基因工程的应用(选修3)

该人胰岛该人胰岛A细胞中的细胞中的DNA 该人胰岛该人胰岛B细胞的细胞的mRNA该人胰岛该人胰岛A细胞的细胞的mRNA 该人肝细胞的该人肝细胞的DNA 用某人的胰岛素基因制成的用某人的胰岛素基因制成的DNA探针，检测下列物质，探针，检测下列物质，能形成杂交分子的是能形成杂交分子的是A、B、C、D、C1.3 1.3 基因工程的应用基因工程的应用一、植物基因工程硕果累累一、植物基因工程硕果累累 1996 1996年年-_-_年，短短年，短短5 5年中，全世年中，全世界转基因作物的种植面积增长了界转基因作物的种植面积增长了3030倍。倍。_ _年，全世界转基因植物种植面年，全世界转基因植物种植面积突破积突破5106hm25106hm2。四种转基因作物种植面积比例：四种转基因作物种植面积比例：大豆大豆63%63%，玉米玉米19%19%棉花棉花13%13%，油菜油菜5%5%我国转基因作物种植面积位居世界第四我国转基因作物种植面积位居世界第四抗虫抗虫转基因植物转基因植物利用转基因改良植物品质利用转基因改良植物品质抗逆抗逆转基因植物转基因植物抗病抗病转基因植物转基因植物转基因植物转基因植物抗虫棉（左）和普通棉（右）的叶子抗虫棉（左）和普通棉（右）的叶子转基因抗虫水稻（基因抗虫水稻（绿色植株）与色植株）与对照（黄色枯萎植株）照（黄色枯萎植株）1.1.抗虫抗虫转基因植物基因植物方法：方法：目的基因：目的基因：从某些生物中分离出具有从某些生物中分离出具有杀虫活性虫活性的的基因，将其基因，将其导入作物中，使其具有抗入作物中，使其具有抗虫性虫性BtBt毒蛋白基因、蛋白毒蛋白基因、蛋白酶酶抑制抑制剂剂基因、基因、淀粉淀粉酶酶抑制抑制剂剂基因、植物凝集素基基因、植物凝集素基因等因等成果：成果：转基因抗虫棉；基因抗虫棉；转基因抗虫水稻基因抗虫水稻等。等。目的目的基因基因病毒外壳蛋白基因（病毒外壳蛋白基因（CPCP基因）基因）病毒的复制病毒的复制酶酶基因基因成果：成果：抗烟草花叶病毒的抗烟草花叶病毒的转基因烟草基因烟草抗病毒的抗病毒的转转基因小麦、甜椒、番茄等。基因小麦、甜椒、番茄等。2.2.抗病抗病转基因植物基因植物抗病毒基因：抗病毒基因：几丁几丁质酶基因基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因抗真菌基因：抗真菌基因：引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和细菌菌3.3.抗逆抗逆转基因植物基因植物成果：成果：A.A.利用利用调节调节细胞渗透胞渗透压的的基因基因，提高作物，提高作物抗旱抗旱和和抗抗盐碱碱能力；能力；B.B.将将鱼的的抗抗冻蛋白蛋白基因基因转入番茄，提高入番茄，提高番茄番茄的抗的抗冻能力。能力。C.C.将将抗除草抗除草剂基因基因导入入农作物中，在作物中，在喷洒除草洒除草剂时，杀死死杂草而不草而不杀死死农作物。作物。4.4.利用利用转基因改良基因改良农作物品作物品质成果：成果：A.A.将将富含富含赖氨酸的蛋白氨酸的蛋白质的的编码基因基因导入玉米，入玉米，获得的得的转基因玉基因玉米米赖氨酸含量提高氨酸含量提高3030。B.B.将将控制番茄成熟控制番茄成熟的基因的基因带入番入番茄，茄，获得得转基因延熟番茄，基因延熟番茄，储存存期可以达期可以达2 2个月。个月。C.C.将与将与植物花青素植物花青素有关的基因有关的基因导入矮入矮牵牛中，牛中，转基因矮基因矮牵牛出牛出现颜色色变异。异。二二.动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔1.1.用于提高用于提高动物生物生长速度速度2.2.用于改善畜用于改善畜产品品品品质3.3.用用转基因基因动物生物生产药物物4.4.用用转基因基因动物做器官移植的供体物做器官移植的供体1.1.用于提高用于提高动物生物生长速度速度目的基因：目的基因：生生长激素基因激素基因例如：例如：将外源生将外源生长激素基激素基因因导入入鲤鱼体内，体内，9 9个月后个月后转转基因基因鲤鲤鱼鱼比比对对照照组组重重1.5Kg1.5Kg。转入生入生长激素基因的激素基因的鱼（上）和同（上）和同龄的的鱼肠乳糖乳糖酶基因基因例如：例如：将将肠乳糖乳糖酶基因基因导入奶牛基因入奶牛基因组，使使转基因奶牛中乳糖含量大大降低。基因奶牛中乳糖含量大大降低。2.2.用于改善畜用于改善畜产品品品品质目的基因：目的基因：(1(1）乳腺（房）生物反）乳腺（房）生物反应器：器：指以指以转基因雌性基因雌性动物物个体个体的乳腺分泌的乳腺分泌乳汁乳汁来生来生产所所需需药品。品。成果：成果：抗凝血抗凝血酶、血清白蛋白、生、血清白蛋白、生长激素、激素、抗胰蛋白抗胰蛋白酶酶3.3.用用转基因基因动物生物生产药物物药用蛋白基因用蛋白基因目的基因：目的基因：过程：程：非常学案第非常学案第1010页获取目的基因获取目的基因（药用蛋白基因）（药用蛋白基因）构建基因表达载体构建基因表达载体（药用蛋白基因药用蛋白基因与与乳腺蛋白乳腺蛋白基因启动子基因启动子等调控组件重组）等调控组件重组）显微注射显微注射（哺乳动物受精卵中（哺乳动物受精卵中）形成形成胚胎胚胎将胚胎送入将胚胎送入母体动物母体动物发育成转基因动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）体中，转入的基因才能表达）动物进入泌乳期动物进入泌乳期（分泌的乳汁中包含所（分泌的乳汁中包含所需要的药物）需要的药物）优点：点：产量高、量高、质量好、成本低、易提取量好、成本低、易提取优点：优点：学案第10页（2）膀胱反应器）膀胱反应器1、收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤、收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。害。2、可以从动物一出生就收集产物，不论动物的、可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。性别和是否正处于生殖期。3、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。高效。4.4.用用转基因基因动物做器官移植的供体物做器官移植的供体供体动物：供体动物：猪猪存在难题：存在难题：解决方法：解决方法：将供体基因将供体基因组导入某种基因入某种基因调节因子，以因子，以抑制抗原决定基因抑制抗原决定基因的表达的表达，或或设法除去抗原决定法除去抗原决定基因，基因，再再结合克隆技合克隆技术，培育，培育出没有免疫排斥反出没有免疫排斥反应的的转基因基因克隆猪器官。克隆猪器官。免疫排斥免疫排斥（T T细细胞）胞）一般一般临床上使用的胰床上使用的胰岛素主要从素主要从猪、牛等家畜猪、牛等家畜的胰腺的胰腺中提取，每中提取，每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰胰岛岛素。素。1.基因工程基因工程药品品 胰胰岛岛素素三三.基因工程药物异军突起基因工程药物异军突起l传统生生产方法的缺点方法的缺点产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。l可利用什么方法来解决上述可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造利用基因工程方法制造“工程菌工程菌”，可可高效率高效率地地生生产出各种出各种高高质量、低成本量、低成本的的药品。品。1979年，科学家将动物体内的年，科学家将动物体内的胰岛素基胰岛素基因与大肠杆菌因与大肠杆菌DNA分子重组分子重组，并在大肠，并在大肠杆菌内实现了表达。杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程年，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，售价降低了方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。胰岛素是第一个基因工程药物。胰岛素是第一个基因工程药物。干干扰扰素是素是病毒侵入病毒侵入细胞后胞后产生生的一种的一种糖蛋白糖蛋白。几乎。几乎能能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感染感染，是一种，是一种抗病毒的特效抗病毒的特效药。此外此外对治治疗某些某些癌症和白血病癌症和白血病也有一定也有一定疗效。效。传统传统的干的干扰扰素生素生产产方法是从人血液中的方法是从人血液中的白白细胞内提胞内提取取，每，每300L血液只能提取出血液只能提取出1mg干干扰扰素。素。19801982年，科学家用基因工程方法在年，科学家用基因工程方法在大大肠杆菌杆菌及酵母菌及酵母菌细胞内胞内获得了干得了干扰素素，是，是传统的生的生产量的量的12万万倍。倍。1987年上述干年上述干扰扰素大量投放市素大量投放市场场。2.基因工程基因工程药品品 干干扰扰素素 治治疗侏儒症侏儒症的的唯一方法唯一方法，是注射生，是注射生长激素。而生激素。而生长激素的激素的获得很困得很困难。以前，要。以前，要获得生得生长激素需解剖尸体，激素需解剖尸体，从大从大脑的底部的底部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生，并从中提取生长激素。激素。现现利用基因工程方法，将人的利用基因工程方法，将人的生生长激素基因激素基因导入大入大肠杆菌杆菌中，使其生中，使其生产生生长激素。激素。人人们们从从 450 L大大肠肠杆菌培养液中提取的生杆菌培养液中提取的生长长激素，激素，相当于相当于6万具尸体的全部万具尸体的全部产产量。量。3.基因工程基因工程药品品 生生长长激素激素目前目前我国我国生生产的基因工程的基因工程药物有物有白白细胞介素胞介素2、干干扰扰素、乙肝疫苗等。素、乙肝疫苗等。四四.基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照基因治基因治疗是把是把正常基因正常基因导入病人体内，使入病人体内，使该基因的表达基因的表达产物物发挥功能，从而达到治功能，从而达到治疗疾疾病的目的。病的目的。这是治是治疗遗传病病的最有效的手段。的最有效的手段。基因治基因治疗：1.1.体外基因治体外基因治疗例如：例如：复合型免疫缺陷症的体外治复合型免疫缺陷症的体外治疗直接直接原因：原因：缺乏缺乏腺苷酸脱氨腺苷酸脱氨酶（ADAADA）根本根本原因：原因：腺苷酸脱氨腺苷酸脱氨酶（ADAADA）基因）基因缺失缺失方方 法法：将将ADAADA基因基因转转入患者的淋巴入患者的淋巴细细胞胞2.2.体内基因治体内基因治疗：例如：例如：直接向人体直接向人体细胞中胞中转移基因移基因囊性囊性纤维病病治疗治疗利用修饰的利用修饰的腺病毒腺病毒作为载体，将治疗囊性纤维作为载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部组织中。病的正常基因转入患者的肺部组织中。？载体体治治疗疗基因基因受体受体细胞胞重重组受体受体细胞胞患者患者体内体内导入入形成形成体外培养体外培养后后导入入直接直接导入入体体外外基因治基因治疗体体内内基因治基因治疗243.3.基因治疗的发展现状：基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段处于初期的临床试验阶段4.4.用于基因治疗的基因种类：用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因正常基因、反义基因和自杀基因五五.基因芯片基因芯片 基因芯片是特定序列的基因芯片是特定序列的DNADNA片段（基因探针）片段（基因探针）从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断诊断新新技术。技术。1.基因芯片的用途基因芯片的用途?2.基因芯片在临床诊断方面表现出的独特优势是什么？基因芯片在临床诊断方面表现出的独特优势是什么？讨论：讨论：CFTR基因缺失基因缺失3个个碱基碱基对CFTR蛋白缺少一个苯丙氨酸，蛋白缺少一个苯丙氨酸，导致致CFTR蛋白蛋白结构构异常异常CFTR蛋白蛋白转运运氯离子的功能异常离子的功能异常患者支气管内黏液增多患者支气管内黏液增多黏液清除困黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染菌繁殖，肺部感染囊性囊性纤维病病病因病因