《基因工程应用》讲课(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因工程的应用,专题基因工程,学习目标,1,、举例说出,植物基因工程,的成果,2,、举例说出,动物基因工程,的成果,3,、举例说出,基因工程药品,4,、概括出,基因治疗,的原理及过程,植物基因工程技术主要用于哪些方面,?,提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面,.,一,、植物基因工程硕果累累,(,一,),抗虫,转基因植物,1.,传统农业如何防治害虫,?,有哪些不足,?,2.,现在已有哪些抗虫植物问世,?,3.,抗虫基因,Bt,毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、,淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,请阅读,P18,生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,4.,抗虫棉的目的基因是什么,?,目的基因从何而来,?,（二）,抗病,转基因植物,1.,什么是病原微生物？有哪些种类？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等,2.,为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,3.,在抗病转基因植物中,使用最多,的是什么基因？,病毒外壳蛋白基因；,病毒的复制酶基因,3.,在,抗真菌,转基因植物,中,使用什么基因？,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,（三）其他,抗逆,转基因植物,1.,哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.,盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,细胞内的渗透压调节,在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,调节细胞渗透压的基因,3.,转基因,耐寒,的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？,鱼的抗冻蛋白基因,4.,抗除草剂基因有何用途？,喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物,（四）利用转基因,改良植物的品质,人体（或其它,脊椎动物）,必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称,必需氨基酸,。,必需氨基酸共有种：,赖氨酸,、,色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸,、,缬氨酸,。,如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。,另外,12,种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？,如何用转基因的方法加以改良？,将,必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因,导入植物,改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性,转基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果实成熟的基因,转基因矮牵牛的目的基因是什么？,与植物花青素代谢有关的基因,异想天开,二、,动物基因工程前景广阔,1.,动物基因工程的应用体现在,哪些方面,？,用于提高动物生长速度,用于改善畜产品的品质,用转基因动物生产药物,用于转基因动物作器官移植的供体,（一）用于提高动物生长速度,导入外源生长激素基因,（二）用于改善畜产品的品质,举例说明,将,肠,乳糖酶基因,导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,（三）用转基因的动物生产药物,设问,:,就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的,乳腺,。,（,1,）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。,（,2,）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。,（,3,）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,设问,:,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,将,药物蛋白基因,与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。,转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为,乳腺生物反应器,或乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）,构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）,显微注射导入哺乳动物,受精卵,中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,思考,:,用基因工程技术实现动物,乳腺生物反应器,的操作过程是怎样的？,（四）用转基因动物作器官移植的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造,方法：,将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因,，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,将,目的基因,导入到动物的受精卵里，目的基因若与受精卵染色体,DNA,整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使,性状得以表达,，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。,总结：什么叫,转基因动物？,基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。,该过程的重要步骤是通过,感染或显微注射技术,将重组,DNA,转移到动物受精卵中。,1.,在传统的药品生产中，某些药品如,胰岛素,、,干扰素,等直接从生物体的哪些结构中提取？,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.,传统生产方法的缺点,:,由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。,三、基因工程药品异军突起,3.,可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造转基因的,工程菌,，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,工程菌,:,用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素,2,、干扰素）、抗体、疫苗、激素等,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，,100,Kg,胰腺只能提取,4-5,g,的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每,2000,L,培养液就能产生,100,g,胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药品,胰岛素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。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，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。,现可利用基因工程方法，,将人的生长激素基因导入大肠杆菌中,，使其生产生长激素。人们从,450 L,大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于,6,万具尸体的全部产量。,基因工程药品,生长激素,干扰素是一种,糖蛋白,，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素是从人的白细胞内提取，每,300L,血液只能提取出,1mg,干扰素。,1980,1982,年，科学家,用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素,，,是传统的生产量的,12,万倍。,基因工程药品,干扰素,其它基因工程药物,人造血液、,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,。,人造血液及其生产,1,、基因治疗概念：,四,、基因治疗曙光初照,把,正常基因,导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到,治疗疾病,的目的，是治疗,遗传病,的最有效的手段。,（把特定的,外源基因导入有基因缺陷的细胞,中，从而达到治疗疾病的目的）,2,、实例：,将,腺苷酸脱氨酶基因,转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,(1),对严重复合型免疫缺陷症的治疗,复合型免疫缺陷症,这个,4,岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产,ADA,，,先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。,基因治疗,方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。,从患者体内分离出淋巴细胞进行培养；,用限制酶从正常人体细胞中获取,腺苷酸脱氨酶基因,，插入质粒构建基因表达载体；,用显微注射法将重组质粒导入淋巴细胞；,检测筛选出成功转化的淋巴细胞，转入患者,体内；,一段时间内，检测患者体内是否产生腺苷酸,脱氨酶。,3,、基因治疗的类型,体外基因治疗,：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在,体外完成基因转移,，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,体内基因治疗,：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）,4,、基因治疗的发展现状：,处于初期的临床试验阶段,DNA,分子杂交,是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为,探针,，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,知识回顾：基因诊断,1,、下列不属于需用基因工程方法生产药物的是（,）,A,胰岛素,B,生长激素,C,维生素,D,凝血因子,2,、人的糖蛋白必须经过内质网和高尔机体加工合成。通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因 得以表达的受体细胞是（）,A,大肠杆菌,B,酵母菌,C,、,T,4,噬菌体,D,质粒,C,B,练习,IMN,练习,3.,继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物,发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家,培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合,成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：,1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，,常用方法是,_。,显微注射,IMN,练习,3）通常采用,_,技术检测外源基因,是否插入了小鼠的基因组,DNA,分子杂交,4,）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在,小鼠的,_,细胞中特异表达。,膀胱上皮,2,）进行基因转移是，通常要将外源基因转到,_,中，原因是：,受精卵,IMN,练习,4.,上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白,蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高,基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的,药物蛋白含量提高,30,多倍，,转基因动物,是指,A.,提供基因的动物,B.,基因组中增加外源基因的动物,C.,能产生白蛋白的动物,D.,能表达基因信息的动物,B,