公开课基因工程及其应用_.ppt

6 2基因工程及其应用 青霉菌能产生对人类有用的抗生素 青霉素 豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮 家蚕能够吐出蚕丝为人类利用 豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮 资料一 目前 全球的氮肥生产耗费世界总电力的3 4 且农作物只能吸收氮肥的1 10 造成了大面积土壤和水质的污染 资料分析 蜘蛛能够吐出蛛丝 资料二 蛛丝是自然界最奇特的物质之一 它具有极强的韧度 其韧度是同样直径钢材的好几倍 但与家蚕不同 蜘蛛不能家养 因为它们会互相吞食 所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场 30多年来 科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法 资料三 以往 治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的 从100kg猪 牛等动物的胰腺只能提取3 4g胰岛素 治疗一个患者需宰杀40 50头牛 这种药物的造价就可想而知了 微生物可以有分泌产物 且微生物繁殖速率快 定向基因改造设想 设想一 能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮 能否让细菌 吐出 蛛丝或蚕丝 设想二 能否让微生物产生出人的胰岛素 干扰素等珍贵的药物 设想三 经过多年的努力 科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术 基因工程 基因工程 即基因拼接技术或DNA重组技术 通俗的说 就是按照人们的意愿 把一种生物的某种基因提取出来 加以修饰改造 然后放到另一种生物的细胞里 定向地改造生物的遗传性状 原理 操作水平 结果 基因重组 DNA分子水平 定向地改造生物的遗传性状 获得人类所需要的品种 操作环境 生物体外 操作对象 基因 DNA 1 基因工程的 指 限制性核酸内切酶 主要存在于微生物中 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定切点切割DNA分子 已发现的有200多种 作用于 磷酸二酯键 限制性内切酶 EcoR 作用过程 被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端 思考 形成的黏性末端不同 不同的限制酶呢 具有 2 基因工程的 指 DNA连接酶 将互补配对的两个粘性末端连接起来 使之成为一个完整的DNA分子 DNA连接酶的作用过程 DNA连接酶的作用位点 相邻的两个脱氧核苷酸的切口 即生成磷酸二酯键 DNA连接酶 限制酶 解旋酶 3 基因的运输工具 运载体 标记基因 便于进行检测 大肠杆菌的质粒 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒 其中常含有抗药基因 如四环素的标记基因 有侵染或进入宿主细胞的能力 运载体的本质 DNA 运载体的作用 运输工具 使目的基因在宿主细胞内大量复制和表达 运载体的条件 质粒适于做运载体的原因 质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中 细胞染色体或拟核外能自主复制的小型环状DNA分子 质粒的存在对宿主细胞无影响 运载体的种类 质粒 常用 噬菌体 动植物病毒 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 具有多个限制酶切点 每种限制酶点最好只有一个 以便与外源基因连接 具有标记基因 便于进行筛选 1 目的基因提取 4 基因工程的操作步骤 目的基因 1 目的基因提取 用同一种限制酶切割质粒 露出相同黏性末端 EcoR 切割质粒 目的基因 2 构成重组质粒 重组质粒 重组DNA 3 将目的基因导入受体细胞 常用的受体细胞及转化方法 1 植物细胞 农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法2 动物细胞 显微注射技术 此方法常用的受体细胞多是受精卵 3 微生物细胞 微生物细胞常用做受体细胞的原因 繁殖快 多为单细胞生物 遗传物质相对较少 常用的原核细胞 大肠杆菌和土壤农杆菌常用的方法 转化感受态法 导入检测 DNA分子杂交技术 检测转基因生物的染色体上的DNA是否插入了目的基因 4 目的基因的检测和表达 表达检测 1 转录检测 探针法 检测目的基因是否转录出了mRNA 2 翻译检测 抗原 抗体杂交法 检测目的基因 个体生物学水平的检测 利用相应的性状检测 是否翻译出了蛋白质 处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少 必须将它从中检测出来 将每个受体细胞单独培养形成菌落 检测菌落中是否有目的基因的表达产物 淘汰无表达产物的菌落 保留有表达产物的进一步培养 研究 不能 受体细胞必须表现出特定的性状 才能说明目的基因完成了表达 受体细胞导入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗 若不能表达 要对抗虫基因再进行修饰 1 基因工程与作物育种 基因工程的应用 抗虫玉米 抗虫转基因植物 超级小鼠与超级鱼 蓝色妖姬 2 基因工程与药物研制 我国生产的部分基因工程疫苗和药物 许多药品的生产是从生物组织中提取的 受材料来源限制产量有限 其价格往往十分昂贵 微生物生长迅速 容易控制 适于大规模工业化生产 若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内 让它们产生相应的药物 不但能解决产量问题 还能大大降低生产成本 胰岛素从猪 牛等动物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取3 4g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50 70 3 基因工程与环境保护基因工程做成的 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 用基因工程培育成功的 超级细菌 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DDT等毒害物质 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 转基因食品 安全吗 转基因食品的安全性争论 支持派认为 如果转基因农业生物技术得不到社会支持 这一研究将被扼杀 并且强调 迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据 美国人食用转基因食品已多年 超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的 还没有事例证明人吃了以后会得病 甚至会引起死亡 加拿大 澳大利亚也是转基因食品的生产大国 均有几千万人在吃 到现在为止也没有 个案例说明它有问题 反对派的观点 一英国科学家声称 转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能 美国康乃尔大学也发现 转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境 环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品 未经长期安全测试 长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响 尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家 对转基因作物更加排斥 因而抵制美国GMO产品的进口 要使目的基因与对应的载体重组 所需的两种酶是 限制酶 连接酶 解旋酶 还原酶 实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来 这要利用限制性内切酶 一种限制性内切酶能识别 分子的 顺序 切点在 和 之间 这是利用了酶的 高效性 专一性 多样性 催化活性易受外界影响 3 2007广东生物 现有一