高中生物 专题2 第2节 动物细胞工程课件 新人教版选修3

2.2 2.2 动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程常用的技术手段有哪些？植物细胞工程常用的技术手段有哪些？植物组织培养、植物组织培养、 植物体细胞杂交。植物体细胞杂交。知识回顾知识回顾单克隆抗体单克隆抗体等等 动物细胞工程常用的技术：动物细胞工程常用的技术：动物细胞培养动物细胞培养动物细胞核移植动物细胞核移植动物细胞融合动物细胞融合是其他动物细胞工程技术的基础。是其他动物细胞工程技术的基础。为什么要进行动物细胞培养为什么要进行动物细胞培养? ?1.1.动物细胞培养动物细胞培养（目的：获得细胞或其代谢产物）（目的：获得细胞或其代谢产物）如何进行细胞培养如何进行细胞培养? ?2.2.1 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养和核移植技术概念：概念：从动物机体中取出相关组织，将它们分从动物机体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。这些细胞生长和增殖。动物细胞培养过程动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官胚胎或幼龄动物的组织器官细胞悬液细胞悬液1010代细胞代细胞5050代细胞代细胞剪碎剪碎胰蛋白酶胰蛋白酶洗涤、稀释、分离洗涤、稀释、分离原代培养原代培养比老龄动物比老龄动物的组织细胞的组织细胞增殖能力强，增殖能力强，有丝分裂旺有丝分裂旺盛。分化程盛。分化程度越低，增度越低，增殖能力越强，殖能力越强，越容易培养越容易培养。动物细胞培养动物细胞培养不能最终培养不能最终培养成生物体。成生物体。细胞增殖缓细胞增殖缓慢，核型可慢，核型可能变化能变化动物组织细胞间隙中含有一定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胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。和韧性的组织和器官。贴壁生长贴壁生长接触抑制接触抑制1010代以内，保持正常二倍体核型代以内，保持正常二倍体核型传代培养传代培养多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考以下问题：根据你所学的内环境的知识，思考以下问题： 1. 1.体外培养细胞时需要提供哪些物质？体外培养细胞时需要提供哪些物质？ 2.2.体外培养的细胞需要什么样的环境条件？体外培养的细胞需要什么样的环境条件？讨讨 论论其中含有适合细胞生长增殖的各其中含有适合细胞生长增殖的各种营养物质种营养物质1 1、无菌、无毒、无菌、无毒 2 2、营养、营养 3 3、适宜的温度和、适宜的温度和PHPH值值 4 4、气体环境、气体环境（无菌处理培养液和培养用具，添加一定量的抗生（无菌处理培养液和培养用具，添加一定量的抗生素，定期更换培养液）素，定期更换培养液）（葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、（葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清动物血清等。等。）（36.536.50.50.5, 7.2-7.4, 7.2-7.4）O O2 2和和COCO2 2（95%95%空气和空气和5% CO5% CO2 2 ）动物细胞培养的条件：动物细胞培养的条件：维持培养液的维持培养液的PHPH1 1、大规模的生产有重要价值的生物制品；、大规模的生产有重要价值的生物制品； 如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体。如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体。2 2、为基因工程技术提供受体细胞；、为基因工程技术提供受体细胞；3 3、有毒物质的检测；、有毒物质的检测；4 4、细胞的生理、药理、病理研究；、细胞的生理、药理、病理研究； 如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症及其他疾病提供依据。及其他疾病提供依据。动物细胞培养技术的应用动物细胞培养技术的应用获得细胞获得细胞或细胞产物或细胞产物细胞的全能性细胞的全能性细胞或细胞产品细胞或细胞产品新的个体新的个体或细胞产品或细胞产品培养目的培养目的快速繁殖、培育快速繁殖、培育无病毒植株等无病毒植株等培养结果培养结果葡萄糖、葡萄糖、动物血清、动物血清、蔗糖、蔗糖、植物激素植物激素培养基特有成分培养基特有成分液体培养基液体培养基固体培养基固体培养基培养基性质培养基性质细胞增殖细胞增殖原原 理理动物细胞培动物细胞培养养植物组织培养植物组织培养比较项目比较项目植物细胞和动物细胞培养的比较植物细胞和动物细胞培养的比较二、动物体细胞核移植技术和克隆动物二、动物体细胞核移植技术和克隆动物 将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，这个卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体新的胚胎最终发育为动物个体（克隆动物）（克隆动物）。分分类类胚胎细胞核移植：胚胎细胞核移植：体细胞核移植：体细胞核移植：细胞分化程度低，恢复全能性容易。细胞分化程度低，恢复全能性容易。 细胞分化程度高，恢复全能性不容易。细胞分化程度高，恢复全能性不容易。动物细胞核移植概念：动物细胞核移植概念：体细胞核移植的过程体细胞核移植的过程细胞培养技术细胞培养技术细胞核移植技术细胞核移植技术体内胚胎培养和体内胚胎培养和胚胎移植技术胚胎移植技术思考思考1.1.上述过程运用了哪些技术？上述过程运用了哪些技术？思考思考2.2.为何选用为何选用MM期卵母细胞？期卵母细胞？ 因为卵母细胞体积大，易操作，含有促使细因为卵母细胞体积大，易操作，含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件，且这些物质胞核全能性表达的物质和营养条件，且这些物质活性最高。活性最高。MM期细胞质未成熟，不能支持胚胎期细胞质未成熟，不能支持胚胎发育全过程。发育全过程。讨论：讨论：1.1.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？ 为使核移植的胚胎或动物的遗传为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。提供的体细胞。 培养的动物细胞一般当传代至培养的动物细胞一般当传代至10105050代代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而细胞遗传物质可能会发生突变，而1010代以内代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。的细胞一般能保持正常的二倍体核型。2.2.用于核移植的供体细胞一般都选用传代用于核移植的供体细胞一般都选用传代1010代以内的细胞，想一想，这是为什么？代以内的细胞，想一想，这是为什么？3.3.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了是对体细胞供体动物进行了100%100%的复制吗？为什么？的复制吗？为什么？绝大部分绝大部分DNADNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量来自于供体细胞核，但其核外还有少量的的DNADNA，即线粒体中的，即线粒体中的DNADNA是来自于受体卵母细胞。是来自于受体卵母细胞。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物核供体动物100%100%的复制。的复制。体细胞核移植技术的应用前景：体细胞核移植技术的应用前景：1 1、在畜牧业中可以加、在畜牧业中可以加速家畜遗传改良的进程；速家畜遗传改良的进程；2 2、保护濒危物种；、保护濒危物种；3 3、医药卫生领域生产、医药卫生领域生产医用蛋白质及组织器官医用蛋白质及组织器官的移植；的移植；4 4、了解胚胎发育和衰老过程；追、了解胚胎发育和衰老过程；追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病；踪研究疾病的发展过程和治疗疾病；1 1、成功率比较低、成功率比较低（平均不到（平均不到10%10%）；2 2、大多存在健康问题；、大多存在健康问题；3 3、克隆动物食品安全问题。、克隆动物食品安全问题。体细胞核移植技术存在的问题：体细胞核移植技术存在的问题：此外，体细胞核移植后的重组细胞直接发育成新个体此外，体细胞核移植后的重组细胞直接发育成新个体属于无性繁殖，产生的后代无更大变异性，而环境是属于无性繁殖，产生的后代无更大变异性，而环境是多变的，易造成该个体适应能力降低，易被淘汰。多变的，易造成该个体适应能力降低，易被淘汰。P50 P50 思考与探究思考与探究2.2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。胞，使其分化成所需要的组织或器官。3.19973.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（LucindaLucinda）的奶牛，年产奶量为的奶牛，年产奶量为30.8 t30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为年平均水平仅为3 34 t4 t。（1 1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。的后代，从而加快奶牛改良进程。该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。现近亲繁殖而引起种质衰退。（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？对它进行克隆？从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。同期发情处理的受体母牛体内。4.4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。研究方面：研究方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。应用上：应用上：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。有一定距离。2.2.2 2.2.2 动物细胞融合与单克隆抗体动物细胞融合与单克隆抗体 正在融合的细胞正在融合的细胞 受精作用受精作用动物细胞融合技术的发展简史：动物细胞融合技术的发展简史：1 1、2020世纪世纪3030年代，在肺结核、天花等病理组织中观年代，在肺结核、天花等病理组织中观察到多核细胞；察到多核细胞；2 2、2020世纪世纪7070年代，在蛙的红细胞中观察到多核细胞；年代，在蛙的红细胞中观察到多核细胞；3 3、19621962年，发现日本血凝性病毒能引起艾氏腹水瘤年，发现日本血凝性病毒能引起艾氏腹水瘤细胞融合成多核细胞；细胞融合成多核细胞；4 4、19651965年，证实了灭活的病毒在适当条件下可以诱年，证实了灭活的病毒在适当条件下可以诱发动物体细胞融合。发动物体细胞融合。已成功的动物细胞融合实例：已成功的动物细胞融合实例： 生物种类生物种类 细胞来源细胞来源 成功年代成功年代 酵母菌酵母菌鸡鸡 原生质体原生质体血红细胞血红细胞 1975年年人人胡萝卜胡萝卜 腹水癌细胞腹水癌细胞原生质体原生质体 1976年年人人小鼠小鼠 纤维肉瘤细胞纤维肉瘤细胞畸胎瘤细胞畸胎瘤细胞 1978年年一、动物细胞融合一、动物细胞融合1 1、概念、概念2 2、原理、原理3 3、方法、方法4 4、意义、意义也称细胞杂交，是指两个或多个动物也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。细胞结合形成一个细胞的过程。细胞膜的流动性。细胞膜的流动性。与植物原生质体融合的方法相似，常与植物原生质体融合的方法相似，常用聚乙二醇、电激、用聚乙二醇、电激、灭活的病毒灭活的病毒等。等。突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。成为可能。细胞膜融合细胞膜融合细胞质融合细胞质融合细胞核融合（标志着细胞融合的完成）细胞核融合（标志着细胞融合的完成）诱导融合的原理：病毒表面诱导融合的原理：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，细胞用，使细胞相互凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。细胞发生融合。细胞细胞A A细胞细胞B B杂种细胞杂种细胞物理法物理法化学法化学法灭活的病毒灭活的病毒仙台病毒仙台病毒疱疹病毒疱疹病毒新城鸡瘟病毒新城鸡瘟病毒为什么细胞融合为什么细胞融合过程中使用的病过程中使用的病毒需要灭活？毒需要灭活？因为灭活的病毒失去因为灭活的病毒失去了感染的能力，但其了感染的能力，但其病原体的抗原结构并病原体的抗原结构并没有被破坏。没有被破坏。主要用于制备主要用于制备单克隆抗体单克隆抗体获得杂种植株获得杂种植株用用 途途物理、化学方法物理、化学方法（同左）（同左）灭活的病毒灭活的病毒物理（离心、振物理（离心、振荡、电刺激）；荡、电刺激）；化学（聚乙二醇）化学（聚乙二醇）诱导的方法诱导的方法使细胞分散后使细胞分散后诱导细胞融合诱导细胞融合去除细胞壁后诱去除细胞壁后诱导原生质体融合导原生质体融合融合的方法融合的方法细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞膜的流动性、细胞膜的流动性、植物细胞全能性植物细胞全能性原原 理理动物细胞融合动物细胞融合植物体细胞杂交植物体细胞杂交比较项目比较项目植物体细胞杂交技术和动物细胞融合的比较：植物体细胞杂交技术和动物细胞融合的比较：二、单克隆抗体二、单克隆抗体抗体：抗体：机体受抗原刺激后产生的、并机体受抗原刺激后产生的、并能与该抗原发生特异性结合的具有免能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。疫功能的球蛋白。来源：来源：由效应由效应B B细胞（浆细胞）产生。细胞（浆细胞）产生。 抗原抗原 动物体动物体 抗体抗体刺激刺激浆细胞浆细胞传统的抗体生产方法缺陷是什么？传统的抗体生产方法缺陷是什么？怎样解决这个问题？怎样解决这个问题？ 抗原抗原 动物体动物体 抗体抗体刺激刺激浆细胞浆细胞（抗原不纯）（抗原不纯） （抗体不纯（抗体不纯）产量低产量低特异性差特异性差解决方法：解决方法：体外培养体外培养单个淋巴细胞单个淋巴细胞，提取分泌的抗体。，提取分泌的抗体。寿命短寿命短B B淋巴细胞与抗体淋巴细胞与抗体1 1、B B淋巴细胞受抗原刺激后，可以产生抗体。淋巴细胞受抗原刺激后，可以产生抗体。2 2、动物体内的、动物体内的B B淋巴细胞可以产生百万种以上淋巴细胞可以产生百万种以上的抗体，每种抗体对特定的抗原具有特异性免的抗体，每种抗体对特定的抗原具有特异性免疫作用。疫作用。3 3、每一个、每一个B B淋巴细胞只能产生一种抗体。淋巴细胞只能产生一种抗体。单克隆抗体单克隆抗体由由单个单个B B淋巴细胞淋巴细胞经经无性繁殖（克隆）无性繁殖（克隆），形成，形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。 不能无限增殖不能无限增殖一个一个B B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体淋巴细胞只分泌一种特异性抗体小鼠骨髓瘤细胞能够无限增殖小鼠骨髓瘤细胞能够无限增殖杂交瘤细胞杂交瘤细胞细细胞胞融融合合技技术术（动物细胞培养技术大量培养）（动物细胞培养技术大量培养）免疫小鼠培养骨髓瘤细胞融合骨髓瘤细胞B淋巴细胞注射特定抗原蛋白选择培养基上培养专一抗体检验阳性专一抗体检验阳性注射到小鼠体内体外培养单克隆抗体单克隆抗体克隆杂交细胞分开不同杂交细胞，克隆。专一抗体，检验阳性细胞单克隆抗体制备过程示意图单克隆抗体制备过程示意图多种杂交细胞骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞B B淋巴细胞淋巴细胞细胞融合、筛选细胞融合、筛选杂交瘤细胞杂交瘤细胞细胞培养细胞培养筛选，继续培养筛选，继续培养足够数量的、能产生足够数量的、能产生特定抗体的细胞群特定抗体的细胞群体外培养体外培养注射到小鼠腹腔注射到小鼠腹腔单克隆抗体单克隆抗体 注射抗原注射抗原小鼠腹水细胞培养液思考：思考：1 1、骨髓瘤细胞就是癌细胞吗？、骨髓瘤细胞就是癌细胞吗？2 2、制备单克隆抗体时为什么要选用、制备单克隆抗体时为什么要选用B B淋巴细淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？3 3、单克隆抗体的制备过程运用了动物细胞、单克隆抗体的制备过程运用了动物细胞工程的哪些技术？工程的哪些技术？4 4、整个过程经历了几次筛选？目的是什么？、整个过程经历了几次筛选？目的是什么？单克隆抗体的应用：单克隆抗体的应用：特异性强、灵敏度高、可大量制备。特异性强、灵敏度高、可大量制备。 作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质，作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质，并跟一定抗原发生特异性结合。并跟一定抗原发生特异性结合。用于用于运载药物：制成运载药物：制成“生物导弹生物导弹”治疗疾病：主要用于癌症治疗治疗疾病：主要用于癌症治疗单克隆抗体的特点：单克隆抗体的特点：