动物体细胞核移植技术和克隆动物

.,无菌、无毒消毒、灭菌、抗生素、定期更换培养液（清除代谢废物）营养合成培养基（血清、血浆）温度和pH36.50.5，7.2-7.4气体95%空气，5%CO2,知识回顾,动物组织,分散成单个细胞,细胞悬液,培养,胰蛋白酶胶原蛋白酶,胰蛋白酶胶原蛋白酶,原代培养,传代培养,动物细胞培养的结果：细胞群或细胞产物,.,众所周知，治疗烧伤需要做皮肤移植手术，这对烧伤病人来说可谓雪上加霜。他们本身已经够痛苦的了，还要进行皮肤移植，这意味着将从他们所剩无多的好皮肤上再移走一块。也就是说，这些已经受伤的患者，身上还要平添一处新的伤痕。如今，英国一家公司在实验室中培育出人造皮肤，有望结束烧伤患者的皮肤移植之痛。据英国每日邮报报道，小块的皮肤移植已经进入临床实验阶段。医生在6名志愿者的手臂上分别取下不足7平方厘米的皮肤，然后种上人造皮肤，用无菌的绷带包扎好。28天后，志愿者们的皮肤伤口全部愈合，几乎没留下什么疤痕，而且这些志愿者也没有任何排异反应，预后比较理想。人造皮肤的厚度与真正的皮肤也是一致的，皮肤由纤维蛋白原、血凝酶和纤维原细胞等所合成的基质组成。在显微镜下，它们几乎无异于自然生长的皮肤，甚至可以清晰地看到纵横密布的血管。,英国计划生产人造皮肤,.,对比：动物细胞培养、植物组织培养,.,细胞全能性,细胞有丝分裂,固体,营养物质,激素,液体,营养物质,血清等,完整植株,细胞群或细胞产物,无,有,有,无,植物组织培养技术是植物细胞工程技术的基础。动物细胞培养技术是动物细胞工程技术的基础。,复习植物细胞工程和动物细胞工程的部分内容。,.,动物细胞培养要经过脱分化吗？为什么？,思考,动物细胞的培养有各种用途，一般而言，动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。,.,多莉羊的培育过程,无性生殖,.,概念：将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育成动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物,核移植,（难度高）,受体细胞是M期的卵母细胞,动物体细胞核移植技术和克隆动物,细胞分化程度低，恢复全能性容易,.,、动物的克隆与植物克隆一样吗？,、用动物体细胞进行克隆的过程,其实际操作过程是什么？,动物克隆过程的实际是细胞核移植,不一样,思考题,.,体细胞核移植的过程（以高产奶牛为例）,培养,甲牛,乙牛,去除核,卵裂,重组胚胎,代孕母牛丙,移植,克隆牛,细胞核移植,胚胎移植,物理或化学方法激活,.,请看教材P48图2-21,思考：1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？用此细胞作为受体细胞有什么好处？2.通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？,M中期卵母细胞,诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。,卵母细胞体积大，便于操作；含有营养物质丰富，提供早期胚胎发育所需的营养；含有激活细胞核体现全能性的物质。,.,供体细胞（供核）,细胞培养,体细胞,卵巢卵母细胞（M中期：供质）,去核,无核卵母细胞,注入,细胞融合,重组细胞,重组胚胎,胚胎移植,代孕母体,生出与供体奶牛遗传基础相同的犊牛,归纳:1.共分成两大阶段：核移植和胚胎移植2.取卵细胞作受体细胞的原因是:它是最大的细胞,易操作,它发育可直接表达性状3.严格来说新个体有卵巢母细胞的细胞质有两个亲本的性状,核移植过程,细胞培养,.,1、体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？,思考题,2、在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？,3、用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，为什么？,4、动物克隆实例很多，为何多利就举世闻名呢？,5、对比多莉羊和课本高产奶牛的克隆过程，找出操作过程的不同点？,6、讨论分析上述哪一种措施更科学？并说明理由？,.,1、体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？,不是，克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但核外还有少部分DNA（如线粒体DNA）来自受体卵母细胞,思考题,此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。,.,2、在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？,为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏(P49小资料）。,3、用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，为什么？,10代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型，未发生突变。,思考题,.,4.动物克隆实例很多，为何多利就举世闻名呢？,在1997年2月英国罗斯林研究所韦尔穆特博士科研组公布体细胞克隆羊“多利”培育成功之前，胚胎细胞核移植技术已经有了很大的发展。实际上，“多利”的克隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程，但这并不能减低“多利”的重大意义，因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物，是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着：在理论上证明了，同植物细胞一样，分化了的动物细胞核也具有全能性,思考题,.,5、对比多莉羊和课本高产奶牛的克隆过程，找出操作过程的不同点？,多莉克隆过程的受体细胞是去核卵细胞，而高产奶牛的克隆过程的受体细胞是去核卵母细胞；多莉克隆过程是将供体细胞核注入受体细胞，而高产奶牛的克隆过程是将供体细胞注入受体细胞。,6、讨论分析上述哪一种措施更科学？并说明理由？,卵母细胞当中的细胞周期蛋白含量、活性比卵细胞高，用它作受体更容易成功，,将供体细胞注入受体细胞，使克隆动物更像供体动物，操作也方便。,思考题,.,胚胎移植技术,试管动物（婴儿）培养过程,受精卵,.,知识结构,动物细胞培养和核移植技术,动物细胞培养,动物体细胞核移植技术和克隆动物,核移植技术和克隆动物的概念,体细胞核移植技术的过程,体细胞核移植技术的应用前景,体细胞核移植技术存在的问题,.,.,体细胞核移植技术的应用,阅读教材P49页关于体细胞核移植技术的应用，归纳其应用领域。,.,1、加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育,2、保护濒危物种，增加存活数量,3、克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白,4、可以作为异种移植的供体，可以用于组织器官的移植,.,体细胞核移植技术存在的问题：,（1）成功率仍然非常低。,（2）绝大多数克隆动物还存在健康问题。许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，脏器缺陷，免疫失调等。,（3）对克隆动物食品的安全性问题存有争议。,.,思考与探究,1.幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种更易于培养？思考一下，这是什么道理？,提示：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反。所以，一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样，组织细胞的分化程度越低，则增殖能力越强，所以更容易培养。,.,思考与探究,2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？,动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。,.,3.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为30.8t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为34t。（1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。,可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。,该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。,.,（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？,从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成细胞分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。,.,4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。,研究方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。应用上：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。,.,知识拓展,1.动物细胞培养技术是如何发展起来的？,1907年，哈里森（Harrison）在无菌条件下用淋巴液作培养基，培养蛙胚神经组织存活数周，并观察到神经细胞突起的生长过程，由此创建了盖片覆盖凹窝玻璃悬滴培养法，奠定了动物组织体外培养的基础。之后，又有人将悬滴培养法改良为双盖片培养，提高了传代效率并减少了污染。1923年，卡雷尔（Carrel）设计了卡氏瓶培养法，扩大了组织生存空间。1951年，厄尔（Earle）发明了体外培养动物细胞的人工合成培养基。1951年，波米拉（Pomerat）设计了灌流小室，使细胞生活在不断更新的培养液中，便于作显微摄影和细胞代谢的研究。1957年，格拉夫（Graff）用灌流技术进一步提高了细胞悬浮培养的效率。1957年，杜尔贝科（Dulbecco）等人采用胰蛋白酶消化处理和应用液体培养基的方法，获得了单层细胞培养。单层培养法的出现，对组织培养的发展起了很大的推动作用。此后单层培养成为组织培养普遍应用的技术。20世纪60年代后，动物细胞大规模培养技术开始起步，并逐步发展。20世纪80年代后，随着基因工程和其他细胞工程技术的发展，细胞培养技术已成为转基因技术、生物制药及其他许多技术的基础，在现代生物技术中发挥着重要的作用。,.,知识拓展,2.为什么动物细胞要分散成单个细胞培养？用酶消化的是什么物质？,细胞原代培养时可以分散成单个细胞培养，也可以用细胞群（团）、组织块培养，经传代培养后，最终都为细胞培养。分散成单个细胞、细胞群（团）后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出；而用大块组织培养时，内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都较困难，因此，这些细胞在体外长时间的生存和生长就较困难。同时，分散成单个细胞培养，可使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。用酶消化的是细胞间基质，细胞间基质主要成分有胶原蛋白、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、弹性蛋白等成分。用蛋白酶可使其消化，从而使细胞相互分离。,.,知识拓展,3.体细胞核移植技术为什么要选择M期的卵母细胞做受体细胞？,细胞核移植技术中能用作受体细胞的通常有M期卵母细胞和受精卵（合子）。早期核移植技术中常用受精卵，后来基本上用M期卵母细胞取代了受精卵，主要因为两者的细胞质环境不同。有人认为重组需要的因子存在于M期卵母细胞的胞质中，而在原核形成时这些因子已被降解或用光，因此，原核扩张后受精卵去核可引起胞质中重组因子缺乏。成熟促进因子（MPF）是卵母细胞细胞质中重要的胞质影响因子，MPF的活性在卵母细胞减数分裂的MI