基因工程与转基因生物

Chimera -客 迈 拉 希 腊 神 话 中 是一 只 有 羊 头 、狮 身 和 蛇 尾 的吐 火 怪 兽 提 丰 百 头 怪 兽（ 父 亲 ） 和 厄喀 德 那 （ 母 亲 ）杂 交 的 后 代 嵌 合 体 赋 于 物 种 的 稳 定 ， 保 证 物 种 的 延 续 不 断 。赋 于 物 种 的 进 化 ， 保 证 物 种 对 各 种 环 境 的 适 应 。在 生 物 演 变 的 长 河 中 ， 自 然 发 生 的 变 异 是 非 常缓 慢 的 ， 随 着 生 物 科 学 的 发 展 ， 人 类 开 始 学 会 干预 生 物 的 变 异 。 使 人 们 在 几 年 至几 十 年 内 便 可 实 现在 自 然 界 中 需 要 千百 万 年 才 能 出 现 的变 异 ， 从 而 改 变 了某 些 物 种 。 经 典 遗 传 学 之 父 孟 德 尔 经典杂交育种方法不可逾越的鸿沟不能跨越物种界限 基 因 工 程 的 最 大 特 点 ， 就是 以 重 组 DNA的 技 术 ， 在 短时 间 内 改 造 生 物 遗 传 性它 填 补 了 生 物 种 属 间 不 可逾 越 的 鸿 沟 ， 使 人 类 有 可 能按 照 需 要 定 向 培 育 生 物 新 品种 、 新 类 型 乃 至 创 造 自 然 界从 未 有 过 的 新 生 物 。基 因 工 程 正 以 新 的 势 头 迅猛 发 展 ， 成 为 当 今 生 物 科 学研 究 领 域 中 最 有 生 命 力 、 最引 人 注 目 也 最 广 泛 引 起 争 议的 前 沿 科 学 之 一 。 博 耶 （ 1936- ） 科 恩 （ 1935 -） 美 国 科 学 家 科 恩 和博 耶 合 作 ， 于 1973年 把 外 源 DNA插 入细 菌 质 粒 ， 得 到 了功 能 性 表 达 ， 为 重组 DNA技 术 的 迅 速发 展 打 下 了 良 好 的基 础 。 他 们 二 人 被称 为 “ 基 因 工 程 ”的 奠 基 人 。 依 据 预 先 设 计 的 蓝 图 ， 用 人 工 方 法 将 某 种 生物 的 基 因 ， 接 合 到 另 一 种 生 物 的 基 因 组 DNA中 并使 其 表 达 ， 使 后 者 获 得 新 的 遗 传 性 状 ， 产 生 出 人类 所 需 要 的 产 物 ， 或 创 造 出 新 的 生 物 类 型 的 现 代生 物 技 术 。 抗 虫 棉普 通 棉 长 期 以 来 治 疗 糖 尿 病 的 特 效 药 胰 岛 素 从 猪 、 牛 等 动 物 的 胰 腺 中 提 取 ，100Kg胰 腺 只 能 提 取 4-5g的 胰 岛 素 ， 治疗 一 位 糖 尿 病 患 者 ， 每 年 所 需 的 胰 岛 素用 量 ， 需 要 40头 牛 或 50头 猪 的 胰 脏 。能 否 让 大 肠 杆 菌 生 产 胰 岛 素 ？胰 岛 素 分 子 1978 92000L 100g1 1980 基 因 工 程 胰 岛 素 甲 生 物乙 生 物 的DNA中取 基 因 “拼 接 ” 新 类 型表 达 新 的 生 物 产 品 转基因技术 转 基 因 技 术 需要 哪 些 工 具 ？ 我 国 具 有 自 主 知 识 产 权 的 抗 虫 棉 的 培 育 程 序 ：将 重 组 DNA导 入 选 育 棉 花 细 胞 内使 抗 虫 基 因 在 该 棉 花 细 胞 中 表 达 从 具 有 抗 虫 性 状 的 细 菌DNA分 子 中 获 取 抗 虫 基 因将 抗 虫 基 因 与 运 载 体 拼 接 成 为 重 组 DNA 需 要 三 种 工 具 ： 切 割 DNA 连 接 DNA和 运 载 体 运 载 体 1、 化 学 剪 刀 限 制 性 核 酸 内 切 酶 简 称 “ 限 制 酶 ” 。粘 性 末 端 酶 的 作 用 有哪 些 特 点 ？资 料 ：一 种 限 制 酶 只 能 识 别 一 种特 定 的 脱 氧 核 苷 酸 序 列 ，专 一 性 强 ， 并 在 特 定 的 切割 点 上 将 DNA 分 子 切 断 。目 前 已 发 现 的 限 制 酶 有200多 种 。 重 播 2、 基 因 的 化 学 浆 糊 DNA连 接 酶 连 接 酶 的 作 用 是 ： 将 互 补 配 对 的 两 个 黏 性末 端 连 接 起 来 ， 使 之 成 为 一 个 完 整 的 DNA分 子 。目 的 基 因 1970年 ， 内 森 斯 和 史 密 斯 发 现 限 制 性 核 酸 内 切 酶 ，因 而 获 得 1978年 诺 贝 尔 生 理 学 及 医 学 奖 。史 密 斯 （ 1931 - ） 内 森 斯 （ 1928 - ） A A T T C G T-G C A-G T C T T A A-C A G A A T T C T C-G A G-T C C T T A A-A G GA A T T C G T-G C A-G T C T T A A-C A G-T C C T T A AA A T T C T C-G A G-A G G 运 载 体 必 须 同 时 满 足 三 个 要 求 ： 能 与 目的 基 因 结 合 ； 能 进 入 受 体 生 物 细 胞 并 在受 体 生 物 细 胞 内 复 制 并 表 达 ； 比 较 容 易得 到 。3、 基 因 的 运 输 工 具 运 载 体运 载 体 必 须 具备 哪 些 条 件 ？ 3、 基 因 的 运 输 工 具 运 载 体 常 用 的 运 载 体 :质 粒 质 粒 ： 是 细 菌 中 独 立 于 拟 核 DNA之 外 ，能 自 主 复 制 的 双 链 闭 环 的 DNA分 子 。 概 念 ： 独 立 于 细 菌 拟 核 DNA外的 ， 能 自 主 复 制 的 双 链 闭 环 的DNA分 子 。 质 粒 DNA分 子 上 含 有 特 殊 的遗 传 标 记 基 因 ， 如 ： 抗 四 环 素 抗 性 基 因 抗 青 霉 素 抗 性 基 因 在 宿 主 细 胞 内 可 以 独 立 复 制 ， 也 可 以 组 合 到 宿 主 细 胞 的DNA分 子 中 限 制 酶 剪 开 与 切 目 的 基 因的 限 制 酶 是 否为 同 一 种 ？质 粒 保 留 部 分 质 粒 切 除 部 分 请 根 据 你 的 理 想 ， 自 己 设 计 获 取 该 生 物 的基 因 工 程 步 骤 。 你 目 前 最 想 获得 什 么 样 的 生物 ？ 、 获 取 目 的 基 因 ： 目 的 基 因 ： 人 胰 岛 素 基 因 获 取 方 法 ： 直 接 分 离 法 人 工 合 成 法 目 的 基 因 是 人 们 为 了 得 到 其 表 达 产 物 而 把 它 转 入 到 新 的 生 物 体 中 去 的 基 因 从 生 物 体细 胞 中 分 离通 过 化 学 方法 人 工 合 成 获 得 目 的基 因 的 方 法 步 骤 基 因 定 位 （ 确 定 目 的基 因 在 DNA上 的 位 子 ） 用 限 制 酶 从DNA分 子 中 切 取 mRNA DNA方 法 逆 转 录 酶 2、 目 的 基 因 与 运 载 体 重 组 人 的 胰 岛 素 基 因 与 质 粒 重 组 3、 重 组 DNA分 子 导 入 受 体 细 胞 受 体 细 胞 ： 大 肠 杆 菌 植 物 细 胞 、 动 物 细 胞 、 微 生 物 细 胞 4、 筛 选 含 目 的 基 因 的 受 体 细 胞 ： 目 的 基 因 的 检 测 和 表 达无 表 达 产 物 无 表 达 产 物 有 表 达 产 物 无 表 达 产 物 细 菌 的 检 测 ， 将 每 个 受 体 细 胞 单 独 培 养 形 成 菌 落 ，检 测 菌 落 中 是 否 有 目 的 基 因 的 表 达 产 物 。 淘 汰 无 表 达 产物 的 菌 落 ， 保 留 有 表 达 产 物 的 进 一 步 培 养 、 研 究 。 筛 选 含 目 的 基 因 的 受 体 细 胞将 重 组 DNA分 子 导 入 受 体 细 胞 的 频 率 一 般 仅 在 左 右 。得 到 目 的 基 因 的 受 体 细 胞 极 少 ， 大 量 的 是 未 成 功 导 入 的 细 胞 。需 要 从 这 样 巨 大 的 细 胞 群 体 中 筛 选 出 已 获 得目 的 基 因 的 细 胞 才 能 生 产 出 人 类 所 需 要 的 基 因产 品 。 微 生 物 基 因 工 程特 点 ： 操 作 较 为 容 易 ， 研 制 周 期 比 较 短 ， 通 过 发 酵 大 量 生 产 。成 果 ： 药 用 蛋 白 质 的 规 模 化 生 产 。 如 ： 结 构 简 单繁 殖 迅 速 治 疗 ： 胰 岛 素 依 赖 性 糖 尿 病 人 胰 岛 素 急 性 胰 腺 炎 、 糖 尿 病 和 肢 端 肥 大 症 人 脑 激 素 （ 人 生 长 激 素 释 放 抑 制 因 子 ） 肺 气 肿 抗 胰 蛋 白 酶 不 排 卵 症 绒 毛 膜 促 性 腺 素 恶 性 肿 瘤 白 细 胞 介 素 溶 血 栓 组 织 型 纤 溶 酶 原 吉 活 剂 抗 肿 瘤 肿 瘤 坏 死 因 子 助 产 松 弛 素 我 国 生 产 的 部 分 基 因工 程 疫 苗 和 药 物胰 岛 素 、 生 长 激 素 、 干 扰 素 、 白 细 胞 介 素 、 乙 肝 疫 苗等 通 过 基 因 工 程 实 现 工 业 化 生 产 ， 均 为 解 除 人 类 的 病苦 ， 提 高 人 类 的 健 康 水 平 发 挥 了 重 大 的 作 用 。 基 因 工 程 做 成 的 “ 超 级 细 菌 ” 能 吞 食 和 分 解 多 种污 染 环 境 的 物 质 。 通 常 一 种 细 菌 只 能 分 解 石 油 中 的 一 种 烃 类 ， 用 基因 工 程 培 育 成 功 的 “ 超 级 细 菌 ” 却 能 分 解 石 油 中 的 多种 烃 类 化 合 物 。 有 的 还 能 吞 食 转 化 汞 、 镉 等 重 金 属 ，分 解 DDT等 毒 害 物 质 。 成 果 ： 培 育 出 抗 性 植 物 ， 如 ； 我 国 的 转 基 因 抗 虫 棉 。 全 世 界 有 近 200种 转 基 因 植 物 ， 我 国 有 抗 病 毒 烟 草 、 耐 储 存 转 基 因 番 茄 正 在 研 究 将 预 防 乙 型 肝 炎 、 龋 齿 等 疾 病 的 疫 苗 基 因 转 入 植 物 ， 来 培 育 植 物 疫 苗 ， 以 期 通 过 食 物 获 得 疫 苗 接 种 。 转 黄 瓜 抗 青 枯 病 基 因 的 甜 椒 转 鱼 抗 寒 基因 的 番 茄转 黄 瓜 抗 青 枯 病 基 因 的 马 铃 薯 不 会 引 起 过 敏 的 转 基 因 大 豆 特 点 ： 以 受 精 卵 作 为 受 体细 胞 用 显 微 注 射 的 方 法将 目 的 基 因 导 入 受 精卵 使 受 精 卵 发 育 成 转基 因 动 物 3、 动 物 基 因 工 程 ：（ 1） 获 取 具 有 优 良 性 状 的 动 物 新 品 种 。生 长 快 、 耐 不 良 环境 、 肉 质 好 的 转 基因 鱼 (中 国 ) 水 母 （ 2） 乳 腺 生 物 反 应 器 ： 从 动 物 的 乳 汁 中 获 得 人 源 性 蛋 白 质 药 物 。乳 汁 中 含 有 人 生 长 激 素 的 转基 因 牛 (阿 根 廷 ) 将 所 需 要 基 因 转 入 乳 量 高 的 牛 、 羊 等 家 畜体 内 ， 从 动 物 的 乳 汁 中 获 取 、 提 炼 珍 贵 的蛋 白 质 药 物 、 成 本 一 定 会 大 大 降 低 。 这 里 ，转 基 因 动 物 就 像 一 座 天 然 原 料 加 工 厂 ， 可以 源 源 不 断 地 提 供 人 类 所 需 要 的 宝 贵 产 品 。 转 基 因 羊 1998年 初 ， 上 海医 学 遗 传 研 究 所传 出 了 震 惊 世 界的 消 息 ： 中 国 科学 家 已 经 获 得 5只转 基 因 山 羊 。 其中 一 只 奶 山 羊 的乳 汁 中 ， 含 有 堪称 血 友 病 人 救 星的 药 物 蛋 白 有 活 性 的 人 凝 血因 子 。 （ 3） 基 因 治 疗 ：通 过 基 因 工 程 给 患 有 遗 传 病 的 人 体 内 导 入 正常 基 因 可 “ 一 次 性 ” 解 除 病 人 的 疾 苦 。 转基因食品 安全吗?! 英 国 “ 普 兹 台 事 件 ” ： 1998年 ， 英 国 罗 伊特 研 究 所 普 兹 台 教 授 说 他 的 实 验 证 明 ， 幼鼠 食 用 转 基 因 土 豆 会 使 内 脏 和 免 疫 系 统 受损 。 美 国 的 “ 斑 蝶 事 件 ” ： 1999年 美 国 康 乃 尔 大学 副 教 授 约 翰 罗 西 在 自 然 上 发 表 文 章说 ， 一 种 转 基 因 玉 米 可 产 生 杀 死 害 虫 的 花 粉 ，而 身 为 益 虫 的 一 种 美 州 大 蝴 蝶 食 用 了 这 种 转基 因 玉 米 花 粉 后 有 44 死 亡 。 1、 转 基 因 生 物 本 身 是 否 会 对 生 物 环 境 造 成 不利 的 影 响 ？A、 转 基 因 植 物 演 变 成 农 田 杂 草 的 可 能 性 。B、 诱 发 病 虫 产 生 抗 性 。 2、 转 基 因 生 物 本 身 是 否 会 对 人 类 的 健 康 造 成损 害 ? 转 基 因 食 品 可 能 会 给 人 类 身 体 健 康 带 来 某 些 损 害 。（ 1） 、 有 毒 物 质 抗 性 选 择 标 记 基 因 可 能 编 码 出 对 人 体 有 直 接 毒性 的 蛋 白 质 ， 或 者 编 码 出 的 蛋 白 质 所 具 有 的 催 化 功能 对 宿 主 的 代 谢 具 有 潜 在 毒 性 作 用 ， 并 出 现 滞 后 效应 或 长 期 效 应 。（ 2） 、 过 敏 性 转 基 因 植 物 可 能 会 表 达 出 过 敏 蛋 白 ， 可 能 会 对过 敏 体 质 的 人 产 生 过 敏 反 应 。 智 力 游 戏 请 根 据 基 因 工 程 操 作 的 基 本 步 骤 ， 将下 图 拼 接 好 。 课 究探后 课 题 ： 利 用 网 络 资 源 并 结 合 教 材 中 的 资 料 分 析 ,就 “ 转 基 因 生 物 和 转 基 因 食 品 的 安 全 性 ” 以 小 论 文的 形 式 发 表 个 人 见 解 。