六基因工程及其应用简介课件

第二节基因工程及其应用基因工程广东省惠州市博罗县博罗中学生物科组陈神林基因决定性状（实例一）青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素基因决定性状（实例二）家蚕能够吐出蚕丝为人类利用基因决定性状（实例三）豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮设想一能否让禾本科的植物(如水稻、小麦)也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”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。一、基因工程原理问题探讨：为什么能将人的胰岛素的基因嫁接到大肠杆菌中呢？你推测出这种嫁接是如何实现的吗？剪拼接转基因工程的原理基因重组操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果人类需要的基因产物（一）、概念：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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，定向地改造生物的性状。新的生物产品甲生物乙生物取出优秀基因“剪切”

“拼接”新类型表达基因工程

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？

不能，这就需要有专门的工具对DNA分子进行操作。（二）、基因操作的工具基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：１、基因的“剪刀”──限制性内切酶（限制酶）（1）分布：主要在微生物中。（2）特点：专一性，即识别特定核苷酸序列，切割特定位点。（3）.结果：产生黏性末端（碱基互补配对）例如：大肠杆菌的EcoRⅠ，能专一识别GAATTC的序列，在G与A之间将这段序列切开。思考：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。２、基因的针线──DNA连接酶连接酶的作用是：将用同种限制酶切割后的两种来源不同的DNA分子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。基因的针线：DNA连接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同种限制酶切割连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。3、基因的运输工具——运载体要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。3.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。1.作用：将外源基因送入受体细胞。2.条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因运载体3、基因的运载体——最常用的运载体质粒质粒的特点最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，存在于许多细菌及酵母菌等生物中，细胞DNA外能自主复制的小型环状DNA分子常用的运载体除了质粒还有噬菌体和动植物病毒等。目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。㈡基因操作的基本步骤１、提取目的基因——将

需要的基因从供体生物

的细胞内提取出来。供体生物细胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶Flash展示提取目的基因的方法用限制酶切断成许多片段⑴直接分离基因——鸟枪法将供体生物的DNA用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。

该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成仪有两种方法：

①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。

②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。从供体细胞的DNA中直接分离基因方法：鸟枪法（1）鸟枪法的过程：（一）提取目的基因的途径逆转录法根据已知氨基酸序列合成DNA人工合成基因（真核细胞）供体细胞中DNA许多DNA片段限制酶结合运载体导入受体细胞目的基因目的基因的mRNA单链DNA逆转录双链DNA（目的基因）合成分离DNA复制（2）逆转录法的过程：氨基酸序列推测mRNA核苷酸序列推测基因的核苷酸序列化学合成目的基因2、目的基因与运载体结合用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。（二）目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）质粒DNA分子同一种限制酶处理一个切口两个黏性末端两个切口获得目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？三种情况：目的基因与目的基因结合质粒与质粒结合

目的基因与质粒结合3、将目的基因导入受

体细胞并使之扩增导入扩增要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。

为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的通透性。（3）将目的基因导入受体细胞导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙4、目的基因的检测和表达无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物细菌的检测，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。检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。小结基因工程的基本内容基因操作基本步骤基因操作的工具限制性内切酶DNA连接酶运载体2.目的基因与运载体结合4.目的基因的检测和表达3.将目的基因导入受体细胞1.提取目的基因1、干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05μg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的

，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来

。（2）酵母菌能用

方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产

。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。基因产生干扰素出芽干扰素练一练2、细菌通常是具有双链环状DNA的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是abd和ABD，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌B基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。练一练（1）从细胞的结构看，细菌属于

生物。（2）图中剪切DNA的“剪刀”和粘接DNA的“胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在DNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有

的特点。（3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种

。（4）假如B基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类

。（5）在DNA分子中“拼接”上某个基因或“切割”掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有

原核专一性基因重组共用一套密码子相对的独立性练一练二、基因工程的成果和发展前景１、基因工程与医药卫生我国生产的部分基因

工程疫苗和药物⑴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。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。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%!干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。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“基因工程的应用与发展---科技博览基因工程乙肝疫苗”录像⑵基因诊断与基因治疗运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。２、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。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)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基因工程的应用与发展前景---农作物转基因抗虫法录像01基因工程的应用与发展前景---转基因水稻录像02通过研究“基因敲除”的耗子将帮助研究人类的癌症、糖尿病和高血压等慢性疾病与遗传的关系。转基因羊

具有生长快、毛质、肉质好、疾病少及耐粗饲料等优点。导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物

在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪”。

通过对“安迪”的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。3、基因工程与环境保护⑴环境监测：

基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来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。⑵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。21世纪将是基因工程迅速发展并完善的世纪，也是它产生巨大效