动物转基因技术课件

动物转基因技术课件 1 动物转基因技术课件 2 古语有云龙生龙凤生凤 兔子生来会打洞 老祖先么通过长期生活经验总结出的俗谚往往与现代科学发现有着惊人的共同点 现代生物学认为生物的遗传性状由基因决定基因遗传信息的基本单位 一般指位于染色体上编码一个特定功能产物 如蛋白质或RNA分子等 的一段核苷酸序列 GENE 动物转基因技术课件 3 那么是否可以让龙生出来的凤生来就会打洞呢 这一个问题放在班个世纪以前就只能是痴心妄想 我们的祖先一刻也没有停止对用人工手段改造生命的幻想 而我们熟知的中国龙也许就是先民们不断幻想的产物 但是今天这一幻想却变成了现实它就是 基因工程 动物转基因技术课件 4 基因工程发展历程 动物转基因技术课件 5 1980年 Gordon首次报道用DNA显微注射法获得了转基因小鼠 1982年 美国科学家Palmiter首次将大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵的雄性原核中 获得了转基因小鼠 其个体比对照鼠增大一倍 称之为 超级鼠 转基因动物自1980年代诞生以来 一直是生命科学研究和讨论的热点 随着研究的不断深入和实验技术的不断完善 转基因技术得到了更广泛的应用 几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道 有些转基因成果已经进入实用化和商业化的开发阶段 动物转基因技术课件 6 动物转基因主要是将外源基因转移到胚胎细胞内的染色体上 并进行整合 表达和遗传等 动物转基因技术是一项高度综合的技术 它涉及到DNA重组技术 胚胎工程技术和细胞培养技术等 因而这需要多学科的交叉和融合 同时也需要更为严苛的技术手段 动物转基因技术课件 7 动物基因工程流程 动物转基因技术课件 8 外源基因导入到细胞的方法 动物转基因技术课件 9 这些方法各有自己的特点和优势 但在整个转基因动物生产过程中 其基本原理应该是相同 即将外源基因或体外重组基因经体外增值和修饰转移到动物受精卵或细胞内 或将部分基因剪除或抑制使其在动物体内得以整合和表达 以产生新遗传特征或形状的转基因动物 并能将新的遗传信息稳定地进行世代遗传获得新的转基因系或群体 转基因动物生产基本原理 动物转基因技术课件 10 将外源基因通过电场作用 导入动物目标组织或器官 由于这种方法能有效导入外源基因 可在多种组织器官上应用 并且效率较高 活体电穿孔法的原理很简单 在直流电场作用的瞬间 细胞膜表面产生疏水或亲水的微小通道105 115 m 这种通道能维持几毫秒到几秒 然后自行恢复 在此期间生物大分子如DNA可通过这种微小的通道进入细胞 电穿孔的法的特点 1理论上任何组织和器官都可以作为活体电穿孔的靶器官2对导入的外源基因片段的大小没有限制3电穿孔法操作简单快速 电穿孔的时间只有几秒钟 而且DNA片段不需要特殊的纯化操作缺点 首先 外源基因表达持续的时间很短 虽然外源基因导入后最快可在215小时有表达 但大多1 2月后表达量降至很低 外源基因表达的时间主要由于所构建的表达载体和基因导入的靶细胞组织器官不同而存在巨大差异 电击穿孔法 动物转基因技术课件 11 电击穿孔法流程图 动物转基因技术课件 12 显微注射法是指在显微镜下操作的微量注射技术 可将细胞的某一部分 如细胞核 细胞质或细胞器 或外源物质 如外源基因 DNA片段 信使核糖核酸 蛋白质等 通过玻璃毛细管拉成的细针 注射到细胞质或细胞核内 是研究各种生物分子的作用 制作转基因动物 克隆动物等的重要技术 显微注射法转入基因长度可以达到数百kb 并能随机地整合在受体细胞染色体DNA上 并且直接 相对容易控制应用范围广 但是有时会导致转基因动物基因组的重排易位 缺失或者定点突变 显微注射法 动物转基因技术课件 13 显微注射法流程图 动物转基因技术课件 14 脂质体为人工膜泡 可作为体外物质传递的载体 将需要转移的外源DNA或RNA包裹于脂质体内 位于脂质体内具有磷脂双层结构 与细胞膜类似 因此可以与细胞膜融合 从而将外源DNA转入到宿主细胞 此种方法转基因效率高 脂质体载体包埋法 动物转基因技术课件 15 脂质体载体包埋法流程 动物转基因技术课件 16 反转录病毒具有侵入宿主细胞并整合于细胞染色体DNA的能力 将外源基因DNA插入反转录病毒载体 通过辅助细胞包装成高感染度的病毒颗粒 感染胚胎后 将感染的桑椹期胚胎细胞导入子宫 可发育成携带外源基因的子代动物 该法整合率较高 目的基因不易破坏 多是单拷贝 单位点整合 适合于难以观察到原核的禽类受精卵 由于病毒衣壳大小的限制 目的基因不宜超过10kb 否则影响活性和稳定 此外 病毒DNA可能影响外源基因在宿主动物的表达 病毒转染法 动物转基因技术课件 17 病毒转染法流程图 动物转基因技术课件 18 转基因动物产业的发展也异常迅猛 据统计 全球现有以转基因技术为核心的公司超过40家 已成为21世纪生物技术领域的支柱产业 1998年全球动物生物技术产品销售额估计为6 2亿美元 预计到2010年仅在农业领域销售额将达到110亿美元 其中75亿美元来自转基因动物品种 而利用转基因动物制作生物反应器生产药物和功能蛋白的销售额预计可达500亿美元 可见 虽然部分转基因动物还处于研究与开发生产阶段 但该项技术给我们生产和生活所带来的益处已引起国际学术界和产业界的高度关注 转基因动物的应用 动物转基因技术课件 19 发育生物学的研究转基因动物可用于观察目的基因在胚胎不同发育阶段的特异性表达 关闭及调控机制 了解调控顺序 如增强子 启动子 在组织特异性表达中的作用 此外 转基因动物还可用于识别动物发育过程中的基因 包括内源基因 及其活动 也可测出与动物发育相关的未知基因的表达特性 遗传学研究利用自然突变或人为修饰的基因作为外源基因 构建转基因动物 研究导人的异常基因的表型效应 可以了解基因站构和功能的盖系 还可用于基因组印迹分析 遗传缺陷的矫正等 生命现象的基础理论研究 动物转基因技术课件 20 心血管疾病的研究各种调节心血管功能的因子如转脂蛋白 转纤维蛋白溶酶原等都可通过转基因动物来了解其生理功能及作用 建立如动脉粥样硬化 突发性高血压 静脉闭塞等转基因动物模型 肿瘤学研究肿瘤基因的发现是近10年来肿瘤学研究的重大突破 现已发现乳腺癌基因等100多个肿瘤基因 实验证明 各种脊椎动物都携带肿瘤基因 在通常情况下并不引起细胞癌变 只有在某些条件下才能被激活使癌细胞增生而导致癌变 建立带有肿瘤基因的转基因动物可了解哪些组织对肿瘤基因转化活性敏感 肿瘤形成与其基因的关系 肿瘤基因生长分化影响等等 遗传病研究通常是将功能正常的外源基因导入动物体的靶细胞内 用来弥补缺陷的基因 改变患病细胞的遗传物质 进行基因治疗 相反的将显性疾病基因或一个 甚至多个外源基因人为地导入动物体内 就可制备遗传性疾病的转基因动物模型 研究和治疗人类遗传性疾病 免疫学研究巴宾耐特 Babinet 发现虽然转基因小鼠产生HBsAg 但在6个月内没有任何病理变化 表现为一种持续的带病毒状态 这些结果表明 乙型肝炎患者的肝细胞损伤不是由HBV的HBsAg表达直接引起 而是通过对肝细胞膜上的病毒抗原发生免疫反应造成的 因此 可以用转基因小鼠模型来研究免疫耐受与肝细胞损伤的关系以探讨发病机制 此外 转基因小鼠还为研究第l和第 类主要组织相容性抗原的功能提供了新手段 医学研究 动物转基因技术课件 21 经典的遗传育种方法要在同种或亲源关系很近的种间才能进行 并且受到变异或突变的限制 而使用重组DNA技术在短时间内就可使亲缘关系很远的种间遗传信息进行交换和重组 另外由于转基因动物可以稳定地整合外源基因 并在合适的组织表达 还能将这种性状遗传给后代 这样就可以生产出生长快 产肉 产毛 产奶更多而耗料极少的转基因家畜 为家畜改良提供一条重要的途径 改良和培育动物新品种 动物转基因技术课件 22 一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫动物生物反应器 bioreactor 几乎任何有生命的器官 组织或其中一部分都可经过人为驯化为生物反应器 从生产的角度考虑 生物反应器选择的组织和器官要方便产物的获得 例如 乳腺 膀胱 血液 腹水等 由此发展了动物乳腺生物反应器 动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等 为医药 食品及畜牧业的发展开辟了极为广阔的天地 动物生物反应器 动物转基因技术课件 23 动物乳腺生物反应器简介 动物乳腺生物反应器利用哺乳动物乳腺特异性表达的启动子元件构建转基因动物 指导外源基因在乳腺中表达 并从转基因动物的乳液中获取重组蛋白 动物乳腺有广泛表达外源基因的能力 可以生产各种蛋白质和多肽 从小分子肽到大分子蛋白质 从分泌型蛋白到内膜蛋白 多聚蛋白 二价抗体等 显示动物乳腺是一种很好的生物反应器 在生产高附加值蛋白质方面有广泛用途 用动物乳腺生产重组蛋白质产品还有产品活性高 产量高 产品易于纯化 生产成本低等优势 据专家估计 用细胞培养方法生产1 药物蛋白 成本800 5000美元 而乳腺生物反应器方法只需0 02 0 50美元 传统药物的研制生产周期是15 20年 乳腺生物反应器方法一般为5年 生物反应器技术已成为当今生物工程技术的制高点和市场竞争热点 动物转基因技术课件 24 我国是从1984年开始转基因动物研究的 并于同年获得了含人 珠蛋白基因的转基因小鼠 利用显微注射法 1985年和1986年又分别获得了含人生长激素 MT hGH 基因的转基因泥鳅和小鼠 1987年获得含有大肠杆菌galk和gpt基因的转基因小鼠 以后又相继获得了含HbgAg乙型肝炎表面抗原基因的转基因兔 转基因猪 含促红细胞生成素 EPO 和HbgAg2种基因乳腺特异性表达的转基因山羊 含人凝血因子IX的转基因山羊 含人血清白蛋白基因的转基因奶牛 乳腺表达 生物钢 蛋白基因的转基因老鼠 30 2003年3月 中国农业大学取得我国首例转基因体细胞克隆牛成功 31 同年10月 第二头转有人岩藻糖转移酶基因的体细胞克隆牛出生 这标志着我国已经成熟掌握了转基因体细胞克隆牛的技术体系 在该领域的研究跻身世界前列 人民网 2004年 利用精子载体法制备乳腺生物反应器的转基因兔模型获得成功 该项目由中国军事医学科学院主持 获得F 代转基因兔184只 通过鉴定发现 转基因阳性后代89只 阳性率48 4 动物基因工程研究现状 动物转基因技术课件 25 尽管转基因动物发展迅速 对人们的健康生活起了巨大作用 但是目前仍存在一些问题 首先 转基因技术支撑体系不够完善 主要表现为目前转基因动物的成功率不高 体细胞克隆等技术环节还有待完善 并且有些技术会对动物健康产生危害 这就需要研究者在转基因技术的基础理论研究方面进行更为深入