《基因工程应用》课件.ppt

基因工程的应用基因工程的应用一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累植物基因工程技术：植物基因工程技术：植物基因工程技术：植物基因工程技术：1.1.提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力 2.2.改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质 3.3.利用植物生产药物利用植物生产药物利用植物生产药物利用植物生产药物1.1.植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累抗虫转基因植物抗虫转基因植物方法：方法：目的基因：目的基因：从某些生物中分离出具有从某些生物中分离出具有杀虫活性杀虫活性的的基因，将其导入作物中，使其具有抗基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性虫性BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等因等成果：成果：转基因抗虫棉；转基因抗虫水稻转基因抗虫棉；转基因抗虫水稻等。等。1.1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫棉抗虫棉叶子叶子正常棉正常棉叶子叶子使用化学农药的缺点：使用化学农药的缺点：造成环境污染造成环境污染损害人类健康损害人类健康增加生产成本增加生产成本 用于杀虫的基因主要是：用于杀虫的基因主要是：Bt毒蛋白基因毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因等植物凝集素基因等目的目的基因：基因：病毒外壳蛋白基因（病毒外壳蛋白基因（CPCP基因）基因）病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因成果：成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。等。1.1.植物基因工程硕果累植物基因工程硕果累累累抗病转基因植物抗病转基因植物抗病毒基因：抗病毒基因：几丁质酶基因几丁质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、真菌和引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和细菌细菌2.2.抗病转基因植物抗病转基因植物抗烟草花叶病毒转基因甜椒抗病毒转基因西葫芦抗病转基因植物所采用的基因：抗病转基因植物所采用的基因：病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因抗真菌的基因：抗真菌的基因：几丁质酶基因几丁质酶基因抗毒素合成基因抗毒素合成基因1.1.植物基因工程硕果累植物基因工程硕果累累累抗逆转基因植物抗逆转基因植物成果：成果：A.A.利用调节利用调节细胞渗透细胞渗透压压的基因，提高作物的基因，提高作物抗旱和抗盐碱能力；抗旱和抗盐碱能力；B.B.将鱼的将鱼的抗冻蛋白抗冻蛋白基基因转入番茄，提高番因转入番茄，提高番茄的抗冻能力。茄的抗冻能力。C.C.将将抗除草剂抗除草剂基因导基因导入农作物中，在喷洒入农作物中，在喷洒除草剂时，杀死杂草除草剂时，杀死杂草而不杀死农作物。而不杀死农作物。3.3.其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物耐寒、耐旱转基因水稻1.1.植物基因工程硕果累植物基因工程硕果累累累利用转基因改良农作物品质利用转基因改良农作物品质成果：成果：A.A.将将富含赖氨酸的蛋白质富含赖氨酸的蛋白质的编的编码基因导入玉米，获得的转基码基因导入玉米，获得的转基因玉米赖氨酸含量提高因玉米赖氨酸含量提高3030。B.B.将将控制番茄成熟控制番茄成熟的基因带入的基因带入番茄，获得转基因延熟番茄，番茄，获得转基因延熟番茄，储存期可以达储存期可以达2 2个月。个月。C.C.将与将与植物花青素植物花青素有关的基因有关的基因导入矮牵牛中，转基因矮牵牛导入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现颜色变异。出现颜色变异。4.4.利用转基因改良植物的品质利用转基因改良植物的品质含大量维生素的转基因玉米抗癌抗衰老的紫色西红柿转入维生素转入维生素A A合成酶基因的大米合成酶基因的大米转基因矮牵牛转基因蓝玫瑰转入荧光酶的转基因烟草苗2.2.动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度目的基因：目的基因：生长激素基因生长激素基因例如：例如：将外源生长激素将外源生长激素基因导入鲤鱼体基因导入鲤鱼体内，内，9 9个月后转基个月后转基因鲤鱼比对照组因鲤鱼比对照组重重1.5Kg1.5Kg。转入生长激素基因的转入生长激素基因的鱼（上）和同龄的鱼鱼（上）和同龄的鱼肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因例如：例如：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使转基因奶牛中乳糖含量大大降低。使转基因奶牛中乳糖含量大大降低。用于改善畜产品品质用于改善畜产品品质目的基因：目的基因：1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度二二、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔转入外源生长激素基因的转入外源生长激素基因的“超级小鼠超级小鼠”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.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质“乳糖不耐症乳糖不耐症”乳糖含量低的奶牛：乳糖含量低的奶牛：将将肠乳糖酶肠乳糖酶基因导入奶牛基因组基因导入奶牛基因组2.2.动物基因工程前景广动物基因工程前景广阔阔药用蛋白基因药用蛋白基因用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物目的基因：目的基因：过程：过程：获取目的基因获取目的基因（药用蛋白基因）（药用蛋白基因）构建基因表达载体构建基因表达载体（药用蛋白基因与（药用蛋白基因与乳腺蛋乳腺蛋白白基因启动子等调控组件基因启动子等调控组件重组）重组）显微注射显微注射（哺乳动物受精卵中（哺乳动物受精卵中）形成胚形成胚胎胎将胚胎送入母体动将胚胎送入母体动物物发育成转基因动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）体中，转入的基因才能表达）动物进入泌乳期动物进入泌乳期（分泌的乳汁中包含所（分泌的乳汁中包含所需要的药物）需要的药物）2.2.动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔乳腺生物反应器：乳腺生物反应器：用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物指以转基因雌性动物指以转基因雌性动物个体的乳腺分泌乳汁个体的乳腺分泌乳汁来生产所需药品。来生产所需药品。优点：优点：产量高产量高质量好质量好成本低成本低易提取易提取成果：成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物人治疗性抗体转基因奶牛含有人凝血因子的转基因羊乳腺生物反应器生产抗凝血酶蛋白2.2.动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔用转基因动物做器官移植的供体用转基因动物做器官移植的供体供体动物：供体动物：猪猪存在难题：存在难题：解决方法：解决方法：将供体基因组导入某种基因调将供体基因组导入某种基因调节因子，以节因子，以抑制抗原决定基因抑制抗原决定基因的表达的表达，或设法除去抗原决定或设法除去抗原决定基因，基因，再结合克隆技术，培育再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。克隆猪器官。免疫排斥免疫排斥（T T细胞）细胞）导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠特殊特殊动物动物 图为图为20012001年年1212月底出生的月底出生的5 5只可爱的转只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国基因克隆小猪。据培育者英国PPLPPL医疗公司医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和称，这些转基因小猪将为研究和“生产生产”适适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。的帮助。3.3.基因工程药物基因工程药物l在传统的药品生产中，某些药品直接从生物的在传统的药品生产中，某些药品直接从生物的组织、细胞或血液组织、细胞或血液中提取。中提取。如胰岛素从生物胰腺中提取，干扰素从血液中如胰岛素从生物胰腺中提取，干扰素从血液中提取。提取。l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，数量少且价格十分数量少且价格十分昂贵。昂贵。l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地生产出各种生产出各种高质量、低成本高质量、低成本的药品。的药品。胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临。一般临床上使用的胰岛素主要从床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰猪、牛等家畜的胰腺腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰岛中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从素需要从40头牛或头牛或50头猪的胰脏中才能提取头猪的胰脏中才能提取到。到。1978年，科学家将动物体内的年，科学家将动物体内的胰岛素基胰岛素基因与大肠杆菌因与大肠杆菌DNA分子重组分子重组，用，用2000ml 大大肠杆菌发酵液得到肠杆菌发酵液得到100kg胰岛素。胰岛素。1982年，年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了岛素投入市场，售价降低了30%50%。基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素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糖蛋白蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感感染染，是一种，是一种抗病毒抗病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些某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血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取白细胞内提取，每，每300L血液只能提取出血液只能提取出1mg干扰素。干扰素。19801982年，科学家用基因工程年，科学家用基因工程方法在方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素素，是传统的生产量的，是传统的生产量的12万倍。万倍。1987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素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 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，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。治疗生长激素。而生长激素的获得很困难。治疗一名侏儒症患者每年需要从一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下具尸体的脑下垂体垂体中提取生长激素。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，将人的生长激生长激素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素传统疫苗存在许多缺点：生产过程需传统疫苗存在许多缺点：生产过程需大量繁大量繁殖病原体殖病原体，对工作人员，对工作人员健康造成很大威胁健康造成很大威胁；病原体的减毒、灭活有可能病原体的减毒、灭活有可能不够彻底不够彻底，导致，导致接种者接种者直接感染直接感染。基因工程疫苗基因工程疫苗：将起关键作用的、序列保守：将起关键作用的、序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本身，所以身，所以安全安全，还可以把不同病原体的抗原，还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞，生产基因重组到同一受体细胞，生产多价疫苗多价疫苗。基因工程药品基因工程药品 基因工程疫苗基因工程疫苗基因诊断：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、荧光分子分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或基因探针就是一段与目的基因或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，。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是或基因的一部分；可以是DNADNA本身，也可本身，也可以是由之转录而来的以是由之转录而来的RNARNA。DNA分子杂交原理：分子杂交原理：DNA DNA分子杂交是基因诊断最基本的方分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：法之一。其基本原理是：互补的互补的DNADNA单链单链能够在一定条件下能够在一定条件下结合成双链结合成双链，即能够进行，即能够进行杂交。这种结合是杂交。这种结合是特异特异的，即严格按照碱基的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段互补配对进行。因此，当用一段已知基因的已知基因的核苷酸序列作为探针核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。基因中含有已知的基因序列。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4.4.基因治疗基因治疗基因治疗：基因治疗：基因治疗是把基因治疗是把正常基因正常基因导入病人体内，导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。这是治疗到治疗疾病的目的。这是治疗遗传病遗传病的的最有效的手段。最有效的手段。载体载体治疗治疗基因基因受体细受体细胞胞重组受体细重组受体细胞胞患者患者体内体内导入导入形成形成体外培养后导体外培养后导入入直接导入直接导入体体外外基因治基因治疗疗体体内内基因治基因治疗疗39首例基因治首例基因治疗的疗的受益者受益者 （美国美国1990年年）到到1998年底，世界范年底，世界范围内累计围内累计3134人接受人接受了基因转移试验了基因转移试验19901990年美国国年美国国立卫生立卫生研究院治愈一位治愈一位“重重症联合免疫缺症联合免疫缺陷综合症陷综合症”的的4 4岁女孩岁女孩基因治疗：用一个正常的基因来代替缺陷基因基因治疗：用一个正常的基因来代替缺陷基因ADAADA基因缺陷基因缺陷ADAADA：腺苷酸：腺苷酸脱氨酶脱氨酶基因治疗的分类基因治疗的分类体外基因治疗体外基因治疗：先从病人：先从病人体内体内获取某种获取某种细胞，例如细胞，例如T淋巴细胞，进行培养，然后，淋巴细胞，进行培养，然后，在在体外体外完成基因转移，再筛选成功转移完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。内。体内基因治疗体内基因治疗：直接向人体组织细胞中：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。转移基因的治病方法。体外基因治疗：从病人体内获取某种细胞进体外基因治疗：从病人体内获取某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。患者体内。4.4.基因治疗基因治疗体外基因治疗体外基因治疗例如：例如：复合型免疫缺陷症的体外治疗复合型免疫缺陷症的体外治疗直接直接原因：原因：缺乏腺苷酸脱氨酶缺乏腺苷酸脱氨酶（ADAADA）根本根本原因：原因：腺苷酸脱氨酶（腺苷酸脱氨酶（ADAADA）基因缺）基因缺失失方方 法法：将将ADAADA基因转入患者的淋巴细基因转入患者的淋巴细胞胞4.4.基因治疗基因治疗体内基因治疗体内基因治疗：例如：例如：CFTRCFTR基因缺失基因缺失3 3个个碱基对碱基对CFTRCFTR蛋白缺少一个苯丙氨酸，导致蛋白缺少一个苯丙氨酸，导致CFTRCFTR蛋白结构蛋白结构异常异常CFTRCFTR蛋白转运氯离子的功能异常蛋白转运氯离子的功能异常患者支气管内黏液增患者支气管内黏液增多多黏液清除困难，细菌繁殖，肺部黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染感染囊性纤维病囊性纤维病直接向人体细胞中转移基因直接向人体细胞中转移基因4.4.基因治疗基因治疗治疗方法：治疗方法：利用修饰的利用修饰的腺病毒腺病毒作为载作为载体，将治疗囊性纤维病的体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部正常基因转入患者的肺部组织中。组织中。体内基因治疗：体内基因治疗：直接向人体细胞中转移基因直接向人体细胞中转移基因