基因工程的应用选修公开课

1、1.3 基因工程的应用,一、植物基因工程硕果累累,植物基因工程技术：1.提高农作物的抗逆能力 2.改良农作物的品质 3.利用植物生产药物,植物基因工程在农业中应用发展迅速，1996年-2001年，短短5年中，全世界转基因作物的种植面积增长了30倍。其中转基因大豆，棉花，油菜，玉米已经入了大规模商业化应用阶段。,1.抗虫转基因植物,方法：,目的基因：,从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,成果：,转基因抗虫棉；转基因抗虫水稻等。,目的基因,病毒外壳蛋白基因（CP基因） 病毒的复制酶基因,成果：,

2、抗烟草花叶病毒的转基因烟草 抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。,2.抗病转基因植物,抗病毒基因：,几丁质酶基因 抗毒素合成基因,抗真菌基因：,引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和细菌,抗烟草花叶病毒转基因甜椒,抗病毒转基因西葫芦,抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是 A抗病毒转基因植物，可以抵抗所有病毒 B抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性 C抗病毒转基因植物可以抗害虫 D抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异,3.其他抗逆转基因植物,耐寒、耐旱转基因水稻,3.抗逆转基因植物,成果：,A.利用调节细胞渗透压的基因，提高作物抗旱和抗盐碱能力； B.将鱼的抗冻蛋白基因转入

3、番茄，提高番茄的抗冻能力。 C.将抗除草剂基因导入农作物中，在喷洒除草剂时，杀死杂草而不杀死农作物。,4.利用转基因改良农作物品质,成果：,A.将富含赖氨酸的蛋白质的编码基因导入玉米，获得的转基因玉米赖氨酸含量提高30。 B.将控制番茄成熟的基因带入番茄，获得转基因延熟番茄，储存期可以达2个月。 C.将与植物花青素有关的基因导入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现颜色变异。,含大量维生素的转基因玉米,抗癌抗衰老的紫色西红柿,转入维生素A合成酶基因的大米,转基因矮牵牛,转基因蓝玫瑰,转入荧光酶的转基因烟草苗,5.利用转基因植物生产药物,可用于生产治疗罕见疾病的蛋白药物的转基因玉米,二.动物基因工程-前景广

4、阔,1.用于提高动物生长速度,2.用于改善畜产品品质,3.用转基因动物生产药物,4.用转基因动物做器官移植的供体,1.用于提高动物生长速度,转入外源生长激素基因的“超级小鼠”,目的基因：,生长激素基因,2.用于改善畜产品的品质,“乳糖不耐症” 乳糖含量低的奶牛： 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,(1）乳腺（房）生物反应器：,指以转基因雌性动物个体的乳腺分泌乳汁来生产所需药品。,成果：,抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋白酶,3.用转基因动物生产药物,药用蛋白基因,目的基因：,过程：,获取目的基因 （药用蛋白基因）,构建基因表达载体 （药用蛋白基因与乳腺蛋白基因启动子等调控组件重组）,显微注射

5、 （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 （只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,动物进入泌乳期 （分泌的乳汁中包含所需要的药物）,优点：,产量高、质量好、成本低、易提取,生物学家通过基因工程培育出了能够通过乳房生物反应器生产人的血清蛋白。 （1）“分子手术刀”_， （2）“分子缝合针”， （3）“分子运输车” 。 （4）操作步骤：从人的基因组文库中获取目的基因；目的基因与_结合构建基因表达载体；在基因表达载体中还应插入_和终止子。然后把基因表达载体导入牛的_，通过发育形成的牛体细胞含人的_，成熟的牛产的的奶中含有_，证明基因操作成功。 （5）人的基因

6、在牛体内能表达,说明人和牛_,优点：,（2）膀胱反应器,1、收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。 2、可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。 3、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。,继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，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：,将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是。 进行基因转移时，通常要将外源基因转 入中，原因是 。 通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。 在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 细胞

7、中特异表达,显微注射 技术,受精卵 （或早期胚胎）,受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能 性可使外源基因在相应组织细胞表达,DNA分子杂交,膀胱上皮,4.用转基因动物做器官移植的供体,供体动物：,猪,存在难题：,解决方法：,将供体基因组导入某种基因调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，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。,免疫排斥,（T细胞）,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,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。,1.基因工程药品 胰岛素,三. 基因工程药物-异军突起,传统生产方法的缺点,产量低，价格

8、昂贵，远不能满足社会需要。,可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,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%。 胰岛素是第一个基因工程药物。,干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。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

9、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。,2.基因工程药品 干扰素,治疗侏儒症的唯一方法，是注射生长激素。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。,3.基因工程药品 生长激素,目前我国生产的基因工程药物有白细胞介素2、 干扰素、乙肝疫苗等。,传统疫苗存在许多缺点：生产过程需大量繁殖病原体，对工作人员健康造成很大威胁；

10、病原体的减毒、灭活有可能不够彻底，导致接种者直接感染。 基因工程疫苗：将起关键作用的、序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本身，所以安全，还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞，生产多价疫苗。,4 基因工程药品 基因工程疫苗,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,下列不属于基因工程方法生产的药品是( ) A. 干扰素 B. 白细胞介素-2 C. 青霉素 D. 乙肝疫苗,四. 基因治疗曙光初照,基因治疗是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。这是治疗遗传病的最有效的手段。,基因治疗：,原理：,把健康动物的

11、正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中，存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的正常基因，在病人体内两种基因都能表达，正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物，从而治愈有了基因缺陷的疾病。,基因诊断：,基因诊断是用放射性同位素，荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。,1.体外基因治疗,例如：,复合型免疫缺陷症的体外治疗,直接原因：,缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA）,根本原因：,腺苷酸脱氨酶（ADA）基因缺失,方 法：,将ADA基因转入患者的淋巴细胞,2.体内基因治疗：,例如：,直接向人体细胞中转移基因,囊性纤

12、维病治疗,利用修饰的腺病毒作为载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部组织中。,？,38,载体 治疗基因,受体 细胞,重组 受体细胞,患者 体内,导入,形成,体外培养 后导入,直接导入,体外基因治疗,体内基因治疗,注意！,对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。理论上基因治疗的最佳时期是受精卵时期，这样可以使每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如对于遗传性糖尿病患者，只对胰岛B细胞进行基因替换，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其他部位细胞的基因，如精原细胞，其后代可能还会患该病。 基因治疗只能替换或修复部分体

13、细胞的缺陷基因，不能对有缺陷的体细胞进行全面修复。,20世纪80年代后半期发展起的一门新技术-基因敲除技术 基因敲出主要是应用DNA同源重组原理，将同源DNA片段导入受体细胞，使同源DNA片段在原有位置替代靶基因片段，从而达到基因敲除的目的。基因敲除既可以使用突变基因或其他基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因,3.基因治疗的发展现状： 处于初期的临床试验阶段,4.用于基因治疗的基因种类： 正常基因、反义基因和自杀基因,五.基因芯片,基因芯片是特定序列的DNA片段（基因探针） 从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与D

14、NA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,基因工程与食品业,基因工程为人类开辟新的食物来源。 1）鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,基因工程为食品工业中提供了什么前景？,基因工程与环境保护,1）用于环境监测。 2）用于被污染环境的净化。,基因工程在环保方面有什么应用？,例如：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。,通过基因工程方法怎样进行环境监