基因工程与转基因生物

胰岛素是有效治疗糖尿病的药物，一般临床上使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45g胰岛素，因此价格昂贵，远不能满足社会需要。,胰岛素针剂平均价格大约为80元/支，进口的胰岛素泵的价格为4万5万元，国产的接近3万元。,目前全球糖尿病患者已超过2亿人，我国患者已超过3000万。,胰岛素的化学本质是什么？,蛋白质,蛋白质结构的最终决定因素是什么？通过哪些基本过程来决定？,DNA,基因工程 与 转基因生物,基因工程，从其本质看，就是借“鸡”生“蛋”。,DNA,蛋白质,如何获得这只“鸡”呢？,1、目的基因的获取,一、基因工程的步骤,“化学剪刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切开,一般来说，外源基因都无法直接进入另一种生物细胞，即使人工设法将其注入细胞，也会被细胞内的核酸酶分解。,如何将外源基因送入细胞中呢？,质粒,闭合环状DNA分子,基因工程最常用的载体,“分子运输车”载体,细菌等生物体内的质粒噬菌体或某些动植物病毒,载体的化学本质：DNA分子,常用的载体,DNA连接酶,一、基因工程的步骤,2、目的基因与载体的重组,导入的成功概率极低：10-7,3、重组DNA分子导入受体细胞,一、基因工程的步骤,4、筛选含目的基因的受体细胞并使之表达,一、基因工程的步骤,1、目的基因的获取,2、目的基因与载体的重组,3、重组DNA分子导入受体细胞,4、筛选含目的基因的受体细胞并使之表达,过程演示,一、基因工程的步骤,如何使植物像萤火虫那样发光？,提示：萤火虫之所以会发光，是因为萤火虫体内有荧光素（蛋白质）。,请你设计一个实验方案：,基因工程又叫DNA重组技术，是指依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因接合到另一种生物的基因组DNA中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。,二、基因工程的概念（P.57页）,三、基因工程的类型,按转入的外源基因所在的表达系统分为：,微生物基因工程,植物基因工程,动物基因工程,具有抗性基因的农作物，如抗虫棉,1、基因工程与农业 培育人类所需的植物新品种,具有大豆高蛋白基因的水稻,四、基因工程的应用前景,利用基因工程培育抗虫棉的简要过程,普通棉花(无抗虫特性),苏云金芽孢杆菌,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),载体,培育转基因动物：抗病能力强、高产仔率、高产奶率、具有高质量的皮毛等,2、基因工程与医药工业,微生物药厂：生产出各种高质量、低成本的药品如胰岛素、干扰素等,四、基因工程的应用前景,将人的生长激素基因注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”,1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。,基因工程药品 胰岛素,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。19801982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。,基因工程药品 干扰素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，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。 现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品 生长激素,3、基因工程与医学基因治疗,四、基因工程的应用前景,1990.9.14. 全世界第一例基因治疗案例获得成功 P.65页,据统计，自1990年以来，已有1076项基因治疗的临床试验在全世界20多个国家开展。,我国第四军医大学教授杨安钢等，在世界上首次利用经基因修饰的人体淋巴细胞，成功地在体外阻断了HIV的感染途径。专家认为，这种全新的基因治疗方法，为人类治疗病毒性感染疾病开启了希望之门。,2003年10月，全球第一个基因治疗产品“今又生”即“重组人p53腺病毒注射液”在留美归国博士彭朝晖的带领下研制成功。该药品是由5型腺病毒载体DNA和人p53肿瘤抑制基因重组，注射后能特异地引起肿瘤细胞程序性死亡，或者使肿瘤细胞处于严重冬眠状态，但对正常细胞基本无影响。,环境监测,用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,4、基因工程与环境保护,四、基因工程的应用前景,净化环境,用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。,五、转基因生物产品的安全性,转基因生物是否会对生态系统产生不利的影响？,转基因食品是否会对人类健康造成损害（如致敏）？,双刃剑,知情权,选择权,1.以下说法正确的是 （ ）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来,C,练习,2.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （ ）A、人工合成目的基因B、目的基因与运载体结合C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达,C,31987年，美国科学家将萤火虫的萤光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达。长成的植物通体光亮，堪称自然界的奇迹。这一研究成果表明 （ ）萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码烟草植物体内合成了萤光素基因能够控制蛋白质的合成A B C D,B,4.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白