基因工程的應(yīng)用選修公開課PPT學(xué)習(xí)課件

1、 1.31.3 基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用 植物基因工程在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用發(fā)展迅速， 1996年-2001年，短短5年中，全世界 轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增長了30倍。 其中轉(zhuǎn)基因大豆，棉花，油菜，玉米已 經(jīng)入了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段。 1.1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 方法：方法： 目的基因：目的基因： 從某些生物中分離出具有從某些生物中分離出具有殺蟲活性殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)的基因，將其導(dǎo) 入作物中，使其具有抗蟲性入作物中，使其具有抗蟲性 BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制 劑基因、植物凝集素基因等劑基因、植物凝集素基因等 成果：成果： 轉(zhuǎn)基

2、因抗蟲棉；轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉；轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等。 目的基目的基 因因 病毒外殼蛋白基因（病毒外殼蛋白基因（CPCP基因）基因） 病毒的復(fù)制酶基因病毒的復(fù)制酶基因 成果：成果： 抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草 抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等。抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等。 2.2.抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物 抗病毒基因：抗病毒基因： 幾丁質(zhì)酶基因幾丁質(zhì)酶基因 抗毒素合成基因抗毒素合成基因 抗真菌基因：抗真菌基因： 引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和細(xì)菌引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和細(xì)菌 抗煙草花葉病毒轉(zhuǎn)基 因甜椒 抗病毒轉(zhuǎn)基因西葫蘆 抗病

3、毒轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后，以下說法正確的是 A抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，可以抵抗所有病毒 B抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，對病毒的抗性具有局限性或特異性 C抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲 D抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異 耐寒、耐旱轉(zhuǎn)基因水稻 3.3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物 成果：成果：A.A.利用調(diào)節(jié)利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓細(xì)胞滲透壓的基因的基因，提，提 高作物高作物抗旱抗旱和和抗鹽堿抗鹽堿能力；能力； B.B.將將魚魚的的抗凍蛋白抗凍蛋白基因基因轉(zhuǎn)入番茄，轉(zhuǎn)入番茄， 提高提高番茄番茄的抗凍能力。的抗凍能力。 C.C.將將抗除草劑抗除草劑基因基因?qū)朕r(nóng)作物中，導(dǎo)入農(nóng)作物中， 在噴灑除草劑時，殺死雜草而不殺在噴

4、灑除草劑時，殺死雜草而不殺 死農(nóng)作物。死農(nóng)作物。 4.4.利用轉(zhuǎn)基因改良農(nóng)作物品質(zhì)利用轉(zhuǎn)基因改良農(nóng)作物品質(zhì) 成果：成果：A.A.將將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)富含賴氨酸的蛋白質(zhì)的編碼基因的編碼基因?qū)胗駥?dǎo)入玉 米，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米賴氨酸含量提高米，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米賴氨酸含量提高3030。 B.B.將將控制番茄成熟控制番茄成熟的基因的基因帶入番茄，獲得轉(zhuǎn)帶入番茄，獲得轉(zhuǎn) 基因延熟番茄，儲存期可以達(dá)基因延熟番茄，儲存期可以達(dá)2 2個月。個月。 C.C.將與將與植物花青素植物花青素有關(guān)的基因有關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，?dǎo)入矮牽牛中， 轉(zhuǎn)基因矮牽牛出現(xiàn)顏色變異。轉(zhuǎn)基因矮牽牛出現(xiàn)顏色變異。 含大量維生素的轉(zhuǎn)基因 玉

5、米 抗癌抗衰老的紫色 西紅柿 轉(zhuǎn)入維生素轉(zhuǎn)入維生素A A合成酶基因的大米合成酶基因的大米 轉(zhuǎn) 基 因 矮 牽 牛 轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰 轉(zhuǎn)入熒光酶的轉(zhuǎn)基因煙草苗 5.5.利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物 可用于生產(chǎn)治療罕見疾病的蛋白藥物的轉(zhuǎn)基可用于生產(chǎn)治療罕見疾病的蛋白藥物的轉(zhuǎn)基 因玉米因玉米 二二. .動物基因工程動物基因工程-前景廣闊前景廣闊 1.1.用于提高動物生長速度用于提高動物生長速度 2.2.用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì)用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì) 3.3.用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 4.4.用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體 轉(zhuǎn)入生長激素基因的魚（上）和同齡的

6、魚轉(zhuǎn)入生長激素基因的魚（上）和同齡的魚 目的基因：目的基因：生長激素基因生長激素基因 “乳糖不耐癥” 乳糖含量低的奶牛： 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M (1(1）乳腺（房）生物反應(yīng)器：）乳腺（房）生物反應(yīng)器： 指以指以轉(zhuǎn)基因雌性動物轉(zhuǎn)基因雌性動物個體的乳腺分個體的乳腺分 泌泌乳汁乳汁來生產(chǎn)所需藥品。來生產(chǎn)所需藥品。 成果：成果： 抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、抗胰蛋抗胰蛋 白酶白酶 3.3.用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 藥用蛋白基因藥用蛋白基因目的基因：目的基因： 過程：過程： 獲取目的基因 （藥用蛋白基因） 構(gòu)建基因表達(dá)載體 （藥用蛋白基因與乳腺

7、蛋白基因啟動 子等調(diào)控組件重組） 顯微注射 （哺乳動物受精卵中） 形成胚 胎 將胚胎送入母體 動物 發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物 （只有在產(chǎn)下的雌性動物個體中，轉(zhuǎn) 入的基因才能表達(dá)） 動物進(jìn)入泌乳期 （分泌的乳汁中包含所需要的 藥物） 優(yōu)點：優(yōu)點： 產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取 生物學(xué)家通過基因工程培育出了能夠通過乳房生物反應(yīng)器生產(chǎn)人的 血清蛋白。 （1） “分子手術(shù)刀” _ _ ， （2） “分子縫合針” ， （3） “分子運輸車” 。 （4）操作步驟：從人的基因組文庫中獲取目的基因；目的基因與 _結(jié)合構(gòu)建基因表達(dá)載體；在基因表達(dá)載體中還應(yīng)插入 _和終止子。然后把基因表達(dá)

8、載體導(dǎo)入牛的_， 通過發(fā)育形成的牛體細(xì)胞含人的_，成熟的牛產(chǎn)的 的奶中含有_，證明基因操作成功。 （5）人的基因在牛體內(nèi)能表達(dá),說明人和牛 _ 優(yōu)點： （2）膀胱反應(yīng)器 1、收集產(chǎn)物蛋白比較容易，不必對動物造成傷害。 2、可以從動物一出生就收集產(chǎn)物，不論動物的性別和是否正處 于生殖期。 3、從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡便、高效。 繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了 一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合 成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答： 將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用的方法是 。 進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時，通常要將外源基因轉(zhuǎn)

9、 入中，原因是 。 通常采用 技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠 的基因組。 在研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)使外源基因在小鼠的 細(xì) 胞中特異表達(dá) 顯微注射顯微注射 技術(shù) 受精卵受精卵 （或早期胚胎）（或早期胚胎） 受精卵（或早期胚胎細(xì)胞）具有全能受精卵（或早期胚胎細(xì)胞）具有全能 性可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá)性可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá) DNA分子雜交分子雜交 膀胱上皮膀胱上皮 4.4.用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體 供體動物：豬豬 存在難題： 解決方法： 將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以 抑制抗原決定基因的表達(dá)抑制抗原決定基因的

10、表達(dá)，或設(shè)法除去抗或設(shè)法除去抗 原決定基因，原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒 有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。 免疫排斥免疫排斥（T T細(xì)胞）細(xì)胞） 導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠 一般臨床上使用的胰島素主要從一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺豬、牛等家畜的胰腺中提取，每中提取，每 100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰島素。胰島素。 1.基因工程藥品基因工程藥品 胰島素胰島素 三三. . 基因工程藥物基因工程藥物-異軍突起異軍突起 l 傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點 產(chǎn)量低，價

11、格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。 l 可利用什么方法來解決上述問題？可利用什么方法來解決上述問題？ 利用基因工程方法制造利用基因工程方法制造“工程菌工程菌”，可可高效率高效率地生產(chǎn)出各種地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、高質(zhì)量、 低成本低成本的藥品。的藥品。 1979年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌 DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實現(xiàn)了表達(dá)。 1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島 素投入市場，售價降低了30%50%。 胰島素是第一個基因工程藥物。 干擾素是干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生的一種的一種糖蛋白糖蛋白。幾乎能。幾乎能抵抗所有抵抗所有病毒引病毒引 起的起的感染感染，

12、是一種，是一種抗病毒的特效藥抗病毒的特效藥。此外對治療某些。此外對治療某些癌癥和白血病癌癥和白血病也有一也有一 定療效。定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取白細(xì)胞內(nèi)提取，每，每300L血液只血液只 能提取出能提取出1mg干擾素。干擾素。 19801982年，科學(xué)家用基因工程方法在年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得 了干擾素了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。年上述干擾素大量投放市場。 2.基因工程藥品基因工程藥品 干擾素干擾素 治療侏儒癥治

13、療侏儒癥的的唯一方法唯一方法，是注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。，是注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。 以前，要獲得生長激素需解剖尸體，從大腦的底部以前，要獲得生長激素需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體摘取垂體，并從中提取，并從中提取 生長激素。生長激素。 現(xiàn)利用基因工程方法，將人的現(xiàn)利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生中，使其生 產(chǎn)生長激素。產(chǎn)生長激素。 人們從人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的萬具尸體的 全部產(chǎn)量。全部產(chǎn)量。 3.基因工程藥品基因工程藥品 生長激素生

14、長激素 目前目前我國我國生產(chǎn)的基因工程藥物有生產(chǎn)的基因工程藥物有白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素2、 干擾素、乙肝疫苗等。干擾素、乙肝疫苗等。 基因工程艾滋病疫苗 基因工程乙肝疫苗 下列不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥品是( ) A. 干擾素 B. 白細(xì)胞介素-2 C. 青霉素 D. 乙肝疫苗 四四. . 基因治療曙光初照基因治療曙光初照 基因治療是把基因治療是把正?；蛘；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā) 揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。這是治療揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。這是治療遺傳病遺傳病的最有效的最有效 的手段。的手段。 基因治療：基因治療： 原理：原理： 把

15、健康動物的正?；?qū)牒腥毕莼虻氖荏w細(xì)胞中，存把健康動物的正?；?qū)牒腥毕莼虻氖荏w細(xì)胞中，存 在基因缺陷的病人細(xì)胞中既含有缺陷基因，又含有通過基因在基因缺陷的病人細(xì)胞中既含有缺陷基因，又含有通過基因 工程導(dǎo)入的正?；?，在病人體內(nèi)兩種基因都能表達(dá)，正常工程導(dǎo)入的正常基因，在病人體內(nèi)兩種基因都能表達(dá)，正常 基因的表達(dá)產(chǎn)物掩蓋了缺陷基因的表達(dá)產(chǎn)物，從而治愈有了基因的表達(dá)產(chǎn)物掩蓋了缺陷基因的表達(dá)產(chǎn)物，從而治愈有了 基因缺陷的疾病?；蛉毕莸募膊?。 基因診斷：基因診斷： 基因診斷是用放射性同位素，熒光分子等標(biāo)記的基因診斷是用放射性同位素，熒光分子等標(biāo)記的DNADNA分子做分子做 探針，利用探

16、針，利用DNADNA分子雜交原理，鑒定被檢測標(biāo)本上的遺傳信分子雜交原理，鑒定被檢測標(biāo)本上的遺傳信 息，達(dá)到檢測疾病的目的。息，達(dá)到檢測疾病的目的。 1.1.體外基因治療體外基因治療 例如：例如：復(fù)合型免疫缺陷癥的體外治療復(fù)合型免疫缺陷癥的體外治療 直接直接原因：原因：缺乏缺乏腺苷酸脫氨酶（腺苷酸脫氨酶（ADAADA） 根本根本原因：原因： 腺苷酸脫氨酶（腺苷酸脫氨酶（ADAADA）基因）基因缺失缺失 方方 法法：將將ADAADA基因轉(zhuǎn)入患者的淋巴細(xì)胞基因轉(zhuǎn)入患者的淋巴細(xì)胞 2.2.體內(nèi)基因治療體內(nèi)基因治療： 例如：例如： 直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因 囊性纖維病囊性纖維病治

17、療 利用修飾的利用修飾的腺病毒腺病毒作為載體，將治療囊性纖維病的正?；蜣D(zhuǎn)作為載體，將治療囊性纖維病的正常基因轉(zhuǎn) 入患者的肺部組織中。入患者的肺部組織中。 ？ 38 載體載體 治療基治療基 因因 受體受體 細(xì)胞細(xì)胞 重組重組 受體細(xì)胞受體細(xì)胞 患者患者 體內(nèi)體內(nèi) 導(dǎo)入導(dǎo)入 形成形成 體外培養(yǎng)體外培養(yǎng) 后導(dǎo)入后導(dǎo)入 直接導(dǎo)入直接導(dǎo)入 體體外外基因治療基因治療 體體內(nèi)內(nèi)基因治療基因治療 注意！ 對于遺傳病的治療最根本的方法是進(jìn)行基因替換或修復(fù)。理論上基因治療的最佳時期是受精卵時期，這樣可以 使每個細(xì)胞都含有正?；?，但在現(xiàn)實生活中是不可能的。其次是對患者進(jìn)行相關(guān)細(xì)胞的基因替換，如對于遺 傳性糖尿病

18、患者，只對胰島B細(xì)胞進(jìn)行基因替換，糖尿病得以治療；但這種局部細(xì)胞的基因替換，并沒有改變 其他部位細(xì)胞的基因，如精原細(xì)胞，其后代可能還會患該病。 基因治療只能替換或修復(fù)部分體細(xì)胞的缺陷基因，不能對有缺陷的體細(xì)胞進(jìn)行全面修復(fù)。 20世紀(jì)80年代后半期發(fā)展起的一門新技術(shù)-基因敲除技術(shù) 基因敲出主要是應(yīng)用DNA同源重組原理，將同源DNA片段導(dǎo)入受體細(xì)胞，使同源DNA片段在原有位置替代 靶基因片段，從而達(dá)到基因敲除的目的?；蚯贸瓤梢允褂猛蛔兓蚧蚱渌蚯贸鄳?yīng)的正?；?，也 可以用正?；蚯贸鄳?yīng)的突變基因 3.3.基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀： 處于初期的臨床試驗階段處于初期的臨床試驗

19、階段 4.4.用于基因治療的基因種類：用于基因治療的基因種類： 正?；?、反義基因和自殺基因正常基因、反義基因和自殺基因 五五.基因芯片基因芯片 基因芯片是特定序列的基因芯片是特定序列的DNADNA片段（基因探針）片段（基因探針） 從正常人的基因組中分離出從正常人的基因組中分離出DNADNA與與DNADNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜；芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜； 從病人的基因組中分離出從病人的基因組中分離出DNADNA與與DNADNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。芯片雜交就可以得出病變圖譜。 通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNADNA信息。信

20、息。 基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動化基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動化 等特點，將成為一項現(xiàn)代化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷診斷新技術(shù)。新技術(shù)。 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后，以下說法正確的是 A抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，可以抵抗所有病毒 B抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，對病毒的抗性具有局限性或特異性 C抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲 D抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異 3.3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物 成果：成果：A.A.利用調(diào)節(jié)利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓細(xì)胞滲透壓的基因的基因，提，提 高作物高作物抗旱抗旱和和抗鹽堿抗鹽堿能力；能力； B.B.將將魚魚的的抗凍蛋白

21、抗凍蛋白基因基因轉(zhuǎn)入番茄，轉(zhuǎn)入番茄， 提高提高番茄番茄的抗凍能力。的抗凍能力。 C.C.將將抗除草劑抗除草劑基因基因?qū)朕r(nóng)作物中，導(dǎo)入農(nóng)作物中， 在噴灑除草劑時，殺死雜草而不殺在噴灑除草劑時，殺死雜草而不殺 死農(nóng)作物。死農(nóng)作物。 一般臨床上使用的胰島素主要從一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺豬、牛等家畜的胰腺中提取，每中提取，每 100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰島素。胰島素。 1.基因工程藥品基因工程藥品 胰島素胰島素 三三. . 基因工程藥物基因工程藥物-異軍突起異軍突起 l 傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點 產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。 l 可利用什么方法來解決上述問題？可利用什么方法來解決上述問題？ 利用基因工程方法制造利用基因工程方法制造“工程菌工程菌”，可可高效率高效率地生產(chǎn)出各種地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、高質(zhì)量、 低成本低成本的藥品。的藥品。 治療侏儒癥治療侏儒癥的的唯一方法唯一方法，是注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。，是注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。 以前，要獲得生長激素需解剖尸體，從大腦的底部以前，要獲得生長激素需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體摘取垂體，并從中提取，并從中提取 生長激素。生長激素。 現(xiàn)利用基因工程方法，將人的現(xiàn)利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其