现代生物科技专题基因工程的应用(第一章第三节).ppt

一一、植物基因工程、植物基因工程 转基因工程技术主要用于提高转基因工程技术主要用于提高农作物的农作物的抗逆能力抗逆能力,以及以及改良农作改良农作物的品质物的品质和利用植物和利用植物生产药物生产药物等方等方面。面。1、抗虫转基因植物、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质、利用转基因改良植物的品质二、动物基因工程前景广阔二、动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广特点：发展较迟，应用方面广1、提高生长速度、提高生长速度2、改善畜产品的品质、改善畜产品的品质3、生产药物、生产药物4、作为器官移植的供体、作为器官移植的供体乳腺生物反应器乳腺生物反应器将将药用蛋白基因药用蛋白基因与与乳腺蛋白乳腺蛋白基因基因的的启动子启动子等调控组件重组在等调控组件重组在一起，通过一起，通过显微注射显微注射等方法，导等方法，导入哺乳动物的入哺乳动物的受精卵受精卵中，将受精中，将受精卵送入母体内，使其生长发育成卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物转基因动物。乳腺生物反应器乳腺生物反应器本质：本质：优点：优点：转基因动物转基因动物1 1、安全可靠、安全可靠2 2、产量高、产量高3 3、成本低、成本低4 4、无污染、无污染用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物（重点）（重点）优点：优点：产量高、质量好、产量高、质量好、成本低、易提取成本低、易提取乳腺生物反应器乳腺生物反应器 过程：过程：1、重组重组药用蛋白基因与乳腺蛋白药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子基因的启动子2、用显微注射法、用显微注射法导入导入到受精卵到受精卵3、将受精卵、将受精卵送入送入母体生长发育母体生长发育4、转基因动物进入泌乳期后，、转基因动物进入泌乳期后，提提取取乳汁乳汁注意：注意：雌性个体才能生产药物雌性个体才能生产药物在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、生长激素直接生物体的哪些结构中提取？生长激素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的药品直接从生物的组织、细胞组织、细胞或或血液血液中提取。中提取。传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格十分十分昂贵昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效率高效率地生产出各种地生产出各种高质量、低成本高质量、低成本的药品。的药品。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射生，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘摘取垂体取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激素生长激素基因导入大肠杆菌基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人中，使其生产生长激素。人们从们从450L450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-4-5g5g的胰岛素，其产量之低和价格的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。之高可想而知。将合成的胰岛素将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，基因导入大肠杆菌，每每2000L2000L培养液就能产培养液就能产生生100g100g胰岛素！使其胰岛素！使其价格降低了价格降低了30%-50%!30%-50%!基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素2DNA 质粒质粒细菌细胞细菌细胞DNA人体细胞人体细胞胰岛素基因胰岛素基因限制酶限制酶限制酶限制酶胰岛素胰岛素利用生物工程获得胰岛素利用生物工程获得胰岛素1 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的一种的一种糖蛋白糖蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗抵抗所有所有病毒引起的病毒引起的感染感染，是一种，是一种抗病抗病毒毒的的特效药特效药。此外干扰素对。此外干扰素对治疗治疗某某些些癌症癌症和和白血病白血病也有一定疗效。也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人传统的干扰素生产方法是从人血液中的血液中的白细胞内提取。白细胞内提取。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素从人血中提取干扰素，从人血中提取干扰素，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！通过基因工程通过基因工程的方式创造了能合的方式创造了能合成人干扰素的大肠成人干扰素的大肠杆菌，每杆菌，每1Kg1Kg的培的培养液可提取养液可提取202040mg40mg干扰素。干扰素。人人造造血血液液及及其其生生产产基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素三、基因工程药物三、基因工程药物项目项目本质本质功能功能传统方法传统方法现代方法现代方法胰岛素胰岛素干扰素干扰素（、）乙型肝炎乙型肝炎疫苗疫苗蛋白质蛋白质治疗糖治疗糖尿病尿病动物胰脏中动物胰脏中提取提取大肠杆菌大肠杆菌细胞细胞糖糖蛋蛋白白治疗病毒治疗病毒性肝炎和性肝炎和肿瘤肿瘤人血液中人血液中提取提取酵母菌酵母菌细胞细胞乙肝乙肝抗原抗原预防预防乙肝乙肝酵母菌酵母菌细胞细胞基因诊断：基因诊断：也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。疾病进行诊断。探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素(如如3232P)P)、荧光分、荧光分子子等标记的等标记的DNADNA分子；分子；原原 理：利用理：利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照基因探针：基因探针：基因探针就是一段与目的基因基因探针就是一段与目的基因或或DNADNA互补的互补的特异核苷酸序列特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部它包括整个基因，或基因的一部分；可以是分；可以是DNADNA本身，也可以是本身，也可以是由之转录而来的由之转录而来的RNARNA。基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫镰刀状细胞贫血症血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症苯丙酮尿症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的的DNADNA探针探针 白血病白血病举例举例基因治疗：基因治疗：是指是把是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶转移酶基因缺陷基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。19711971年，美国科学家在体外做了试验，用年，美国科学家在体外做了试验，用带带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。病是可能的。基因治疗的方法基因治疗的方法体外基因治疗：体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，进从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成基行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患胞扩增培养，最后重新输入患者体内。者体内。直接向人体组织细胞中转移直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。基因的治病方法。实例实例:遗传性囊性纤维化病遗传性囊性纤维化病1994年美国科学家利用经过修饰过的腺病年美国科学家利用经过修饰过的腺病毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。体内基因治疗：体内基因治疗：取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内P53基因病毒P53蛋白膜瘤细胞变小4）用于基因治疗的基因种类）用于基因治疗的基因种类正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。其表达产物。反义基因反义基因:即通过产生的即通过产生的mRNA分子，与病分子，与病变基因产生的变基因产生的mRNA 进行互补进行互补(杂交杂交)，来阻，来阻断非正常蛋白质的合成。断非正常蛋白质的合成。自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。白酶基因。阅读书阅读书P24页页基因工程与环境保护基因工程与环境保护1）用于）用于环境监测环境监测。2）用于被污染）用于被污染环境的净化环境的净化。基因工程在环保方面有什么应用？基因工程在环保方面有什么应用？例如：用例如：用DNA探针探针可以检测可以检测饮用水中饮用水中病毒病毒的含量。此方法的特点是的含量。此方法的特点是快速、灵敏快速、灵敏，1吨水中有吨水中有10个病毒也能检测出来。个病毒也能检测出来。通过基因工程方法怎样进行环境监测？通过基因工程方法怎样进行环境监测？1）用基因工程产物）用基因工程产物“超级细菌超级细菌”分解石分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌超级细菌”。2）用基因工程培养出）用基因工程培养出“吞噬吞噬”汞和降解土壤汞和降解土壤中中DDT的的细菌细菌，以及能够，以及能够净化镉污染净化镉污染的的植物植物。3）通过基因重组构建新的）通过基因重组构建新的杀虫剂杀虫剂，取代生产，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程图通过基因工程回收和利用工业废物回收和利用工业废物。通过基因工程方法怎样净化被污染的环境通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？为什么乳腺能成为基因药物最理想的表为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？达场所呢？乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的生理转基因动物本身的生理代谢反应。代谢反应。从乳汁中获取目的基因产物，从乳汁中获取目的基因产物，产量高产量高，易提纯易提纯，表达的蛋白质已经过充分的，表达的蛋白质已经过充分的修饰修饰加工加工，具有稳定的生物活性。，具有稳定的生物活性。从乳汁中从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产物获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。的同时，转基因动物又可无限繁殖。1 1基因治疗是指（基因治疗是指（）A.A.对对有有基基因因缺缺陷陷的的细细胞胞进进行行修修复复，从从而而使使其其恢恢复复正常，达到治疗疾病的目的正常，达到治疗疾病的目的B.B.把把健健康康的的外外源源基基因因导导入入到到有有基基因因缺缺陷陷的的细细胞胞中中，达到治疗疾病的目的达到治疗疾病的目的C.C.运运用用人人工工诱诱变变的的方方法法，使使有有基基因因缺缺陷陷的的细细胞胞发发生基因突变恢复正常生基因突变恢复正常D.D.运运用用基基因因工工程程技技术术，把把有有缺缺陷陷的的基基因因切切除除，达达到治疗疾病的目的到治疗疾病的目的B 1.1.DNADNA分分子子杂杂交交技技术术可可比比较较不不同同种种生生物物DNADNA分分子子的的差差异异。将将来来自自不不同同种种生生物物的的两两条条DNADNA单单链链进进行行杂杂交交，两两种种生生物物 的的DNADNA分分子子碱碱基基序序列列越越相相似似，形形成成的的杂杂合合双双链链区区的的部部位位就就越越多多。某某人人用用甲甲乙乙丙丙三三种种生生物物的的DNADNA单单链链进进行行杂杂交交实实验验，结结果果如如右右图图所所示示，根根据据图图判判断断，下下列列叙叙述述中中错错误误的的是是 （多多选选）A A游游离离的的单单链链所所对对应应的的原原物物种种DNADNA片片段段均均不不含含遗遗传传信信息息 B B杂杂合合双双链链区区的的存存在在表表示示两两种种生生物物携携带带的的遗遗传传密密码码相相同同 C C甲甲与与乙乙的的亲亲缘缘关关系系比比甲甲与与丙丙的的亲亲缘关系远缘关系远 D D甲与乙的亲缘关系比乙与丙的亲缘关系近甲与乙的亲缘关系比乙与丙的亲缘关系近 ABDABD uu现有储备苏云金杆菌的现有储备苏云金杆菌的BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因的的cDNAcDNA文库。简述培育抗虫棉的操作过文库。简述培育抗虫棉的操作过程。程。用限制酶从用限制酶从cDNAcDNA文库中获取文库中获取BtBt毒蛋白基因；毒蛋白基因；将将BtBt毒蛋白基因插入农杆菌毒蛋白基因插入农杆菌TiTi质粒的质粒的T-DNA,T-DNA,构建基因表达载体；构建基因表达载体；通过农杆菌转化法导入棉花受体细胞；通过农杆菌转化法导入棉花受体细胞；检测筛选出成功转化的棉花细胞；检测筛选出成功转化的棉花细胞；通过植物组织培养形成抗虫棉植株。通过植物组织培养形成抗虫棉植株。uu简述培育可以生产乙肝疫苗简述培育可以生产乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原)的转基因牛的方法步骤。的转基因牛的方法步骤。用限制酶从乙肝病毒用限制酶从乙肝病毒DNADNA中获取表面抗原基因中获取表面抗原基因;将抗原基因和将抗原基因和乳腺蛋白基因的启动子等乳腺蛋白基因的启动子等 调控组件调控组件同时插入质粒，构建基因表达载体；同时插入质粒，构建基因表达载体；通过显微注射的方法导入山羊的受精卵；通过显微注射的方法导入山羊的受精卵；检测筛选出成功转化的受精卵检测筛选出成功转化的受精卵,培养成胚胎；培养成胚胎；将胚胎植入代孕母牛将胚胎植入代孕母牛,使其生长发育转基因牛使其生长发育转基因牛.uu用用工程酵母菌工程酵母菌生产乙肝疫苗生产乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原)用限制酶从乙肝病毒基因文库中获取抗原用限制酶从乙肝病毒基因文库中获取抗原 蛋白基因蛋白基因;将抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达将抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达 载体；载体；用用CaCa+处理酵母菌使之成为感受态细胞，处理酵母菌使之成为感受态细胞，将重组质粒导入酵母菌；将重组质粒导入酵母菌；检测筛选出成功转化的酵母菌，进行检测筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵发酵 培养培养。uu复合型免疫缺陷症患者缺失腺苷酸脱氨酶基因复合型免疫缺陷症患者缺失腺苷酸脱氨酶基因（A A基因）基因）,造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶。简述用造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶。简述用基因治疗基因治疗方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。从患者体内分离出淋巴细胞进行培养；从患者体内分离出淋巴细胞进行培养；用限制酶从正常人体细胞中获取用限制酶从正常人体细胞中获取A A基因，插入基因，插入 质粒构建基因表达载体；质粒构建基因表达载体；用显微注射法将重组质粒导入淋巴细胞；用显微注射法将重组质粒导入淋巴细胞；检测筛选出成功转化的淋巴细胞，转入患者检测筛选出成功转化的淋巴细胞，转入患者 体内；体内；一段时间内，检测患者体内是否产生腺苷酸一段时间内，检测患者体内是否产生腺苷酸 脱氨酶。脱氨酶。