1.3基因工程的应用(新).ppt

1、1.3 基因工程的应用,基因工程的实际应用领域（非常广泛）： 农牧业、工业、环境、能源、医药卫生等,基因工程应用的生物： 植物、动物、微生物,生物科学的核心技术,一、植物基因工程,植物基因工程主要用于提高农作物的抗逆能力,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 (二)抗病转基因植物 (三)抗逆转基因植物 (四)利用转基因技术改良植物的品质,(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? 有哪些不足?,3.现在已有哪些抗虫植物问世?,2.抗虫转基因植物的优点？,减少环境污染、减低生产成本、提高产量,棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄、大豆等

2、,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,转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因,抗虫基因，抗虫的原理？,(一)抗虫转基因植物,当害虫食用含有转基因的植物时，Bt基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比较小的、有毒的多肽。多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。,主要杀虫基因：,Bt毒蛋白对哺乳动物无毒害？,（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

3、多的是什么基因？,病毒外壳蛋白（coat protein，CP）基因； 病毒的复制酶基因,许多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因,几丁质酶基因、抗毒素合成基因,4.抗真菌基因有？,（二）抗病转基因植物,（三）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？,鱼的抗冻蛋白基因,（三）抗逆转基因植物,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,（三）抗逆转

4、基因植物,（四）利用转基因改良植物的品质,人体必不可少，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： 甲硫氨酸（蛋氨酸）、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸。 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。 如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。,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？,将必需氨基酸含量多的植物中的相关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,（四）利用转基因改良植物的品质,转基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果实成熟的基因,（四）利用转基因改良植物

5、的品质,可延长储存时间12个月,大大提高花卉的观赏价值,转基因矮牵牛的目的基因是什么？,与植物花青素代谢有关的基因,蓝色妖姬,（四）利用转基因改良植物的品质,异想天开,发光树,二、动物基因工程应用前景广阔,1、提高生长速度 2、改善畜产品的品质 3、生产药物 4、作为器官移植的供体 等方面,应用的方面：,1.用于提高动物生长速度,原因：外源生长激素基因表达产生生长激素，可以使转基因动物生长更快,转基因鲤鱼,将外源生长激素基因导入相应动物体内,2.用于改善畜产品的品质,优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低。,3.用转基因的动物生

6、产药物（重点）,优点：产量高、质量好、成本低、易提取,方法：乳腺/乳房生物反应器,注意：雌性个体才能生产药物,将药用/物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵移植入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物（雌性个体）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/乳房生物反应器,3.用转基因的动物生产药物（重点）,为什么乳腺能成为转基因药物理想的表达场所呢？ 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。 从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的

7、蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。 从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,3.用转基因的动物生产药物（重点）,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上在乳腺中特异性表达的启动子，如乳腺蛋白基因的启动子） 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？,膀胱生物反应器更理想的生物反应器,4.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

8、某种调节因子，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,人体器官移植面临的问题： 供体器官短缺 免疫排斥/异反应（受体排斥）,三、基因工程药物异军突起,药品直接从生物的相关组织、细胞或血液中提取。,由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。,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。,传统生产方法的缺点,可利用什么方法来解决上述问题？,在传统的药品生产中，像胰岛素、干扰素等特效药物是如何制备的？,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。,常见基因工程药物： 细胞因子（白细胞介素、干

9、扰素、肿瘤坏死因子、B细胞生长因子）、抗体、疫苗（乙肝疫苗）、激素（促肾上腺皮质激素、生长激素、胰岛素）、酶（-抗胰蛋白酶）等,三、基因工程药物异军突起,传统方法中，胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，如此，其产量之低和价格之高可想而知。,将胰岛素基因导入大肠杆菌制备的工程菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药物 胰岛素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。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。获取非常的困难。 而现在可以利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入

10、大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，就相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药物 生长激素,从人血中提取干扰素，300L血液中才能提取1mg！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素,基因工程药物 干扰素（抗病毒的特效药）,利用微生物生产药物的优越性何在?,利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。 有以下优越性： （1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。 （2）可以

11、解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。 （3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。,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）,1990年9月14日，安德森对一例患腺苷酸脱氨酶(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。 他们将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，然后把这种淋巴细

12、胞转入体内。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗。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。,2、实例：,2、实例：对严重复合型免疫缺陷症的治疗,1994年美国科学家，用经过修饰的腺病毒做载体，将治疗囊性纤维病的正常基因，成功转入患者肺组织中，从而治疗了该遗传病。,实例：对囊性纤维化病的治疗,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；进行基因治疗十分困难；存在安全、伦理方面的困难。,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,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

13、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,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。（碱基互补配对）,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。 例如： 白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 诊断白血病,五、基因芯片,概念：DNA芯片；寡核苷酸芯片；DNA微阵列 原理：DNA分子杂交 应用：基因测序 基因诊断|疾病诊断：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DNA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。,典例：基因芯片测序 基因芯片的测序原理是DNA分子杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法先在