细胞工程和胚胎工程

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,*,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,*,第二章 细胞工程,-,细胞克隆,一、克隆的概念,即无性繁殖系。指不经过两个分子、两个细胞或两个个体的结合，只由一个模板分子、母细胞或母体直接形成新的分子、细胞或个体的过程。,在分子水平：基因的克隆（复制）,在细胞水平：杂交瘤的制备和单克隆抗体技术,在个体水平：无性生殖。如：植物的营养繁殖，动物,“,克隆羊,-,多莉,”,的培育等,无性生殖与有性生殖的区别,无性生殖：,不经过生殖细胞的结合，直接由母体产生下一代新个体的繁殖过程。特点是子代保留了亲代的遗传物质，性状基本相同。,有性生殖：,经过生殖细胞的两两结合，形成合子，再由合子发育成新个体的繁殖过程。特点是后代继承了双亲的遗传物质，具有更强的生活能力和变异性，对生物的生存和进化具有重要意义,二、细胞工程：,（,一）植物细胞工程,1.,植物组织培养,过程：,外植体 愈伤组织 胚状体 植物体,脱分化,再分化,植物激素,植物激素,分裂、分化,离体器官、,组织或细胞,脱分化,愈伤组织,芽、根,再分化,植物体,实例（组织培养非洲紫罗兰）,外植体：,离体的组织、细胞或器官。,愈伤组织：,一群高度液态化的原始的薄壁细胞。,脱分化：,分化的细胞（组织或器官）经过处理形 成愈伤组织的过程。,再分化：,由愈伤组织经过处理再重新分化出不同的组织（细胞或器官）。,条件：,（,1,）材料离体,（,2,）无菌环境,（,3,）配制一定营养成分的培养基（,固体、加蔗糖,）,（,4,）要有一定比例的激素（,细胞分裂素和生长素或类似物人工诱导）,（,5,）适宜的温度、,PH,值和光照,理论基础：,细胞的全能性,概念：,细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。,原因：,是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。,几乎所有的植物细胞都具有全能性,人工诱导与两种激素的关系,在植物组织培养过程中，细胞分裂素,/,生长素的比例对愈伤组织的形成，以及丛芽和根的分化影响极大,人工诱导过程的激素应用如下：,应用：,（,1,）快速繁殖,（,2,）培养无病毒感染植株,（,3,）获取细胞代谢产物,（愈伤组织阶段）,（,4,）生产人工种子,（胚状体阶段）,（,5,）可用于培育优良植物品种,（转基因植物、单倍体育种和杂种植物）,1.,下列有关植物组织培养过程中细胞脱分化的说法，不正确的是,( ),A,、已经分化的细胞失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程,B,、已经分化的细胞转变为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物愈伤组织的过程,C,、离体的植物组织在一定的条件下分化出根和芽的过程,D,、离体的植物组织在脱分化形成愈伤组织的过程中必须经过有关激素的诱导,练习：,C,2.,植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：,( ),A,、脱分化,B,、去分化,C,、再分化,D,、脱分化或去分化,3.,下列不能作为植物组织培养的材料是：,( ),A,、秋海棠的叶,B,、马铃薯的块茎,C,、成熟的花粉,D,、木质部中的导管细胞,C,D,2.,植物体细胞杂交,过程：,去细胞壁,酶解法（纤维素酶、果胶酶）,原生质体,物理或化学方法诱导（振荡、离心和电刺激，聚乙二醇）,融合的原生质体,杂种细胞,产生新的细胞壁,杂种植物,植物的组织培养,理论基础：,细胞膜的流动性和细胞的全能性,成功实例：,白菜和甘蓝、烟草和海岛烟草、胡萝卜和羊角芹等,研究意义：,克服远源杂交不亲和的障碍，增大了亲本组合范围，培育了作物的新品种。,白菜,-,甘蓝,（二）动物细胞工程,动物细胞培养,动物细胞融合,核移植,单克隆抗体技术,胚胎工程,1.,动物细胞培养过程：,动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,胰蛋白酶,单个细胞,加培养液,细胞悬浮液,原代培养,10,代细胞,50,代细胞,细胞株,无限传代,细胞系,传代培养,动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。,动物细胞的培养过程,幼龄动物,取动物器官,和组织,剪碎组织,胰蛋白酶处理,细胞培,养,单个细胞,动物细胞培养技术,是其他动物细胞工程技术的基础,原代培养：,从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞。培养的第,1,代细胞与传,10,代以内的细胞称为原代细胞培养。,传代培养：,将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。,细胞株：,原代细胞一般传至,10,代左右细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到,4050,代，这种传代细胞为细胞株,。,细胞系：,细胞株传代至,50,代后又出现细胞生长停滞状态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。,细胞株和细胞系的区别,：,细胞系的遗传物质改变，具有癌细胞的特点，失去接触抑制，容易传代培养。,遗传物质未改变,遗传物质已改变,动物细胞培养 的条件,1.,无菌、无毒的环境,2.,培养基：,用液体的，期中加入葡萄糖、氨基酸、生长因子和动物血清等,3.,温度和,pH,4.,气体环境：,95%,的空气，,5%,的二氧化碳,动物细胞培养 的原理：,细胞的增值,动物细胞培养的应用：,1.,利用动物细胞培养技术可生产,疫苗、干扰素、单克隆抗体。,2.,用于检测,有毒物质，,判断某种,物质的毒性,。,3.,临床医学的应用：,皮肤的移植、器官移植等,动 物 组 织 培 养,胚胎或幼龄动物的脏器,单 个 细 胞,机械消化、胰蛋白酶消化,原 代 培养,培养液,葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等,传代培养,药物,研究治疗癌症的药物及其疗效,某物质,检测有毒物质、致癌物质等,细胞株或细胞系,2005,年,4,月,美国一家非官方癌症研究中心发布信息说,“,高露洁,”,牙膏中含有的抗菌化学物质三氯生可能是致癌物质。公众对此表示怀疑。科研人员欲采用一定的技术手段探究三氯生对人体是否有危害。请回答：,1,、根据所学的动物细胞工程知识，采取下列哪种技术手段最合适,A,、动物细胞融合,B,、动物细胞培养,C,、胚胎移植,D,、核移植,2,、根据上述选择，请你设计一个实验来探究,“,三氯生,”,对人体是否有危害。,（,1,）该实验的原理是,许多致畸物质加入动物细胞培养液后，培养细胞会发生染色体结构或数目的变异。根据变异细胞占观察培养细胞的百分数，可以判断某种物质的毒性,（,2,）实验方法步骤：,材料准备：从医院妇产科获得所需要的原始材料组织，浓度为,0.09%,的三氯生试剂,高倍显微镜,培养瓶若干,配置好的培养液,剪刀,培养箱,所需要的酶,.,制备检测细胞,配置细胞悬浮液,:,将细胞悬浮液,分装到两个以上的培养瓶中,置于培养箱中培养一段时间,.,配置培养液,:,取两个培养瓶,分别编号,1,、,2,，,将上述组织用剪刀剪碎，再用胰蛋白酶使其分散成单个细胞，然后利用培养液配置成一定浓度的细胞悬浮液,分别往其中加入等量的配置好的培养液，再往,1,号瓶中滴加几滴,0.09%,的“三氯生”试剂，摇匀,将上述某一个培养状况较好的培养瓶中的细胞培养液分成两份，分别加入,1,、,2,号培养瓶中，培养一段时间。,检测过程：分别从,1,、,2,号培养瓶中取样做多次镜检，计算出变异细胞占观察培养细胞的百分数。,预期结果和结论：,a:,若,1,号和,2,号培养瓶中变异细胞的百分比相当，则说明“三氯生”对人体无害。,b:,若,1,号培养瓶中变异细胞百分数大于,2,号，则说明“三氯生”对人体有害。,获得细胞,细胞的全能性,细胞株、细胞系,植物体,培养结果,或细胞分泌蛋白,快速繁殖、培育无病毒植株等,培养目的,葡萄糖、动物血清,蔗糖、植物激素,培养基特有成分,液体培养基,固体培养基,培养基性质,细胞增殖,原理,动物细胞培养,植物组织培养,比较项目,植物组织培养和动物细胞培养的比较,2.,动物的细胞融合,细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理后放在一起，在某些促融因子作用下发生融合，形成杂种细胞。,细胞融合与细胞杂交,细胞融合是指由两个或多个细胞融合成一个细胞的现象,基因型不同的细胞融合称为细胞杂交,细胞融合是研究细胞之间遗传信息转移、染色体基因定位，以及创造新细胞株的有效途径。,诱导细胞融合的技术手段,灭活的仙台病毒、聚乙二醇等介导,低压交流电场中击穿细胞膜脂双层,病毒颗粒黏,附细胞表面,病毒颗粒穿,通细胞膜,细胞膜连接,细胞融合,动物细胞融合的原理,：,利用,:,细胞膜的流动性,植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较,比较项目,植物体细胞杂交,动物细胞融合,细胞融合原理,细胞膜的流动性,细胞膜的流动性,细胞融合的方法,去除细胞壁后诱导原生质体融合,使细胞分散后诱导细胞融合,诱导方法,电刺激,化学（聚乙二醇）,电融合、,PEG,、灭活的仙台病毒,用途,获得杂种植株,制备单克隆抗体,3.,单克隆抗体技术：,抗体：,来源、化学性质、作用,传统获取抗体的方法,：,传统方法获取抗体，,产量低,，而且抗体的,特异性差,，,纯度低，反应不够灵敏,。,某种抗原注射,到动物体内（需要反复注射）,动物体内产生抗体,从动物的 血清中分离出所需要的,抗体,科学家分析、探索过程,：,1.,体内,B,淋巴细胞可以产生多达百万种以上的特异性抗体；,2.,每一个淋巴细胞只分泌一种特异性抗体,3.,临床医学,目的,：获得大量的单一抗体,理论方法：,用单个,B,淋巴细胞进行无性繁殖，也就是通过克隆，形成细胞群，由该细胞群就能产生出单克隆抗体（化学性质单一、特异性强的抗体）,遇到的难题：体外培养时，一个,B,淋巴细胞不可能无限繁殖，无法得到大细胞群,解决的办法：,杂交瘤技术制备单克隆抗体,单克隆抗体,是指通过克隆，形成遗传物质完全相同的细胞群，由该细胞群产生出化学性质单一、特异性、灵敏度高的抗体。,设计的实验方案：,将某抗原注入小鼠体内，从其脾脏获得产生相应抗体的,B,淋巴细胞；,用仙台病毒或聚乙二醇诱导,B,淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合；,在选择性培养基中对杂交瘤细胞进行筛选，从杂交瘤细胞中挑选产生某种抗体的细胞；,将选择细胞进行规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖；,从细胞培养液或小鼠腹水中提取大量的单克隆抗体。,单克隆抗体制备过程,注射抗原,B,淋巴细胞,骨髓瘤细胞,细胞融合、筛选,杂交瘤细胞,细胞培养,筛选，继续培养,足够数量的、能产生特定抗体的细胞群,体外培养,注射到小鼠腹腔,单克隆抗体,单克隆抗体的特点,特异性高、灵敏度高、可以大量制备等优越性。,单克隆抗体的应用,用同位素标记的单克隆抗体，可,定位,诊断肿瘤、心血管畸形等疾病,实验在单克隆抗体上连接抗癌药物，制成,“生物导弹”，,定向地将药物带到癌细胞，消除癌细胞但不伤害健康细胞。,练习：,下图为某同学根据杂交瘤技术的方法，设计的生产破伤风杆菌的实验方案,2,、该方案能达到预期效果吗？为什么？,4,、图中,B,为,_,过程，常用,_,作为诱导剂，该细胞继承,_,的遗传特性，既能,_,又能,_,。,1,、该实验方案的目的是,_,3,、,A,是从小鼠的脾脏中取得,_,该细胞能够产生,_,制备单克隆抗体,效应,B,细胞,抗体,细胞融合,灭活病毒,双亲细胞,分泌抗体,无限增殖,B,体外培养,骨髓瘤细胞,杂交瘤细胞,足够数量的细胞群,注射到,小鼠腹腔,A,C,1.,动物细胞工程技术的基础是：（）,A,动物细胞融合,B,胚胎移植,C,动物细胞培养,D,核移植,在动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是（）,A,结果是相同的,B,杂种细胞的形成过程基本相同,C,操作过程中酶的作用相同,D,诱导融合的手段相同,.,单克隆抗体制备过程中，骨髓瘤细胞和,B,淋巴细胞,诱导融合后，要用特定培养基筛选出杂交瘤细胞，,在这种培养基上不能存活增殖的细胞是（ ）,淋巴细胞,小鼠骨髓瘤细胞,B,淋巴细胞自身融合细胞,小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞,杂交瘤细胞,A, ,B,C, ,D,C,4.,核移植技术和动物的克隆繁殖,卵细胞,去核,加供体细胞核,核移植技术：,重组细胞,克隆动物,体核移植技术实例,童第周教授用极细的玻璃管从鲫鱼未受精卵中吸出细胞核，再把鲤鱼囊胚细胞的核移植到去核卵中，组装成的新细胞经过培育长成鲤鲫。,小鼠的核移植,黑斑蛙的核移植,英国爱丁堡大学罗斯林研究所的伊恩,威尔莫特和基恩,坎贝尔于,1997,年,2,月,27,日首次用体细胞克隆培育出“多莉”（,Dolly,）。,“,多莉”培育过程是：从一只绵羊体内取出未受精卵，用显微操作技术去核；取另一只成年绵羊的单个乳腺细胞，将其细胞核注入去核卵细胞中；待融合细胞发育成胚胎后，将其植入第三只绵羊子宫内，由它产下的羔羊就是“多莉”。,核移植应用前景,加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁殖,增家濒危物种的存活数量,器官移植,转基因动物作为生物反应器，产生医用蛋白（疾病治疗）,克隆技术的社会伦理问题,禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆,胚胎工程,体外受精（试管婴儿）和胚胎体外发育,胚胎移植,胚胎工程,体外受精和胚胎体外发育,-,试管婴儿的培育 过程,药物诱发排卵,取精,体外受精,着床,取卵,胚胎移植,胚胎体外培养（,3,5,天）,监测卵泡,妊娠,胎儿发育,“试管内”发育,试管婴儿的研究现状,第一、二代试管婴儿的研究，分别针对女性或男性因素导致的不孕问题,第三代试管婴儿的研究主要是解决优生优育，即从多个受精卵中选择基因型最佳的进行胚胎移植。例如，通过,PGD,技术选择核型,46,，,XX,受精卵进行胚胎移植，可避免新生男婴患,Y,连锁遗传病。,目前胚胎移植成功率只有,30%-40%,，通常移植多枚受精卵。这种做法能够获得较高成功率，也造成了多胎怀孕、婴儿早产、出生时体重过重或过轻等问题，并可能导致新生儿脑瘫,胚胎移植,1.,牛胚胎移植的基本程序,用激素促使供体母牛超级排卵,选择良种公牛配种或人工授精,将供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来，检查其发育阶段,将桑葚胚或囊胚植入受体母牛子宫内,对受体母牛进行妊娠检查,对代孕母牛的护理,胚胎分割,1.,基本程序,2.,胚胎分割的实例,胚胎干细胞的应用,1.,干细胞及分类,干细胞是人和动物体保留的部分尚未分化、具有自我更新和分化潜能的原始细胞,大体分类,具有形成完整个体潜能的细胞（如受精卵和胚胎干细胞）称为全能干细胞,由胚胎干细胞进一步分化中形成的具有分化出多种组织潜能的细胞，称为多能干细胞（如造血干细胞）,多能干细胞进一步分化形成的，只能分化成为一种或密切相关的两种细胞的干细胞（如神经干细胞）称为专能干细胞。,多能干细胞与专能干细胞合称为成体干细胞。成体干细胞在机体内普遍存在，在特定条件下它们产生新的干细胞，或按一定程序分化形成新的功能细胞，从而使成年动物的许多组织和器官具有修复和再生能力。,2.,胚胎干细胞,由桑葚胚的内层细胞团或原始生殖腺中分离出来的一类细胞,胚胎干细胞体积小、核大、核仁明显,胚胎干细胞具有全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，进而形成一个完整的新个体,3.,胚胎干细胞的分离与培养,本章小结,：,克隆的概念,细胞工程的内容,植物细胞工程,-,植物组织培养的过程、条件理论基础、处理方法和应用，植物体细胞杂交的意义。,动物细胞工程,-,动物细胞融合和单克隆抗体的制备,