高中生物 第一单元 生物技术与生物工程 第三章 胚胎工程 1.3.3 胚胎工程的新进展课件 中图版选修3.ppt

第三节胚胎工程的新进展 课程标准 举例说出胚胎工程的应用 课标解读 1 了解胚胎细胞核移植的过程和意义 2 了解嵌合体的培育过程及意义 3 举例说出转基因动物的应用 借助 技术 把早期胚胎细胞的 取出 将其注入到预先 中 使之在体内或体外发育成 这项技术称为胚胎细胞核移植 由此得到的早期胚胎称为 发育成的动物个体称为 胚胎细胞核移植 1 概念 显微操作 核 去核的卵细胞 成熟个体 重组胚 核移植个体 甚至 早期胚胎 因供体核来源于 所以所有的核移植个体在遗传性状上是 通过连续 的方式培育出的动物 完全保留了 的遗传性 并可 地获得遗传性状 的后代 该技术对于扩大 的繁殖以及拯救濒危 具有重要意义 动物细胞核移植的成功可以说明什么 提示动物细胞核具有全能性 2 特点 同一个胚胎 完全相同的 胚胎细胞核移植 亲代 无限度 完全相同 3 意义 优良家畜 野生动物 思维激活1 1 概念胚胎细胞核移植是指借助显微操作技术 把早期胚胎细胞的核取出 注入到预先去核的成熟卵母细胞或是去核的受精卵中 使之在体内或体外发育成早期胚胎甚至成熟个体的技术 2 意义 扩大了优良家畜的繁殖 并能保持亲本优良性状 用于拯救濒危野生动物 1 胚胎核移植及其意义 2 胚胎细胞核移植的过程 特别提醒 克隆动物的生殖方式 无性繁殖 基因型与提供细胞核的亲本完全相同 理论依据 动物细胞核的全能性 培养过程常用的技术手段 细胞核移植 胚胎移植 动物细胞培养等 胚胎细胞核移植与胚胎移植的最大区别是 a 将早期胚胎植入受体母畜体内b 将胚胎细胞核取出后注入去核卵细胞中c 胚胎培养d 可用于培育优良家畜答案b 巩固1 嵌合体是指利用 的方法 将不同品种甚至不同种的 或 镶嵌在一起 体外培养至 再将其 到一个 代孕妈妈 体内 最终培育出具有 遗传性状的完整个体 1 研究 过程中的一系列现象和问题 如早期胚胎的 的机理 性别是怎样决定的 在胚胎发育过程中基因的 和 等 嵌合体 1 概念 胚胎工程 受精卵 早期胚胎 囊胚 不同 移植 2 应用 动物胚胎发育 全能性 细胞分化 表达 调控 2 建立实验动物 研究 和 3 在家畜改良方面 由于嵌合体动物 的基因于一体 有可能把亲代动物的 集中地表现出来 形成具有高度 的杂合个体 这样不仅能成倍缩短家畜 而且也为创造 的家畜品种提供了新的技术手段 遗传病的模型 治疗方案 筛选 药物 可集不同品种动物 优良遗传性状 杂种优势 改良时间 新型 基因敲除 与嵌合体猪 1 猪器官的特点猪的内脏器官在大小 结构和功能上与人体器官相近 是人体器官移植的最佳材料 但由于猪细胞表面有一些蛋白质会导致人体免疫系统产生强烈反应 因而猪器官还不能直接用于人体器官移植 1 嵌合体形成的过程 2 2 基因敲除 后的嵌合体猪科学家利用胚胎干细胞具有无限增殖和发育全能性的特点 采用 基因敲除 技术 将猪胚胎干细胞中主要组织相容性抗原基因去除 再将这些干细胞注入到正常猪的囊胚中 经胚胎移植培育出嵌合体猪 经选育可获得不含主要组织相容性抗原基因的猪 这些猪可为人类提供移植所需的器官 动物嵌合体技术的产物是 a 重组胚b 核移植个体c 嵌合体动物d 杂合子动物解析动物嵌合体技术可生产出嵌合体动物 用于科学研究或生产实践 答案c 巩固2 1 超级小鼠 的培育20世纪80年代 科学家首次将大鼠的 导入小鼠 中 再将后者 到代孕母鼠体内发育 获得带有大鼠 的转基因小鼠 这些小鼠由于表达出了大鼠的 因而生长较快 成年鼠的体重是正常小鼠的 倍 2 动物转基因技术的应用a 科学家将抗 抗 等的基因转入经济 转基因动物 1 动物转基因技术 生长激素基因 受精卵 移植 生长激素基因 生长激素 两 低温 疾病 荧光素 或实验动物体内 以改善动物的 或用于 b 利用 和 生产供人类移植的器官 1 概念 将药用蛋白的 导入 家畜的体内 并使之在家畜的 中特异性 出相应的产物 2 意义 利用动物 生物反应器 生产 具有许多优点 给制药行业带来美好前景 培育转基因动物常用的转化方法和受体细胞分别是什么 提示显微注射法 受精卵 思维激活2 品质 科学研究 基因敲除法 转基因动物 2 动物 生物反应器 外源基因 雌性 乳腺 表达 药用蛋白 1 概念 通过基因工程的方法 将外源基因导入动物的受精卵或早期胚胎中 并使这些基因有效和稳定地整合在动物染色体基因组中 且能表达相应产物 这些动物被称为转基因动物 2 应用 用于提高动物生长速度a 原理 外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快 因此将外源生长激素基因导入动物体内以提高动物生长速度 b 成果 如转基因绵羊 其生长速率比一般的绵羊提高 1 转基因动物及其应用 30 体型增大50 转基因鲤鱼9个月后比一般鲤鱼重1 5kg等 用于改良畜产品的品质例如 有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏 腹泻 恶心等不适症状 科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低 但其他营养成分不受影响 用转基因动物作器官移植的供体科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造 采用的方法是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 利用动物 生物反应器 生产药用蛋白 1 原理 将药用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 然后 将受精卵送入母体内 使其生长发育成转基因动物 转基因动物进入泌乳期后 可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品 因而称为动物 生物反应器 2 成果 目前 科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶 血清白蛋白 生长激素和 抗胰蛋白酶等重要医药产品 3 优点 产量高 质量好 成本低 易提取 2 上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛 他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法 使转基因动物乳汁中的药用蛋白含量提高30多倍 转基因动物 是指 a 提供基因的动物b 基因组中增加外源基因的动物c 能产生白蛋白的动物d 能表达基因信息的动物 巩固3 解析转基因生物是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物 转基因动物是指基因组中增加了外源基因的动物 题中的转基因牛携带有外源白蛋白基因 答案b 核移植并不是一个新的概念 早在1938年德国发育生物学家spemann就首先将核移植技术用于研究细胞分化 20世纪50年代briggs等率先在两栖类动物中开展这项技术 随后gurdon及其同事报道蟾蜍核移植获得成功 在随后的一系列哺乳动物核移植研究中 采用胚胎细胞核作为核供体进行核移植 在小鼠 兔 猪 绵羊以及牛等动物中获得成功 这些早期研究使人们形成了一种定性思维 即认为核移植胚胎的发育潜能会随着供体核年龄的增 例1 示例一胚胎细胞核移植 加而降低 而且随着细胞的进一步分化 细胞核可能会更难在被去核的未分化受体细胞内发生核重排 比如来自蝌蚪的体细胞进行可以获得成年动物 而采用成体青蛙的体细胞进行就得不到 这种认为体细胞核移植不可能成功或者非常困难的观点一直持续了几十年 然而1997年wilmut等将成体动物的乳腺上皮细胞注入去核的卵子中获得克隆羊dolly的成功推翻了人们的这些看法 自此以后体细胞克隆动物相继在牛 小鼠 山羊 猪等动物中取得成功 根据以上材料 回答下列问题 1 动物细胞核移植技术分为 核移植和 核移植两类 其中 核移植较难 原因是 2 克隆动物属于 无性或有性 生殖 其性别决定于 因此 克隆羊dolly的性别是 性 3 如果动物的克隆技术发展成熟并运用于人类自身 将对人类产生什么影响 思维导图 答案 1 动物胚胎细胞动物体细胞动物体细胞体细胞分化程度大 全能性的发挥受到限制 2 无性提供细胞核的供体雌 3 正面影响 用人类自身体细胞克隆生产用于器官修补移植的材料 负面影响 克隆人会引起人类社会伦理混乱 归纳提升核移植技术问题归纳 1 过程 一个细胞的细胞核与去核后的卵细胞质形成一个重组细胞 经诱导发育成一个重组胚胎 再经胚胎移植 在受体内发育成一个新个体 2 实质 无性繁殖 3 分类 依据供核细胞分为体细胞核移植和胚胎细胞核移植 4 主要技术手段 核移植技术 早期胚胎培养技术 胚胎移植技术 动物细胞培养技术等 继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后 膀胱生物反应器的研究也取得一定进展 最后 科学家培育出一种转基因小鼠 其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中 请回答下面的问题 1 将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞 常用的技术是 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 细胞中特异性表达 例2 示例二动物 生物反应器 思维导图 解析 1 将目的基因 人生长激素基因 导入动物细胞 小鼠受体细胞 的常用技术是显微注射技术 2 在哺乳动物细胞中 受精卵或早期胚胎细胞的全能性更容易表达 因此 在动物细胞工程中常将受精卵或早期胚胎细胞作为受体细胞 3 检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因的技术是dna分子杂交技术 4 由题中信息可知 人生长激素基因在小鼠的膀胱上皮细胞内进行了特异性表达 答案 1 显微注射技术 2 受精卵 或早期胚胎 受精卵 或早期胚胎细胞 具有全能性 可使外源基因在相应组织表达 3 dna分子杂交 4 膀胱上皮 归纳提升乳腺生物反应器乳腺生物反应器生产的操作流程是 获取目的基因 如血清白蛋白基因 构建基因表达载体 将药用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 将受精卵培育成早期胚胎 将早期胚胎送入母体内 使其生长发育成转基因动物 转基因动物进入泌乳期后 可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品 因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器 要想让目的基因在特定的细胞内表达 就需要让在该组织细胞内特异性表达的基因的调控组件与目的基因重组在一起 生物反应器的培育中一般会用到基因工程技术 动物细胞培养 胚胎的早期培养技术 胚胎移植技术 用基因工程的方法 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为 工程菌 如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株 含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是 工程菌 用基因工程方法制造的 工程菌 可以高效率地生产各种高质量 低成本药品 如胰岛素 干扰素和乙肝疫苗等 基因工程药品是制药工业上的重大突破 下面就胰岛素和干扰素的情况作些介绍 探究基因工程药品的产生 技法必备 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 一般临床上给病人注射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4g 5g胰岛素 用这种办法生产的胰岛素产量低 价格昂贵 远远不能满足社会的需要 1979年 科学家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的dna分子重组 并且在大肠杆菌内表达成功 1982年 美国一家公司用基因工程的方法生产的胰岛素 开始投放市场 其售价比用传统方法生产的胰岛素的售价降低了30 50 干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白 是一种抗病毒的特效药 另外 干扰素对治疗乳腺癌 骨髓癌 淋巴癌等癌症和某些白血病也有一定的疗效 传统的干扰素生产方法是从人体血液中的白细胞内提取出来的 1980 1982年 科学家用基因工程的方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素 从1987年开始 用基因工程方法生产的干扰素进入工业化生产 并且大量投放市场 糖尿病是一种常见病 且发病率有逐年增加的趋势 以致西方发达国家把它列为第三号 杀手 治疗该病的胰岛素过去主要从动物 如猪 牛 中获得 自20世纪70年代遗传工程 又称基因工程 发展起来以后 人们开始采用这种高新技术生产胰岛素 其操作的基本过程如下图所示 能力展示 1 图中基因工程的基本过程可概括为 四步曲 即 2 图中的质粒存在于细菌细胞内 在基因工程中通常被用作 从其分子结构可确定它是一种 3 根据碱基互补配对的规律 在 酶的作用下 把图中甲与乙拼接起来 即重组 若a段与d段的碱基序列分别是aattc和cttaa 则b段与c段分别是 4 细菌进行分裂后 其中被拼接起来的质粒也由一个变成两个 两个变成四个 质粒的这种增加方式在遗传学上称为 目的基因通过活动 即表达 后 能使细菌产生治疗糖尿病的激素 这是因为基因具有控制 合成的功能 该过程包括 解析人的胰岛素的大量生产 首先利用基因工程把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上 培育成 工程菌 然后利用发酵工程让 工程菌 大量繁殖 通过发酵生产人的胰岛素 答案 1 目的基因的获得 重组载体的构建 重组载体的导入和筛选 目的基因的表达和鉴定 2 载体环状dna 3 dna连接ttaag gaatt 4 dna扩增蛋白质转录和翻译 1982年美国科学家将人的生长激素基因转移到了小鼠体内 得到了 超级小鼠 此转基因技术的受体细胞是 a 卵细胞b 去核卵细胞c 受精卵细胞d 乳腺上皮细胞解析由于目前还不能体现动物体细胞的全能性 所以应该用受精卵细胞 才能在个体及其后代形成可遗传变异 答案c 1 良种家畜的繁殖必须要求保持亲本的优良性状 下列哪项技术最能保持亲本的优良性状 a 人工授精b 体外受精c 转基因技术d 胚胎细胞核移植解析保持亲本的优良性状应用无性繁殖技术 答案d 2 人的血清白蛋白在临床上需求量很大 通常从人血中提取 由于艾滋病病毒 hiv 等人类传染性病原体造成的威