基因工程的應(yīng)用

基因工程的應(yīng)用第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，在短短的30年間，得到了飛速的發(fā)展，目前已成為生物科學(xué)的核心技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域——農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源和醫(yī)藥衛(wèi)生等。第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1.3基因工程的應(yīng)用植物基因工程碩果累累動物基因工程前景廣闊基因工程藥物異軍突起基因治療曙光初照第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四抗蟲棉（左）和普通棉（右）的葉子轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（黃色枯萎植株）棉花、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花等。成果：一.植物基因工程碩果累累①抗蟲轉(zhuǎn)基因植物第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四方法：用于殺蟲的目的基因主要有：從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲性。Bt毒蛋白基因(重點)、

蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。意義：少農(nóng)藥、低成本、少污染。第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四思考：1.細(xì)菌的基因之所以能“嫁接”到棉花細(xì)胞內(nèi)，原因是?

組成細(xì)菌和棉花的DNA分子的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成相同

2.利用基因工程培育抗蟲棉，與誘變育種和雜交育種相比，有什么優(yōu)點？是屬于哪種變異？3.抗蟲棉能抗病嗎？第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四B.目的基因使用最多的病毒外殼蛋白基因（CP基因和病毒的復(fù)制酶基因C.成果：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。②抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病毒基因：幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因抗真菌基因：A.引起植物生病的病原微生物主要有：病毒、真菌和細(xì)菌等。（這些基因的轉(zhuǎn)化植物表現(xiàn)出對同種病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性

）第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四③抗逆轉(zhuǎn)基因植物A.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？鹽堿、干旱、低溫和澇害等B.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)C.在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四③抗逆轉(zhuǎn)基因植物A.方法：將導(dǎo)入植物，獲抗逆性作物?？鼓婊駼.基因種類：抗除草劑基因、抗凍蛋白基因、調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因。第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四C.成果：A.利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，提高作物抗旱和抗鹽堿能力；B.將魚的抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄，提高番茄的抗凍能力。C.將抗除草劑基因?qū)朕r(nóng)作物中，在噴灑除草劑時，殺死雜草而不殺死農(nóng)作物。第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四提高植物的光合作用效率

改造光合作用中起關(guān)鍵作用的CO2固定酶，能提高植物對CO2的固定效率；還可以通過增強植物對光能吸收與轉(zhuǎn)化的功能來提高光合作用效率，提高作物的產(chǎn)量。④利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

延長果實的儲藏期乙烯是催熟果實的一種激素，在其形成過程中需要乙烯形成酶。通過基因工程可以獲得能抑制乙烯形成酶基因表達(dá)的植物新品種，這些轉(zhuǎn)基因植物的果實既保持了原有的品質(zhì)，又延長了儲藏期。④利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有８種：蘇氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、亮氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，對人的健康不利。另外12種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。還記得必需氨基酸嗎？第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四④利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)成果A.將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)的編碼基因?qū)胗衩?，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米賴氨酸含量提高30％。B.將控制番茄果實成熟的基因?qū)敕?，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄，儲存期可以達(dá)2個月。C.將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛出現(xiàn)自然界沒有的顏色變異。第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

科學(xué)家將菜豆儲存蛋白的基因轉(zhuǎn)移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。這一過程不涉及（C）A.DNA按照堿基互補配對原則自我復(fù)制B.DNA以其一條鏈為模板合成RNAC.RNA以自身為模板自我復(fù)制D.按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質(zhì)第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四二、動物基因工程前景廣闊①用于提高動物生長速度目的基因？舉例說明②用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì)舉例說明③用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物如何操作？生產(chǎn)出哪些藥物？④用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體如何操作？（重點理解）第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四①用于提高動物的生長速度轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）和同齡的鯉魚（下）A.基因：外援生長激素基因B.成果:轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因綿羊。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四②用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)A.病癥：有些人對牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀B.優(yōu)良基因：腸乳糖酶基因C.方法：腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，獲得轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁，其中乳糖的含量大大減低。乳糖腸乳糖酶半乳糖第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四③用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物動物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)基本成熟A.基因來源：藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動子B.成果:乳腺（房）生物反應(yīng)器第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四C.操作過程是怎樣的？a、獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）b、構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加乳腺蛋白基因的啟動子）c、用顯微注射法導(dǎo)入到受精卵d、將受精卵送入母體內(nèi)生長發(fā)育e、轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，提取乳汁注意：只有雌性轉(zhuǎn)基因個體才能生產(chǎn)藥物。第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四乳腺生物反應(yīng)器：指以轉(zhuǎn)基因雌性動物個體的乳腺分泌乳汁來生產(chǎn)所需藥品。優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好成本低、易提取成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、α－抗胰蛋白酶第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？⑴乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。⑵從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。⑶從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四④用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體A.供體：抑制或除去抗原決定基因供體動物：豬實現(xiàn)目標(biāo)難題：B.成果（預(yù)期）：結(jié)合克隆技術(shù)培育出沒有免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官免疫排斥第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四C.解決方法：

將器官供體基因組導(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)，或設(shè)法除去抗原決定基因，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。第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四可長人耳的裸鼠第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提取？從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:

由于受原料來源的限制，數(shù)量少且價格十分昂貴。三、基因工程藥物異軍突起（重點理解）第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四3.可利用什么方法來解決上述問題？

利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。（P21）基因工程藥品包括：細(xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四三、基因工程藥物異軍突起A.方式：利用轉(zhuǎn)基因工程菌來生產(chǎn)藥品。B.成果：利用工程菌可生產(chǎn)細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4~5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。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)。基因工程藥品——胰島素

基因工程藥物第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白。幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。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，每300L血液只能提取出1mg干擾素。

基因工程藥品——干擾素

基因工程藥物第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

治療侏儒癥的唯一方法，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，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰L激素

基因工程藥物目前我國生產(chǎn)的基因工程藥物有白細(xì)胞介素－2、干擾素、乙肝疫苗等。第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1基因治療：是指是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。（重要）2方法：A.體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。（效果較為可靠）

B.體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。四、基因治療曙光初照（應(yīng)用）第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四復(fù)合性免疫缺陷癥（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或者病毒感染，就會發(fā)病死亡。這個病的機理是細(xì)胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡稱ADA）的基因（ada）發(fā)生了突變?？梢酝ㄟ^基因工程的方法治療。SCID患者生存在無菌環(huán)境中第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四用于基因治療的基因種類1、用正?；虼嫒毕莼颍蛞揽科浔磉_(dá)產(chǎn)物來彌補病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。2、反義基因。用mRNA分子與病變的mRNA分子進行互補，阻斷蛋白質(zhì)的合成。3、自殺基因。編碼可殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因。第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

體內(nèi)基因治療利用修飾的腺病毒作為載體，將治療囊性纖維病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者的肺部組織中。第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

基因芯片

從正常人的基因組中分離出DNA與DNA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DNA與DNA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DNA信息?；蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。第38頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四基因工程中的關(guān)鍵詞目的基因受體細(xì)胞

限制酶黏性末端磷酸二酯鍵DNA連接酶運載體質(zhì)粒標(biāo)記基因基因組文庫cDNA文庫表達(dá)載體重組質(zhì)粒啟動子終止子轉(zhuǎn)化