【教学课件】第2节基因工程及其应用.ppt

第第2 2节节 基因工程及其应用基因工程及其应用从大肠杆菌说起胰岛素从大肠杆菌说起胰岛素 胰岛素胰岛素 每每100kg 猪或牛的胰腺中提取猪或牛的胰腺中提取 45g胰岛素胰岛素 1979年，利用大肠杆菌的年，利用大肠杆菌的DNA分子重组，分子重组，2000L培养液提取培养液提取100g，相当于相当于2吨猪胰腺中吨猪胰腺中提取的量提取的量 从大肠杆菌说起干扰素从大肠杆菌说起干扰素 干扰素干扰素（抗病毒的特效药，也可治疗乳腺癌、骨髓（抗病毒的特效药，也可治疗乳腺癌、骨髓 癌、淋巴癌等癌症和某些白血病）癌、淋巴癌等癌症和某些白血病）一千克纯的干扰素价值可达一千克纯的干扰素价值可达440亿美元。亿美元。传统生产方法：传统生产方法：血液中提出白细胞，然后用病血液中提出白细胞，然后用病毒去感染它，这时会产生干扰素，毒去感染它，这时会产生干扰素，1个细胞最多生个细胞最多生产产1001000个干扰素分子个干扰素分子 基因工程：基因工程：改造的大肠杆菌发酵生产：一天内改造的大肠杆菌发酵生产：一天内便可生产便可生产20万个干扰素分子。万个干扰素分子。1KG培养物中可以得培养物中可以得到到2040mg干扰素干扰素问题探讨问题探讨1 1、为什么要把人的基、为什么要把人的基、为什么要把人的基、为什么要把人的基因因因因“嫁接嫁接嫁接嫁接”到大肠杆菌到大肠杆菌到大肠杆菌到大肠杆菌上？上？上？上？2 2、把人胰岛素基因把人胰岛素基因把人胰岛素基因把人胰岛素基因“嫁接嫁接嫁接嫁接”到大肠杆菌中去到大肠杆菌中去到大肠杆菌中去到大肠杆菌中去后与普通细菌有什么不后与普通细菌有什么不后与普通细菌有什么不后与普通细菌有什么不同？同？同？同？3 3 3 3、怎样把人胰岛素基、怎样把人胰岛素基、怎样把人胰岛素基、怎样把人胰岛素基因因因因“嫁接嫁接嫁接嫁接”到大肠杆菌到大肠杆菌到大肠杆菌到大肠杆菌中去？中去？中去？中去？转入人胰岛素基因的大肠杆菌转入人胰岛素基因的大肠杆菌一、基因工程原理一、基因工程原理 基因工程又叫做基因拼接技术或基因工程又叫做基因拼接技术或DNADNA重组技术。重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别一种生物的个别基因基因复制出来，加以修饰复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，改造，然后放到另一种生物的细胞里，定定向地改造生物的遗传性状向地改造生物的遗传性状。原原 理：理：操作水平：操作水平：结结 果：果：目的基因目的基因供体细胞供体细胞受体细胞受体细胞基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状，定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。获得人类所需要的品种。获得新性状获得新性状提取提取提取提取培育转基因大肠杆菌的简要过程培育转基因大肠杆菌的简要过程你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪些？普通大肠杆菌普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素不能分泌胰岛素)人体组织细胞人体组织细胞胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入大肠杆菌大肠杆菌(含含胰岛素基因胰岛素基因)转基因大肠杆菌转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素能分泌胰岛素)培育转基因大肠杆菌的关键步骤培育转基因大肠杆菌的关键步骤1.ONE1.ONE胰岛素基胰岛素基因从人体因从人体细胞内提细胞内提取出来取出来2.TWO2.TWO胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连接连接3.THREE3.THREE胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体(大肠杆菌大肠杆菌)细胞细胞基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶（限制限制性核酸内切酶（限制限制性核酸内切酶（限制限制性核酸内切酶（限制酶）酶）酶）酶）基因操作的工具基因操作的工具 限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是主要是微生物微生物)内的内的一种酶，能将外来的一种酶，能将外来的DNA切断切断，由于这种切，由于这种切割作用是在割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制分子内部进行的，故名限制性内切酶。性内切酶。特点：特点：专一性专一性，即，即一种一种限制酶限制酶只能识别只能识别一种一种特定的特定的核苷酸序列核苷酸序列，并且能在，并且能在特定的切特定的切点点上切割上切割DNA分子。分子。大肠杆菌大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 练习使用练习使用EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，两条单链的切口，带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补互补配对配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶基因操作的工具基因操作的工具 DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙“缝合缝合缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的样一个重组的样一个重组的样一个重组的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键使用使用DNA连接酶制作重组连接酶制作重组DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组DNA分子分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组重组重组DNADNADNADNA分子分子分子分子(含抗虫基因含抗虫基因含抗虫基因含抗虫基因)怎样才能导入受怎样才能导入受怎样才能导入受怎样才能导入受体细胞体细胞体细胞体细胞(如棉花细胞如棉花细胞如棉花细胞如棉花细胞)？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具基因的运载工具基因的运载工具运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）细菌细胞质的）细菌细胞质的）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒质粒质粒 2 2）噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体或某些或某些或某些或某些动植物病毒动植物病毒动植物病毒动植物病毒质粒：质粒：质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主自主复制复制的很小的环状的很小的环状DNADNA分子分子。质粒质粒是基因工程是基因工程最常最常用用的的运载体运载体。绝大多数细菌质粒都绝大多数细菌质粒都是是闭合环状闭合环状DNADNA分子分子。有的。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个一个细菌中有多个。二、基因工程的应用二、基因工程的应用运用基因工程技术，获得了高产、稳产和具有运用基因工程技术，获得了高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。新品种。1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种基因工程在农业上的应用基因工程在农业上的应用 培育抗逆性品种培育抗逆性品种 将细菌的将细菌的抗虫、抗病毒、抗抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温高温等抗性基因转移到作物体等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。性。如转基因抗虫棉。抗虫基因作物的意义：抗虫基因作物的意义：减少农药的用量，降低了生产减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。的成本，减少了农药对环境的污染。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆 2002 2002年，中国转基因棉花达到年，中国转基因棉花达到150150万公万公顷，已经占到棉花产量的顷，已经占到棉花产量的1 13.3.我国大豆食用油近七成是我国大豆食用油近七成是“转基因转基因”产产品品 与与杂杂交交育育种种、诱诱变变育育种种相相比比较较，基基因因工工程程育育种的优点有哪些？种的优点有哪些？目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短基因工程在畜牧业的应用基因工程在畜牧业的应用 繁殖具有繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛质量的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。等优良品质的转基因动物（如奶牛）。该过程的重要步骤是该过程的重要步骤是重组重组DNA转移到转移到动物受精动物受精卵卵中。中。将人的生长激素基因和将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠超级小鼠”。2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物 用基因工程的方法生用基因工程的方法生产胰岛素、干扰素、白细产胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、以及胞介素、凝血因子、以及预防乙肝、霍乱、伤寒、预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾等的疫苗。疟疾等的疫苗。提高生产产量、降低提高生产产量、降低生产成本。生产成本。胰岛素是治疗糖尿病的特效胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，等动物的胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺胰腺只能提取只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛胰岛素！大规模工业化生产不素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其的药品产量问题，还使其价格降低了价格降低了30%-50%!30%-50%!干扰素治疗病毒感染简直干扰素治疗病毒感染简直是是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。平发挥了重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护 环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。测环境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质等毒害物质。