基因工程的应用

1、,基因工程的应用,1.举例说出植物基因工程的成果。,3.举例说出基因工程药品。,学习目标：,4. 概括出基因治疗的原理及过程。,2.举例说出动物基因工程的成果。,5. 关注基因工程的发展、认同基因工程的应用促进生产力的提高。,植物基因工程,动物基因工程,基因工程药物异军突起,基因治疗曙光初照,一、植物基因工程硕果累累,大面积种植的国家,一、植物基因工程硕果累累,植物基因工程技术主要用于哪些方面?,提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）, 以及改良农作物的品质和 利用植物生产药物等方面.,(一)抗虫转基因植物,1.虫害给农作物带来了哪些影响? 传统农业如何 防治害虫?

2、有哪些不足?,2.如何获得抗虫植物？现在有哪些抗虫植物问世?,请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,1.常用的抗虫基因有哪些？ 2.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何而来?对哺乳动物有害吗？ 3.将抗虫基因导入植物细胞中用的最多的方法是什么？我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独创的方法?,（二）抗病转基因植物,1.什么是病原微生物？有哪些种类？,引起生物生病的微生物， 主要有病毒、真菌和细菌等,2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外壳蛋白基因； 病毒的复制酶基因,许多栽培植物由于自身缺少抗病毒的基因,4.在

3、抗真菌转基因植物中使用什么基因？,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,（三）其他抗逆转基因植物,1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,细胞内的渗透压调节,3.在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,调节细胞渗透压的基因,4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？,鱼的抗冻蛋白基因,5.抗除草剂基因有何用途？,喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物,（四）利用转基因改良植物的品质,人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。 必需氨基酸共有种：赖

4、氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。 如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。 另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？ 如何用转基因的方法加以改良？试举例说明？,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物 (改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性),转基因延熟番茄的目的基因是,控制番茄果实成熟的基因,延长果实的储藏期,转基因矮牵牛的目的基因是,与植物花青素代谢有关的基因,培育有观赏价值的花卉,转基因蓝玫瑰,二、动物基因工程前景广阔,（一）用于提高动物生长速度,动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等,导入外源生

5、长激素基因,（二）用于改善畜产品的品质,有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁，在其他营养成分不受影响的情况下，乳糖的含量大大减低。,乳糖,乳糖酶,半乳糖,设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的乳腺。,（三）用转基因的动物生产药物,（1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 （2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。 （3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动

6、物又可无限繁殖。,设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,将 基因与 等调控组件重组在一起，通过 等方法，导入哺乳动物的 中，将 其 送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,乳腺生物反应器的优点： 产量高；质量好；成本低；易提取。,药物蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,获取目的基因（例如血清白蛋白基因） 构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子） 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成胚胎 将胚胎送入母体动物 发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体 中，转入

7、的基因才能表达）。,思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？,继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答： （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_。 （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。 （3）通常采用 _ _技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。 （4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 _细胞中特异表达。 （5）膀胱生物发生器比乳腺生物反应器有什么优点？,显微注射法,受精卵,具全能性，可使外源基因在相应

8、的组织细胞中表达,乳腺生物反应器是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。,DNA分子杂交,膀胱上皮细胞,（四）用转基因动物作器官移植的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造,方法：将器官供体基因组导入 ， 以抑制的 表达或设法除去 ，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,某种调节因子,抗原决定基因,抗原决定基因,科学前沿,趣味展望,三、基因工程药物异军突起,转基因抗乙肝西红柿，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基

9、因稳定化。这种西红柿培育历时十年，先是在实验室生长，等各种安全因素达标后，才移至户外，进行封闭种植。,1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.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。,3.可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能

10、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！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药品 胰岛素,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,干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染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

11、种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些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。1987年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品 干扰素,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,1、基因治疗概念：,四、基因治疗曙光初照,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。 （把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）,2、实例：,将腺苷酸脱氨酶基因转入

12、取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,对严重复合型免疫缺陷症的治疗,复合型免疫缺陷症的基因工程治疗,复合型免疫缺陷症患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶的基因发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。,患者生存在无菌环境中,1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静

13、脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。,体外基因治疗：从病人体内获取某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。,体外基因治疗,体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。,3、基因治疗的类型,4、基因治疗的发展现状： 处于初期的临床试验阶段,5、用于基因治疗的基因种类： 正常基因、反义基因和自杀基因,畅想,假如你拥有了基因工程技术，你最想用于哪方面？如何操作？,课 堂 总 结,练 习,1、转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程就是改造CO2固定酶。其目 的是（ ） A、提高光合作用效率 B、延长果实的储藏期 C、培育新作物品种 D、提高植物的抗性,A,2、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白基因