基因工程的应用和蛋白质工程

基因工程的应用和蛋白质工程第1页，共31页，2023年，2月20日，星期四一、植物基因工程硕果累累阅读教材回答下列问题：1、哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段?2、植物基因工程技术主要用于哪些方面?第2页，共31页，2023年，2月20日，星期四（一）抗虫转基因植物1.虫害给农作物带来了哪些影响?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.抗虫基因有哪些？这些抗虫基因的抗虫机理是什么？4.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?5.我国的转基因抗虫棉取得了哪些进展?第3页，共31页，2023年，2月20日，星期四抗虫转基因植物的类型及作用原理基因类型来源作用原理应用实例杀虫蛋白基因(Bt毒蛋白基因)苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因编码的蛋白质进入害虫肠道，在消化酶的作用下，蛋白质被降解成有毒的多肽，多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡转基因抗虫棉第4页，共31页，2023年，2月20日，星期四基因类型来源作用原理应用实例蛋白酶抑制剂基因大豆、豇豆、番茄和马铃薯等蛋白酶抑制剂基因控制产生的抑制剂，可与害虫消化道中的蛋白酶结合形成复合物，从而阻断或降低蛋白酶的活性，使昆虫不能正常消化食物中的蛋白质。这种复合物还能刺激昆虫分泌过量的消化酶，引起害虫的厌食反应转基因烟草第5页，共31页，2023年，2月20日，星期四基因类型来源作用原理应用实例淀粉酶抑制剂基因禾谷类植物和豆科植物淀粉酶抑制剂基因控制产生的淀粉酶抑制剂，可以抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性，使害虫不能消化淀粉，阻断害虫的能量来源转基因烟草植物凝集素基因植物界中广泛存在植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白，与昆虫肠道黏膜上的某些物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用抗虫小麦、水稻第6页，共31页，2023年，2月20日，星期四（二）抗病转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？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？4.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？第7页，共31页，2023年，2月20日，星期四（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？2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？4.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？5.抗除草剂基因有何用途？

第8页，共31页，2023年，2月20日，星期四（四）利用转基因改良植物的品质1.你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？2.如何用转基因的方法加以改良？3.转基因延熟番茄的目的基因是什么？4.转基因矮牵牛的目的基因是什么？第9页，共31页，2023年，2月20日，星期四总结：基因工程在农业上的应用（1）高产、稳产和具优良品质的品种

（2）抗逆性品种第10页，共31页，2023年，2月20日，星期四二、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度——动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因（二）用于改善畜产品的品质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。第11页，共31页，2023年，2月20日，星期四（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。

原因：（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。第12页，共31页，2023年，2月20日，星期四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：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。第13页，共31页，2023年，2月20日，星期四①获取目的基因（例如血清白蛋白基因）②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）③显微注射导入哺乳动物受精卵中④形成胚胎⑤将胚胎送入母体动物⑥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？第14页，共31页，2023年，2月20日，星期四（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第15页，共31页，2023年，2月20日，星期四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。第16页，共31页，2023年，2月20日，星期四1.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第17页，共31页，2023年，2月20日，星期四3.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、激素等第18页，共31页，2023年，2月20日，星期四

胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。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——胰岛素第19页，共31页，2023年，2月20日，星期四

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450L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——生长激素第20页，共31页，2023年，2月20日，星期四干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。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。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，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。1987年上述干扰素大量投放市场。基因工程药品——干扰素第21页，共31页，2023年，2月20日，星期四利用微生物生产药物的优越性何在?利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第22页，共31页，2023年，2月20日，星期四四、基因治疗曙光初照1．概念把

导入病人体内，使该基因的

发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。2．成果将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的

中，治疗复合型免疫缺陷症。正常基因表达产物淋巴细胞第23页，共31页，2023年，2月20日，星期四基因转移组织细胞4．目前所处阶段目前处于

阶段。

初期的临床试验第24页，共31页，2023年，2月20日，星期四5．基因治疗的过程第25页，共31页，2023年，2月20日，星期四6．两种治疗途径的比较途径比较体外基因治疗体内基因治疗不同点方法从患者体内获得某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内直接向患者体内组织细胞中转移基因特点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控制相同点都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段第26页，共31页，2023年，2月20日，星期四

分析教材P23复合型免疫缺陷症的基因治疗，回答下列问题：(1)研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的什么细胞？为什么不能转入其他的体细胞？(2)如何鉴定该患者是否治疗成功？

提示：(1)淋巴细胞。腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等免疫物质。(2)鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。第27页，共31页，2023年，2月20日，星期四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：基因诊断第28页，共31页，2023年，2月20日，星期四五、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