基因工程成果与发展前景

基因工程简介基因工程简介第三章第三章 第四节第四节二二 基因工程的成果基因工程的成果三三与发展前景与发展前景主要内容主要内容1）基因工程与）基因工程与医药卫生医药卫生2）基因工程与）基因工程与农牧业农牧业、食品工业食品工业3）基因工程与）基因工程与环境保护环境保护（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生1）生产基因）生产基因药品药品2）基因诊断基因诊断与与基因治疗基因治疗基因工程在医药卫生领域的应用基因工程在医药卫生领域的应用在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？干扰素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的药品直接从生物的组织组织、细胞细胞或或血液血液中提取。中提取。（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格十分十分昂贵昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效率高效率地生产出各种地生产出各种高质量高质量、低成本低成本的药品。的药品。（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生 胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临。一般临床上使用的胰岛素主要从床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰猪、牛等家畜的胰腺腺中提取，每中提取，每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰岛胰岛素。用该方法生产的胰岛素素。用该方法生产的胰岛素产量低产量低，价格昂价格昂贵贵，远不能满足社会需要远不能满足社会需要。1979年，科学家年，科学家将动物体内的将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌胰岛素基因与大肠杆菌DNA分分子重组子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的一种的一种糖糖蛋白蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感感染染，是一种，是一种抗病毒抗病毒的的特效药特效药。此外干扰素对。此外干扰素对治疗治疗某些某些癌症癌症和和白血病白血病也有一定疗效。也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取白细胞内提取，每，每300L血液只能提取出血液只能提取出1mg干扰素。干扰素。19801982年，科学家用基因工程年，科学家用基因工程方法在方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素素，是传统的生产量的，是传统的生产量的12万倍。万倍。1987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激生长激素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？是指把人或哺乳动物的某种是指把人或哺乳动物的某种基因导入基因导入到到哺乳动物哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪)的的受精卵受精卵里，里，目的基因若与受精卵染色体目的基因若与受精卵染色体DNA整合整合，细胞，细胞分裂时，该基因随染色体的分裂时，该基因随染色体的倍增倍增而倍增，使而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表性状得以表达达，并，并稳定地遗传稳定地遗传给后代，从而给后代，从而获得基因产获得基因产品品。这样一种新的个体，称为。这样一种新的个体，称为转基因动物转基因动物。什么叫转基因动物？什么叫转基因动物？（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入乳汁不进入体内循环体内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生理生理代谢反应代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量高产量高，易提纯易提纯，表达的，表达的蛋白质已经过充分的修饰加蛋白质已经过充分的修饰加工工，具有，具有稳定的生物活性稳定的生物活性。3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产获得目的基因的产物的同时，物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？所呢？（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生基因诊断：基因诊断：也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即，即在在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。的疾病进行诊断。探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素(如如3232P)P)、荧、荧光分子光分子等标记的等标记的DNADNA分子；分子；原原 理：利用理：利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理；（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生基因探针：基因探针：基因探针就是一段与目的基因或基因探针就是一段与目的基因或DNADNA互补的互补的特异核苷酸序列特异核苷酸序列。它包括整个基因，。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是或基因的一部分；可以是DNADNA本身，也可以本身，也可以是由之转录而来的是由之转录而来的RNARNA。（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生DNA分子杂交原理：分子杂交原理：DNA DNA分子杂交是基因诊断最基本的方分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：法之一。其基本原理是：互补的互补的DNADNA单链单链能能够在一定条件下够在一定条件下结合成双链结合成双链，即能够进行杂，即能够进行杂交。这种结合是交。这种结合是特异特异的，即严格按照碱基互的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段补配对进行。因此，当用一段已知基因的核已知基因的核苷酸序列作为探针苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。基因中含有已知的基因序列。（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫镰刀状细胞贫血症血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿苯丙酮尿症症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的的DNADNA探针探针 白血病白血病举例举例（一）基因工程与医药卫生（一）基因工程与医药卫生基因治疗：基因治疗：是指是把是指是把健康的外源基因导入有基因健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。患半乳糖血症的患者，由于细胞内半患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶乳糖苷转移酶基因缺陷基因缺陷而缺少半乳糖苷转移而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。脑等功能受损。1971 1971年，美国科学家在体外做了试验，年，美国科学家在体外做了试验，用用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。方法治疗这种遗传病是可能的。（二）基因工程与农牧业（二）基因工程与农牧业基因工程在农业上的应用：基因工程在农业上的应用：1）高产高产、稳产稳产和具和具优良品质优良品质的品种的品种 用基因工程的方法可以改善粮食作物的用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如蛋白质含量。如“向日葵豆向日葵豆”植株。植株。2）抗逆性抗逆性品种品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。基因抗虫棉。（二）基因工程与农牧业（二）基因工程与农牧业 繁殖具有繁殖具有抗病能力抗病能力、高产仔率高产仔率、高产奶高产奶率率和和高质量的皮毛高质量的皮毛等优良品质的等优良品质的转基因动物转基因动物。该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过感染感染或或显微注显微注射技术射技术将重组将重组DNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？将人的将人的生长激素生长激素基因基因和牛的生长素基和牛的生长素基因分别注射到小白鼠因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的受精卵中，得到的“超级小鼠超级小鼠”。（二）基因工程与农牧业（二）基因工程与农牧业 用口径为用口径为1m的的DNA注射器注射器，将大量的目的基，将大量的目的基因片段注入到因片段注入到受精卵的核受精卵的核内，然后把经过注射的受内，然后把经过注射的受精卵精卵移植移植到另一只雌性动到另一只雌性动物的物的子宫子宫内，使内，使受精卵发受精卵发育育为转基因动物。为转基因动物。什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？（二）基因工程与食品业（二）基因工程与食品业基因工程为人类开辟基因工程为人类开辟新的食物来源新的食物来源。1）鸡蛋白基因鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的要的卵清蛋白卵清蛋白。2）用基因工程的方法）用基因工程的方法从微生物中获得从微生物中获得人们所需要的人们所需要的糖类糖类、脂肪脂肪和和维生素维生素等产品。等产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程为食品工业中提供了什么前景？（三）基因工程与环境保护（三）基因工程与环境保护1）用于）用于环境监测环境监测。2）用于被污染）用于被污染环境的净化环境的净化。基因工程在环保方面有什么应用？基因工程在环保方面有什么应用？例如：用例如：用DNA探针探针可以检测可以检测饮用水中饮用水中病毒病毒的含量。此方法的特点是的含量。此方法的特点是快速快速、灵敏灵敏，1吨水中有吨水中有10个病毒也能检测出来。个病毒也能检测出来。通过基因工程方法怎样进行环境监测？通过基因工程方法怎样进行环境监测？1）用基因工程产物）用基因工程产物“超级细菌超级细菌”分解石分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌超级细菌”。2）用基因工程培养出）用基因工程培养出“吞噬吞噬”汞和降解土壤汞和降解土壤中中DDT的的细菌细菌，以及能够，以及能够净化镉污染净化镉污染的的植物植物。3）通过基因重组构建新的）通过基因重组构建新的杀虫剂杀虫剂，取代生产，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程图通过基因工程回收和利用工业废物回收和利用工业废物。通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具