《基因工程应用》课件.ppt

1、,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,1.植物基因工程硕果累累,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。,1.抗虫转基因植物,抗虫棉叶子,正常棉叶子,使用化学农药的缺点： 造成环境污染 损害人类健康 增加生产成本 用于杀虫的基因主要是： 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,目的基因：,病毒外壳蛋

2、白基因（CP基因） 病毒的复制酶基因,成果：,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。,1.植物基因工程硕果累累,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,2.抗病转基因植物,抗烟草花叶病毒转基因甜椒,抗病毒转基因西葫芦,抗病转基因植物所采用的基因：病毒外壳蛋白基因 病毒的复制酶基因 抗真菌的基因： 几丁质酶基因 抗毒素合成基因,1.植物基因工程硕果累累,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番茄，提高番茄的抗冻能力。 C.将

3、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。,3.其他抗逆转基因植物,耐寒、耐旱转基因水稻,1.植物基因工程硕果累累,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。,4.利用转基因改良植物的品质,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,2.动物基因工程前景广阔,用于提高

4、动物生长速度,目的基因：,生长激素基因,例如：,将外源生长激素基因导入鲤鱼体内，9个月后转基因鲤鱼比对照组重1.5Kg。,肠乳糖酶基因,例如：,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使转基因奶牛中乳糖含量大大降低。,用于改善畜产品品质,目的基因：,1.用于提高动物生长速度,二、动物基因工程前景广阔,转入外源生长激素基因的“超级小鼠”,基因工程在畜牧业的应用,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。 该过程的重要步骤是重组DNA转移到动物受精卵中。,将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。,2.用于改善畜产品的品质,“乳

5、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,2.动物基因工程前景广阔,药用蛋白基因,用转基因动物生产药物,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 （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）,2.动物基因工程前景广阔,乳腺生物反应器：,用转基因动物生产药物,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。,优点：,产量高 质量好 成本低 易提取,成果：,抗凝

6、血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋白酶,3.用转基因的动物生产药物,人治疗性抗体转基因奶牛,含有人凝血因子的转基因羊,乳腺生物反应器生产抗凝血酶蛋白,2.动物基因工程前景广阔,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,特殊动物,图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器

7、官提供巨大的帮助。,3. 基因工程药物,在传统的药品生产中，某些药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 如胰岛素从生物胰腺中提取，干扰素从血液中提取。,传统生产方法的缺点,由于受原料来源的限制，数量少且价格十分昂贵。,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。,胰岛素是治疗糖尿病的特效药。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，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978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，用2000ml 大肠杆菌发酵液得到100kg胰岛素

8、。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%。,基因工程药品 胰岛素,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%!,干扰素是病毒侵入细胞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，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素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

9、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,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。,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。治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长激素。 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

10、全部产量。,基因工程药品 生长激素,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；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。,基因工程药品 基因工程疫苗,基因诊断：,也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。 探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子； 原 理：利用DNA分子杂交原理；,四、基因

11、治疗曙光初照,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。,DNA分子杂交原理：,DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。,1）珠蛋白的DN

12、A探针 镰刀状细胞贫血症 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病,举例,39,4. 基因治疗,基因治疗：,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。,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,首例基因治疗的受益者 （美国1990年）,到1998年底，世界范围内累计3134人接受了基因转移试验,1990年美国国立卫生研究院治愈一位“重症联合免疫缺陷综合症”的4岁女孩,基因治疗：用一个正常的基因来代替缺陷基因,ADA基因缺陷ADA：腺苷酸脱氨酶,基因治疗的分类 体外基因治疗：先从病人体内获取某种细胞，例如T淋巴细胞，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增培养，最后重新输入患者体内。 体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。,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。,4. 基因治疗,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