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基因工程简介 生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果 各种生物间的性状千差万别这是为什么呢 问题 例 1 青霉菌能产生对人类有用的抗生素 青霉素 2 豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气 3 人的胰岛B细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度 小结 这些性状都是基因特异性表达的结果 人类能不能改造基因呢 能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢 问题 标准概念 在生物体外 通过对DNA分子进行人工 切割 和 拼接 对生物的基因进行改造和重新组合 然后导入受体细胞内进行无性繁殖 使重组基因在受体细胞内表达 产生出人类所需要的基因产物 一 基因工程的概念 通俗概念 按照人们的意愿 把一种生物的个别基因复制出来加以修饰改造 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 通过对基因工程概念的理解 我们知道其操作水平是在DNA分子水平 用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗 问题 二 基因操作的工具 例 抗虫棉的培育是从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫基因 并使其与运载体结合 放入棉细胞中的DNA结合起来 在棉细胞中发挥作用 问 在以上的基因工程中培育抗虫棉的过程中 关键步骤和难点是什么 关键步骤一 抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取 关键步骤二 抗虫基因与运载体DNA连接 关键步骤三 抗虫基因进入棉细胞 关键步骤一的工具 基因的剪刀 限制性内切酶 关键步骤二的工具 基因的针线 DNA连接酶 关键步骤三的工具 基因的运输工具 运载体 基因操作的工具 1 基因的剪刀 限制性内切酶 限制酶 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定的切割点上将DNA分子切断 目前已发现的限制酶有200多种 基因的针线 DNA连接酶 连接酶的作用是 将互补配对的两个黏性末端连接起来 使之成为一个完整的DNA分子 作用 种类 质粒的特点 将外源基因送入受体细胞 质粒 噬菌体和动植物病毒 存在于许多细菌及酵母菌等生物中 能自主复制的小型环状DNA分子 3 基因的运输工具 运载体 第一步 获取目的基因 基因工程基本步骤 第二步 目的基因与运载体结合 第三步 目的基因的导入和表达 第四步 目的基因的检测和表达 基因工程与农牧业 食品工业 运用基因工程技术 不但可以培养优质 高产 抗性好的农作物及畜 禽新品种 还可以培养出具有特殊用途的动 植物 转基因鱼 生长快 耐不良环境 肉质好的转基因鱼 中国 转基因牛 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 阿根廷 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基因的番茄 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯 不会引起过敏的转基因大豆 超级动物 导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 特殊动物 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠 乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊 美国转基因猪 其体内含有人类的基因 乳汁含有人体蛋白fator 只需300 600只这样的母猪就能满足全世界对这种蛋白的需求 不易腐烂的番茄 抗虫植物化学农药 兔毛棉花在我国培育成功 用兔的一种角蛋白转化棉花 棉花纤维质量好 具有兔毛般的光泽 基因工程与医药卫生 基因工程药品的生产 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 基因工程与医药卫生 1 生产基因药品2 基因诊断与基因治疗 基因工程在医药卫生领域的应用 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 药品直接从生物的组织 细胞或血液中提取 基因工程与医药卫生 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 可利用什么方法来解决上述问题 利用基因工程方法制造 工程菌 可高效率地生产出各种高质量 低成本的药品 基因工程胰岛素 一 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 基因工程胰岛素 二 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 一 基因工程与医药卫生 干扰素是病毒侵入细胞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 此外干扰素对治疗某些癌症和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 其它基因工程药物 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 基因工程与环境污染治理 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 二 转基因食品的安全性及营养问题 转基因食品 GM食品 GM植物 动物和微生物食品三类农业基因工程 强调提高农作物产量和改善农作物的抗虫性 抗病性 抗除草剂和抗旱能力食品基因工程 强调改善食品的营养价值和食用风味 如营养素含量 风味品质 延长食品储藏和保存时间 以及用食品工程菌生产食品添加剂和功能因子等安全性环境安全 如插入基因的漂移 抗虫性 抗除草性食用安全 如插入基因后的终产物的致癌性 致病性 过敏性 毒性转基因食品的营养问题 1 转基因食品的环境安全性问题 转基因作物演变成农田杂草的可能性 基因漂流到近缘野生种的可能性 对生物类群的影响 二 转基因食品的安全性及营养问题 2 转基因食品的食用安全性问题 对终产物 已知或未知的终产物 的影响 转移的基因结构的稳定性 基因插入受体基因组的位置 载体的选择以及使用具有抗生素耐药性的选择性标识基因是否会对人产生影响 引起机体过敏等 大豆蛋白 3 转基因食品的安全评价 转基因食