因敲除 （geneknockout），是指对一个结构已知但功能未知的 基因 ，从分子水平上设计实验，将该基因去除，或用其它顺序相近基因取代，然后从整体观察实验动物，推测相应基因的功能。这与早期生理学研究中常用的切除部分-观察整体-推测功能的三部曲思想相似。

基因敲除可中止某一基因的表达外，还包括引入新基因及引入 定点突变 。既可以是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。

基因敲除是80年代后半期应用DNA同源重组原理发展起来的一门新技术。80年代初， 胚胎干细胞 （ES细胞）分离和 体外培养 的成功奠定了基因敲除的技术基础。1985年，首次证实的 哺乳动物细胞 中同源重组的存在奠定了基因敲除的理论基础。到1987年，Thompsson首次建立了完整的ES细胞基因敲除的小鼠模型。此后的几年中， 基因敲除技术 得到了进一步的发展和完善。

基因敲除的技术路线如下：

（1）构建重组 基因载体 ﹔

（2）用电穿孔、 显微注射 等方法把重组DNA转入受体细胞核内﹔

（3）用 选择培养基 筛选已击中的细胞﹔

（4）将击中细胞转入胚胎使其生长成为 转基因动物 ，对转基因动物进行形态观察及分子生物学检测。

基因敲除的靶细胞目前最常用的是 小鼠ES细胞 。基因敲除的技术路线虽不复杂，但由于高等 真核细胞 内外源DNA与靶细胞DNA序列 自然发生 同源重组的机率非常低，约为百万分之一，要把基因敲除成功的细胞筛选出来是一件非常困难的工作。因此，同源重组的筛选和检测就成了基因敲除技术所要解决的关键问题。目前已有多种筛选方法，其中1988年犹它大学的Capecchi教授的研究组发展的"正负双向选择系统"适用范围宽且效率较高。

同源重组(homologous recombination)是将外源 基因定位 导入 受体细胞 染色体上的方法，因为在该座位有与导入基因同源的序列，通过单一或双交换，新基因片段可替换有缺陷的基因片段，达到修正缺陷基因的目的。 位点特异性重组 是发生在两条DNA链特异位点上的重组，重组的发生需一段同源序列即特异性位点(又称附着点；attachmentsite，att)和位点特异性的蛋白因子即 重组酶 参与催化。重组酶仅能催化特异性位点间的重组，因而重组具有特异性和高度 保守性 。

根据氨基酸序列相似性和催化机制的差异，位点特异性重组酶主要分为两大家族，即 整合酶 系和 解离酶 /转化酶系，这两个家族相隔很远。整合酶家族催化重组的机制是进行酪氨酸介导的链交换，该家族包含有Cre/loxP、FLP/FRT等已经研究得比较清楚并广泛应用的重组酶系统。解离酶/转化酶家族催化机制是由 丝氨酸 介导的，当酶和DNA之间形成含磷的丝氨酸连接时，连接处DNA的4条链发生协调的交错断裂，然后重新结合，完成同源重组。该家族成员包括来自于链霉菌 噬菌体 的φC31 整合酶 、lactococcal噬菌体的TP901—1整合酶、 放线菌噬菌体 的R4整合酶等。中C31整合酶(φC31—int)能够有效介导噬菌体基因组中attP位点与细菌宿主染色体上attB位点间的重组反应，将 外源基因 整合到基因组中，使转基因的持续、高效表达，为 非病毒载体 转移系统在遗传病基因治疗的应用开辟了新的途径。

胚胎干细胞的特点是

具有非特异性，它不具有特异的组织特征，不能行使特异的组织功能，例如胚胎干细胞不能像红细胞那样携带氧气，能够进行长期的增殖和自我更新。

具有发育的全能性，可以参加整个生物体的发育，构成人体的各种组织器官。受精卵便是一个最初始的全能干细胞。具有分化能力，能够分化为多种特异的细胞，它能够分化为心肌细胞、造血细胞以及神经细胞等。

扩展资料：

用胚胎干细胞生产转基因动物，可打破物种的界限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗传变异程度，可以进行定向变异和育种。利用同源重组技术对ES细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰性动物，有可能创造新的物种。

利用胚胎干细胞技术，可在细胞水平上对胚胎进行早期选择，这样可以提高选样的准确性，缩短育种时间。

参考资料来源：百度百科-胚胎干细胞

同源敲除突变体的构建方法

利用同源重组构建基因敲除动物模型(Animal Models)的基本步骤(图1): ①. 基因载体的构建:把目的基因和与细胞内靶基因特异片段同源的DNA 分子都重组到带有标记基因(如neo 基因,TK 基因等)的载体上,成为重组载体。 基因敲除是为了使某一基因失去其生理功能,所以一般设计为替换型载体。 ②. ES 细胞的获得:现在基因敲除一般采用是胚胎干细胞,最常用的是鼠,而兔,猪,鸡等的胚胎干细胞也有使用。 常用的鼠的种系是129及其杂合体,因为这类小鼠具有自发突变形成畸胎瘤和畸胎肉瘤的倾向,是基因敲除的理想实验动物。 而其他遗传背景的胚胎干细胞系也逐渐被发展应用。 ③. 同源重组:将重组载体通过一定的方式(电穿孔法或显微注射)导入同源的胚胎干细胞(ES cell)中,使外源DNA 与胚胎干细胞基因组中相应部分发生同源重组,将重组载体中的DNA 序列整合到内源基因组中,从而得以表达。 一般地,显微注射命中率较高,但技术难度较大,电穿孔命中率比显微注射低,但便于使用。 ④. 选择筛选已击中的细胞:由于基因转移的同源重组自然发生率极低,动物的重组概率为10-2 ～10-5 ,植物的概率为10-4 ～10-5 。 因此如何从众多细胞中筛出真正发生了同源重组的胚胎干细胞非常重要。 目前常用的方法是正负筛选法(PNS法),标记基因的特异位点表达法以及PCR 法。 其中应用最多的是PNS法。 ⑤. 表型研究:通过观察嵌和体小鼠的生物学形状的变化进而了解目的基因变化前后对小鼠的生物学形状的改变,达到研究目的基因的目的。 ⑥. 得到纯合体:由于同源重组常常发生在一对染色体上中一条染色体中,所以如果要得到稳定遗传的纯合体基因敲除模型,需要进行至少两代遗传。

关于胚胎干细胞同源重组和胚胎干细胞的建系的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。