基因工程的应用.ppt

课前小测：课前小测：请准备一张科作业纸，写上班级、姓名、座号！请准备一张科作业纸，写上班级、姓名、座号！ n1.DNA重组技术需要用到三种工具 、 、 。 n2.基因工程的基本操作程序主要包括四个步 骤 、。 n3.是基因工程的核心，其基本组成至 少包括 、 、 、 、 。 n4.迄今为止，将目的基因导入植物细胞采用 最多的方法是，导入动物细胞采用最 多的方法是 。是否导入成功用 检测。 预习提纲： 基因工程的应用 植物基 因工程 抗虫转基因植物 抗病转基因植物 抗逆转基因植物 改良植物品质 动物基 因工程 提高动物生长速度 改善畜产品质量 生产药物 用转基因动物做器官移植供体 基因治疗 体外基因治疗 体内基因治疗 基因工程药物异军突起 目的基因类型及举例 成果举例 优点 1.抗虫转 基因植物 抗虫基因： _、 蛋白酶抑制剂剂基因、 淀粉酶抑制剂剂基因、 植物凝集素基因。 抗虫水稻、 _ 、 抗虫玉米等 2.抗病转 基因植物 (1)抗病毒基因： _、 _基因； (2)抗真菌基因： _基因、 抗毒素合成基因。 抗病毒烟草、 抗病毒小麦、 抗病毒番茄、 抗病毒甜椒 Bt毒蛋白基因 抗虫棉 病毒复制酶 几丁质酶 病毒外壳蛋白基因 减少农药的使 用，降低生产 成本，减轻对 环境的污染 一植物基因工程的应用 目的基因类型及举例 成果举例 3.抗逆转 基因植物 抗逆基因： 调节细调节细 胞_的基因、 _基因、 抗除草剂剂基因。 抗 和抗 的烟草、 抗寒番茄、 抗除草剂剂的大豆、玉米。 4.改良品 质的转基 因植物 优优良性状基因： 必需氨基酸含量多的蛋白质质 的编码编码 基因、 控制果实实_的基因、 与花青素代谢谢有关的基因。 高赖赖氨酸_、 耐储储存番茄、 新花色矮牵牵牛。 渗透压 抗冻蛋白 成熟 玉米 盐碱 干旱 外源基因类型及举例成果举例 1.提高动物 生长速度 _基因 转转基因绵绵羊、 转转基因鲤鱼鲤鱼 。 2.改善畜产品 品质 _基因 乳汁中含乳糖较较少 的转转基因牛。 3.用转基因动 物生产药物 _生物反应应器。 4.用转基因动 物作器官移 植的供体 抗原决定基因表达的调节调节 因 子或除去供体的抗原决定基因 无_的 转转基因猪。 二动物基因工程的应用 外源生长激素 肠乳糖酶 药用蛋白基因乳腺蛋 白基因的启动子 乳腺 免疫排斥反应 乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷) 用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物 转基因动物的乳腺。转基因动物的乳腺。 就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？ 是指把人或哺乳动物的某种基因导入到是指把人或哺乳动物的某种基因导入到 哺乳动物哺乳动物( (如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪) )的受精卵里，的受精卵里， 目的基因若与受精卵染色体目的基因若与受精卵染色体DNADNA整合，细胞整合，细胞 分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使分裂时，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。品。这样一种新的个体，称为转基因动物。 什么叫转基因动物？什么叫转基因动物？ 1 1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入）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体内循环，不会影响转基因动物本身的生理 代谢反应。代谢反应。 2 2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高）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，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。加工，具有稳定的生物活性。 3 3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产）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。物的同时，转基因动物又可无限繁殖。 为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场 所呢？所呢？ 培育乳腺生物反应器(转基因的 雌性哺乳动物)的步骤： 获取目的基因 （药用蛋白基因） 构建基因表达载体 显微注射导入受 精卵中 早期胚胎 培养 将胚胎植入母体动物 发育成转基因动物（只有在雌性动 物的乳腺中，目的基因才能表达） 怎么使目的基因只 在乳腺中表达？ （在目的基因前加上乳腺蛋白基因的启动子） 利用乳腺生物反应器产生的医药产品主要有： 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰 蛋白酶等 用乳腺生物反应器生产药用蛋白，与传统的用乳腺生物反应器生产药用蛋白，与传统的 工厂化生产相比有哪些优点工厂化生产相比有哪些优点? ? 成本低 产量高 质量好 易提取 用转基因动物作器官移植的供体 用转基因动物作器官移植的供体 (1)器官移植的世界性难题是_。 (2)若要利用猪的器官作为移植器官，必须解决 _问题。 (3) 科学家正试图利用基因工程的方法对猪的器官进 行改造，采用的方法是将供体器官基因组导入某种 _，以抑制_的表达，或设 法除去_，再结合克隆技术，培育出 没有_的转基因克隆猪器官。 人体移植器官短缺 调节因子抗原决定基因 抗原决定基因 免疫排斥反应 免疫排斥 基因工程胰岛素（一 ） n胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只 能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取， 100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量 之低和价格之高可想而知。 胰岛素分子结构胰岛素分子结构 基因工程胰岛素（二 ） n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！大规模工业化生产不但 解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其 价格降低了30%-50%! 胰岛素生产车间胰岛素生产车间 基因工程干扰素（一 ） n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。 干扰素生产车间干扰素生产车间 干扰素分子结构干扰素分子结构 基因工程干扰素( 二 ） n基因工程人干扰素-2b（安达芬） 是我国第一个全 国产化基因工程人干扰素-2b，具有抗病毒，抑制 肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用 于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际 公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗 的主要药物。 其它基因工程药物 n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。 人造血液及其生产人造血液及其生产 基因工程药物异军突起 基因工程药物异军突起 可利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程技术制造“工程菌”(将药用蛋 白基因构建成表达载体后导入微生物细胞，并使之 成功表达)，可高效率地生产出各种高质量、低成 本的药品。 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干 扰素直接从生物的组织、细胞或血液中提取。由于 受原料来源的限制，价格十分昂贵。 利用转基因“工程菌”生产的药物有哪些？ 细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素、干扰 素等）、抗体、疫苗、激素等。 什么是“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。 SCID的基因工程治疗 n重症联合免疫缺陷（SCID） 患者缺乏正常的人体免疫功能 ，只要稍被细菌或者病毒感染 ，就会发病死亡。这个病的机 理是细胞的一个常染色体上编 码腺苷酸脱氨酶（简称ADA） 的基因（ada）发生了突变。 可以通过基因工程的方法治疗 。 SCIDSCID患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中 基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照 基因治疗SCID的过程 体 外基因治疗 体内基因治疗 基因治疗是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，这是治 疗遗传病的最有效手段。 （1）概念 体外基因治疗： 体内基因治疗： (2) 类 型 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 的治疗方法 操作复杂， 效果可靠 基因治疗只是替换或修复部分体细胞的缺陷基因，并没有改变 其他部位细胞(如精原细胞)的基因，患者后代可能还会患病。 （4）实例： 复合型免疫缺陷症的基因治疗 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。 （3）基因治疗的发展现状： 目前都处于初期的临床试验阶段 用于基因治疗的基因种类 n1.用正常基因代替缺陷基因的功 能，以弥补病变基因带来的缺陷 。如血友病、地中海贫血病的治 疗。 n2.反义基因。用mRNA分子与病 变的mRNA分子进行互补，阻断 蛋白质的合成。 n3.自杀基因。编码可杀死癌变细 胞的蛋白酶基因。 补充：基因诊断： 也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在 DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾水平分析检测某一基因，从而对特定的疾 病进行诊断。病进行诊断。 探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素( (如如32 32P) P)、荧光分荧光分 子等标记的子等标记的DNADNA分子；分子； 原原 理：理：利用利用DNADNA分子杂交原理；分子杂交原理； 基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 在诊断在诊断遗传性疾病遗传性疾病方面发展迅速。目前方面发展迅速。目前 已经可以对几十种遗传病进行已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。 1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫镰刀状细胞贫 血症血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症苯丙酮尿症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备 的的DNADNA探针探针 白血病白血病 举例： 补充：补充：基因工程与食品业基因工程与食品业 基因工程为人类开辟新的食物来源。基因工程为人类开辟新的食物来源。 1 1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中）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培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需 要的卵清蛋白。要的卵清蛋白。 2 2）用基因工程的方法从微生物中获得）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？基因工程为食品工业中提供了什么前景？ 阅读课本内容，完成下表： 转基因生物与目的基因的关系 转转基因生物目的基因目的基因来源 抗虫棉 抗真菌烟草 抗盐盐碱和干旱作 物 耐寒番茄 抗除草剂剂大豆 高赖赖氨酸玉米 延熟番茄 高甜味水果 降低乳糖的奶牛 产产胰岛岛素的工程 菌 Bt毒蛋白基因 几丁质酶基因和抗毒素合成基因 调节细胞渗透压的基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因 富含赖氨酸的蛋白质编码基因 控制番茄成熟的基因 甜味基因 肠乳糖酶基因 人胰岛素基因 苏云金芽孢杆菌 鱼 人 补充：补充：基因工程与环境监测（一）基因工程与环境监测（一） n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 补充：补充：基因工程与环境监测（二基因工程与环境监测（二 ） n利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映 环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡 ，甚至还可以吸收和转化污染物。 补充：基因工程与环境污染治理补充：基因工程与环境污染治理 n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烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因 工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃 类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解 DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。 1 1、基因治疗是把健康的、基因治疗是把健康的 外源基因导入外源基因导入 A A