高中三年級(jí)上學(xué)期生物《基因工程的應(yīng)用》教學(xué)課件

基因工程的應(yīng)用

胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程物---重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。

除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有那些應(yīng)用呢？醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述1.植物方面①1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物

種植面積增加了一百多倍；②美國(guó)是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積

最大的國(guó)家③世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花；④我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，

商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜；⑤轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)點(diǎn)：

減少化學(xué)殺蟲劑使用量（生物防治）

增加作物產(chǎn)量

增加經(jīng)濟(jì)收益（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述2.動(dòng)物方面①有些成果正在進(jìn)入實(shí)用化和商業(yè)化開發(fā)的階段；②2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國(guó)獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（二）具體內(nèi)容

基因工程被廣泛用于改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物①實(shí)例

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯②相關(guān)基因

具有抗蟲功能的基因基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用2.轉(zhuǎn)基因抗病植物①實(shí)例

轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草②相關(guān)基因

來源于某些病毒、真菌等的抗病基因基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物①培育目的

噴灑除草劑時(shí)，雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷②實(shí)例

轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等③相關(guān)基因

___________________降解或抵抗某種除草劑的基因基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用4.改良植物的品質(zhì)①目的

提高植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等②實(shí)例

高賴氨酸玉米、轉(zhuǎn)基因矮牽?；ǖ娶巯嚓P(guān)基因

必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、與植物花青素代謝相關(guān)的基因等基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)①實(shí)例

轉(zhuǎn)基因牛（分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低）②解決的問題

有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受③相關(guān)基因

____________腸乳糖酶基因基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體基因改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.基因改造微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物①常見藥物類型

細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等②應(yīng)用

可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等；③實(shí)例

我國(guó)生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞刺激因子等基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用資料卡——干擾素

干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對(duì)于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。

傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的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1mg干擾素。

1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。

1993年我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物①實(shí)例

乳腺（乳房）生物反應(yīng)器（牛、山羊）②相關(guān)基因

藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組③過程藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥物早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植早期胚胎基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物④應(yīng)用

目前，已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品注意：1.乳腺生物反應(yīng)器并不是指轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的，而是這個(gè)轉(zhuǎn)基因生物。2.將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起的目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)。3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的幾乎所有細(xì)胞中。4.生物反應(yīng)器除了用乳腺，還可以用膀胱。5.膀胱生物反應(yīng)器相對(duì)于乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是不局限于性別與生長(zhǎng)期（乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期才會(huì)分泌）。6.研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組。7.用生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物，產(chǎn)物容易提取?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體①實(shí)例

用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題②選擇豬作為器官供體的優(yōu)點(diǎn)：a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似b.豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長(zhǎng)類動(dòng)物③選擇豬器官移植給人最大的難題是免疫排斥，

3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體④對(duì)豬的器官進(jìn)行改造的方法：在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(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，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆助器官?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.基因工程菌①概念

用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類，一般稱為基因工程菌②步驟

③應(yīng)用

利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用2.實(shí)例（1）凝乳酶①應(yīng)用

奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)②相關(guān)基因

編碼牛凝乳酶的基因③具體操作

將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用2.實(shí)例（2）淀粉酶、脂酶①具體操作

構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)②基因工程獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點(diǎn)

純度更高、生產(chǎn)成本顯著降低、生產(chǎn)效率較高乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較比較項(xiàng)目乳腺（房）生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞目的基因?qū)敕绞缴a(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異與天然蛋白質(zhì)完全相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH