基因工程的应用

基因工程的应用,转基因生物与目的基因的关系,转基因生物,（成果）,目的基因,（外源基因）,目的基因从何来,抗虫棉,抗盐碱和干旱,作物,耐寒的番茄,抗除草剂大豆,颜色变异的,矮牵牛,Bt,毒蛋白基因,苏云金芽孢杆菌,调节细胞渗透压的基因,抗冻蛋白基因,抗除草剂基因,鱼,含此抗性基因的植物,含此抗性基因的植物,花青素代谢有关基因,含有此基因的植物,转基因生物,（成果）,目的基因,（外源基因）,目的基因从何来,延熟番茄,赖氨酸转基因玉米,转基因鲤鱼,降低乳糖的奶牛,生产药物的转基因动物,生产药物的工程菌,控制番茄成熟的基因,富含赖氨酸蛋白质的编码基因,生长激素基因,动物,肠乳糖酶基因,抗凝血酶基因,血清蛋白基因,胰岛素基因,干扰素基因,人,人,含有此基因的植物,含有此基因的植物,人,一,、植物基因工程硕果累累,1,、提高农作物的抗逆性,2,、改良农作物的品质,3,、利用植物生产药物,1.,抗虫转基因植物,大量使用化学农药的危害：,1,、环境污染,2,、增加生产成本,3,、效果越来越差,生物防治,基因工程防治,抗虫基因种类：,Bt,蛋白基因,蛋白酶抑制剂基因,淀粉酶抑制基因,植物凝集素基因,P18,生物技术资料卡,1.,抗虫转基因植物,2.,抗病转基因植物,病原微生物：引起植物生病的微生物,种类：主要有病毒、真菌和细菌等,抗病基因种类：,抗病毒：病毒外壳蛋白（,CP,）基因,病毒的复制酶基因,抗真菌：几丁质酶基因,抗毒素合成基因,3.,其他抗逆转基因植物,地产、减产常见因素：,盐碱、干旱、低温、涝害等不利环境条件,盐碱和干旱的危害：,与细胞内渗透压调节有关,抗寒植物：,鱼的抗冻基因,抗除草剂植物：,抗除草剂基因,我国在抗逆基因的分离、克隆和转化等方面的研究已取得一定进展，克隆了,耐盐碱相关基因,，通过遗传转化已获得了耐,1,NaCl,的苜蓿，耐,0.8,NaCl,的草莓，耐,2,NaCl,的烟草。,抗逆基因工程作物已进入田间试验阶段。我国科学家刘岩等获得了耐盐性明显提高的,转基因玉米,植株。我国科学家张荃等获得了耐盐性提高的,转基因番茄。,4.,利用转基因改良植物的品质,1,、改变蛋白质序列（直接）,2,、改变相关酶活性（简介）,玫瑰花没有产生蓝色色素的基因,无法生长蓝色花瓣。虽然玫瑰有,5000,多年的人工栽培历史,迄今已培育出,2500,多个品种,但始终没有,蓝玫瑰,的身影。,日本三得利公司耗资,30,亿日元培育成蓝玫瑰。他们从,蓝三叶草,中提取,蓝色素基因,将蓝花基因植入玫瑰花,培植出蓝玫瑰。这株玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色,纯度接近,100%,。,二,、动物基因工程前景广阔,动物品种改良,建立生物反应器,器官移植,二,、动物基因工程前景广阔,1.,用于提高动物生长速度,导入外源生长激素基因,2.,用于改善畜产品的品质,3.,用转基因的动物生产药物,乳腺生物反应器,牛奶,不适症,:,改善方法,:,缺乏乳糖酶,原因,:,将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组，,消化不良、过敏、腹泻、恶心,获取目的基因,（例如血清蛋白基因）,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（,只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达,）,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,遗传,。,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,产量高、质量好、成本低、易提取,4.,用转基因的动物作器官移植的供体,供体动物：,存在的难题：,解决方法：,向器官供体（如：猪）基因组导入某种基因调节因子，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器官。,猪,免疫排斥,利用,基因工程,方法制造“,工程菌,”，可,高效率,地生产出各种,高质量,、,低成本,的药品。,三,.,基因工程药品异军突起,我国已生产的产品,白细胞介素,-2,、,干扰素、,乙肝疫苗等,近,20,种，年产值达,30,亿,工程菌：,用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系,。,作用：胰岛素是,治疗糖尿病,的,特效药,。,传统生产方法：主要从,猪、牛等家畜的胰腺,中提取，每,100kg,胰腺只能提取,45g,胰岛素。,产量低,，,价格昂贵,。,基因工程方法：,1979,年，科学家将动物体内的,胰岛素基因与大肠杆菌,DNA,分子重组,，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的胰岛素投入市场，售价降低了,30%50%,。,基因工程药品,胰岛素,化学本质：是,病毒,侵入动物或人体细胞后产生的一种,糖蛋白,。,作用：干扰素几乎能,抵抗所有,病毒引起的,感染,，是一种,抗病毒,的,特效药,。此外干扰素对,治疗,某些,癌症,和,白血病,也有一定疗效。,传统生产方法：从人血液中的,白细胞内提取,。,基因工程方法：,19801982,年，科学家在,大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素,。,中国生产（,1993,年）：重组人干扰素,a-1b:,治疗乙型肝炎,基因工程药品,干扰素,治疗侏儒症,的,唯一方法,：是向人体注射生长激素。,传统生产方法：需解剖尸体，从大脑的底部,摘取垂体,，并从中提取生长激素。,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,1,、基因诊断：,也称为,DNA,诊断,或,基因探针技术,，即在,DNA,水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。,四,、基因治疗曙光初照,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或被测,DNA,互补的,特异核苷酸序列,。它包括整个基因，或基因的一部分。,探针制备,：放射性同位素,(,如,32,P),、荧光分子等标记的,DNA,分子；,原理,：利用,DNA,分子杂交原理；,原理是：,互补的,DNA,单链,能够在一定条件下,结合成双链,，即能够进行杂交。,这种结合是,特异,的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，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。,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,在,诊断遗传性疾病,方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行,产前诊断,。,1,）,珠蛋白的,DNA,探针 镰刀状细胞贫血症,2,）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症,3,）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的,DNA,探针 白血病,举例,2,、,基因治疗,1,）原理：,把正常基因,导入,病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。,2,）实例：,复合型免疫缺陷症,病因：,腺苷酸脱氨酶基因缺失,缺乏腺苷酸脱氨酶,免疫功能下降,治疗方法,：,提取患者的淋巴细胞,导入正常的腺苷酸脱氨酶基因,筛选出能够产生腺苷酸脱氨酶的淋巴细胞,将该淋巴细胞扩增后转入患者体内,半年后，血液检测,被改造的淋巴细胞、腺苷酸脱氨酶,患者产生抗体的功能显著改善,患者体内含有转基因淋巴细胞,彻底根治了吗？,3,）基因治疗的方法,体外基因治疗：,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。,直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。,实例：,遗传性囊性纤维化病,1994,年美国科学家利用经过修饰过的腺病毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。,体内基因治疗：,4,）用于基因治疗的基因种类,正常基因,：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。,反义基因,。即通过产生的,mRNA,分子，与病变基因产生的,mRNA,进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。,自杀基因,：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。,五、基因芯片,从,正常人,的基因组中分离出,DNA,与,DNA,芯片杂交就可以得出,标准图谱,；从,病人,的基因组中分离出,DNA,与,DNA,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,DNA,信息。,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，将成为一项现代化诊断新技术。,六、基因工程与食品业,基因工程为人类开辟,新的食物来源,。,1,）,鸡蛋白基因,在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的,卵清蛋白,。,2,）用基因工程的方法,从微生物中获得,人们所需要的,糖类,、,脂肪,和,维生素,等产品。,基因工程为食品工业中提供了什么前景？,七、基因工程与环境保护,1,）用于,环境监测,。,2,）用于被污染,环境的净化,。,基因工程在环保方面有什么应用？,例如：用,DNA,探针,可以检测,饮用水中病毒,的含量。,特点：是,快速,、,灵敏,，,1,吨水中有,10,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？,1,）“,超级细菌,”,分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。,方法：将能分解三种烃类的,假单孢杆菌,的基因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“,超级细菌,”。,2,）,“吞噬”汞,和,降解土壤,中,DDT,的,细菌,，以及能够,净化镉污染,的,植物,。,3,）,杀虫剂：,通过基因重组构建新的,杀虫剂,，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程,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？,