基因工程的应用（阿奇）

*1 单击此处编辑母版标 题样式 单击此处编辑母版副标题样式 高中生物选修3专题1基因工程 一、植物基因工程硕果累累一、植物基因工程硕果累累 1、在农业中的应用发展迅速 2、主要用于 提高作物的抗逆能力 改良农作物的品质 生产药物 抗虫 抗病 抗盐碱、干旱 抗除草剂 抗寒 其他抗逆性 ( (一一) )抗虫转基因植物抗虫转基因植物 1 1）使用化学农药的弊端：）使用化学农药的弊端： 3 3）目的基因：）目的基因： BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶 抑制剂基因、植物凝集素基因等抑制剂基因、植物凝集素基因等 4 4）例子：）例子： 转基因抗虫水稻、抗虫棉转基因抗虫水稻、抗虫棉 2 2）培育转基因植物的方法：）培育转基因植物的方法： 请阅读P18生物技术资料卡,了解一些抗虫 基因的抗虫机理。 1.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从 何而来?对哺乳动物有害吗？ 2.将抗虫基因导入植物细胞中用的最多 的方法是什么？我国的科学家将抗虫基因导 入棉花用了什么独创的方法? （二）抗病转基因植物（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 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？ 鱼的抗冻蛋白基因 5.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 小资料： 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。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。 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。 问题思考：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？试举例说明？ （四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质 方法1：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 导入植物； 方法2：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二、动物基因工程前景广阔 1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度 2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质 3.3.用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物 4.4.用于转基因动物作器官移植的供体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（一）用于提高动物生长速度 导入外源生长激素基因 生长快、耐不良环境、肉质 好的转基因鱼(中国) 乳汁中含有人生长激素的转 基因牛(阿根廷) （二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质 举例： 如，将肠乳糖酶基因导入奶牛，转基因奶牛分泌 的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变。 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 （三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物 药用蛋白基因 导入 受精卵 转基因动物 发育成 分泌 乳汁 （含药用蛋白） 将 基因与 等调控组件重组在一起，通过 等方法，导入哺乳动物的 中，将其 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： 药物蛋白 乳腺蛋白基因的启动子 显微注射 受精卵 产量高；质量好；成本低；易提取。 1 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进乳汁不进 入体内循环入体内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生生 理代谢反应理代谢反应。 2 2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量产量 高，易提纯高，易提纯，表达的，表达的蛋白质已经过充分的修蛋白质已经过充分的修 饰加工，具有稳定的生物活性饰加工，具有稳定的生物活性。 3 3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的获得目的基因的 产物的同时，产物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。 为什么乳腺能成为基因药物最理想的为什么乳腺能成为基因药物最理想的 表达场所呢？表达场所呢？ 练习：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 _。 （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原 因是_。 （3）通常采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基 因组 （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。 （5）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？ 显微注射法 受精卵 具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达 DNA杂交 膀胱上皮细胞 优点：收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。从动物一出生就收集产物， 不论动物的性别和是否正处于生殖期。最显著的优势在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提 取简便、高效。 （四）用转基因动物作器官移植的供体（四）用转基因动物作器官移植的供体 方法：将器官供体基因组导入 以抑制的 表达或设法除去 ，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. 某种调节因子 抗原决定基因 抗原决定基因 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干 扰素直接生物体的哪些结构中提取？扰素直接生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的药品直接从生物的组织、细胞组织、细胞或或血液血液中提取。中提取。 传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格十分十分昂贵昂贵。 可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？ 利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可 高效率高效率地生产出各种地生产出各种高质量高质量、低成本低成本的药品的药品 。 胰岛素从猪、牛等动物的 胰腺中提取，100Kg胰腺只能 提取45g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 2000L培养液就能产生 100g胰岛素！使其价格 降低了30%-50%! 胰岛素 通过基因工程的方 式创造了能合成人干扰 素的大肠杆菌，每1Kg的 培养液可提取204mg 干扰素。 干扰素治疗病毒感染简直是 “万能灵药”！过去从人 血中提取，300L血才提取 1mg！其“珍贵”程度自 不用多说。 干扰素 治疗侏儒症的治疗侏儒症的唯一唯一方法，是向人体注射生方法，是向人体注射生 长激素。而生长激素的获得很困难。以前，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。部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，现可利用基因工程方法，将人的生长激素将人的生长激素 基因导入大肠杆菌中基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。，使其生产生长激素。 人们从人们从 450 L 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长 激素，相当于激素，相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素 其它基因工程药物 人造血液及其生产人造血液及其生产 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。 乙肝疫苗 白细胞介素-2 干扰素 人生长激素等 我国生产的基因工程药品： 1 1、基因治疗概念：基因治疗概念： 四、基因治疗曙光初照四、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（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞中，中， 从而达到治疗疾病的目的）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 取患者骨髓 分离干细胞 运载体病毒 正常基因 导入正常基因的干细胞 注入患者体内 ADA缺乏症的基因治疗 患半乳糖血症的患者，由于细胞内患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖半乳糖 苷转移酶基因缺陷苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，而缺少半乳糖苷转移酶， 使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等 功能受损。功能受损。 1971 1971年，美国科学家在体外做了试验，用年，美国科学家在体外做了试验，用 带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者 的离体组织细胞的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能，结果发现这些组织细胞能 够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方 法治疗这种遗传病是法治疗这种遗传病是可能可能的。的。 (2)(2)半乳糖血症半乳糖血症 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 5、用于基因治疗的基因种类：正常基因 、反义基因和自杀基因 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。 三、基因工程与生态环境保护 1、环境监测： 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地 检测环境中的病毒、细菌等污染。 1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来 2、环境污染治理： 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和 分解多种污染环境的物质。 通常一种细菌只能分解石油中的一种