1.3基因工程的应用62697.pptx
基因工程自2020世纪7070年代兴起后，在短短的3030年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。第1页/共44页（一）植物基因工程（一）植物基因工程（二）动物基因工程（二）动物基因工程（三）基因工程药物（三）基因工程药物（四）基因工程药物异军突起（四）基因工程药物异军突起（五）基因芯片（五）基因芯片第2页/共44页一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力抗逆能力抗逆能力抗逆能力,以及以及以及以及改改改改良农作物的品质良农作物的品质良农作物的品质良农作物的品质和和和和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等方面等方面等方面等方面.第3页/共44页1、抗虫转基因植物的培育、抗虫转基因植物的培育植物害虫：植物害虫：主要是昆虫类主要是昆虫类抗虫基因：抗虫基因：Bt毒蛋白、蛋白酶抑制剂基因、毒蛋白、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫转基因植物：抗虫转基因植物：水稻、棉花、玉米、马铃薯、大豆、烟草等水稻、棉花、玉米、马铃薯、大豆、烟草等意义：意义：减少化学农药使用，降低对环境的污染，节约减少化学农药使用，降低对环境的污染，节约 成本成本第4页/共44页2、抗病转基因植物、抗病转基因植物引起植物生病的微生物：引起植物生病的微生物：病毒、细菌、真菌病毒、细菌、真菌抗病基因抗病基因病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病转基因植物：抗病转基因植物：甜椒、小麦等甜椒、小麦等（这些基因的转化植物表现出对同种病毒或相近（这些基因的转化植物表现出对同种病毒或相近病毒或病毒病毒或病毒RNARNA侵染的高水平抗性侵染的高水平抗性）第5页/共44页拓展：在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白拓展：在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？基因可以抗病毒侵染？关于病毒外壳蛋白基因关于病毒外壳蛋白基因(CP(CP基因基因)导入植物后的抗病毒机导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。理，目前有几种假说。一种假说认为一种假说认为：CPCP基因在植物细基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：另一种假说认为：植物细胞内积植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而子不能释放出来。然而最近的研究表明最近的研究表明，如果将病毒的，如果将病毒的外壳蛋白的外壳蛋白的AUGAUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义外壳蛋白基因变成反义RNARNA基因，整合到植物细胞染色体基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是机理不是外壳蛋白在起作用，而是CPCP基因转录出基因转录出RNARNA后，后，与入侵病毒与入侵病毒RNARNA之间的相互作用起到了抗性作用之间的相互作用起到了抗性作用。第6页/共44页3、抗逆转基因植物、抗逆转基因植物植物生长的不利环境（逆境）：植物生长的不利环境（逆境）：干旱、盐碱、干旱、盐碱、低温、涝害等低温、涝害等 植物抗逆基因：植物抗逆基因：调节细胞渗透压基因、调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因等抗冻蛋白基因、抗除草剂基因等抗逆转基因植物：抗逆转基因植物：大豆、玉米、番茄、烟草等大豆、玉米、番茄、烟草等第7页/共44页4、利用转基因改良植物品质、利用转基因改良植物品质玉米中缺少赖氨酸，改良方法为：玉米中缺少赖氨酸，改良方法为：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性转基因延熟番茄的目的基因是什么？转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因控制番茄果实成熟的基因转基因矮牵牛的目的基因是什么？转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因与植物花青素代谢有关的基因第8页/共44页异想天开：异想天开：发光树能做路灯吗？发光树能做路灯吗？发光基因：发光基因：指导合成荧光素和荧光指导合成荧光素和荧光素酶的基因素酶的基因第9页/共44页总结：基因工程在农业上的应用总结：基因工程在农业上的应用1）高产高产、稳产稳产和和具优良品质具优良品质的品种的品种 用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如含量。如“转基因高赖氨酸玉米转基因高赖氨酸玉米”植株。植株。2）抗逆性抗逆性品种品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。第10页/共44页二二、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔（一）用于提高动物生长速度（一）用于提高动物生长速度动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等导入外源生长激素基因导入外源生长激素基因第11页/共44页（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质举例说明举例说明将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。乳糖的含量大大减低。（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物设问设问设问设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。第12页/共44页1 1 1 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会乳汁不进入体内循环，不会影响影响转基因动物本身的转基因动物本身的生理代谢反应生理代谢反应。2 2 2 2）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，易提纯产量高，易提纯，表达，表达的的蛋白质已经过充分的修饰加工蛋白质已经过充分的修饰加工，具有，具有稳定的生物活性稳定的生物活性。3 3 3 3）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的同时，获得目的基因的产物的同时，转基转基因动物因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？第13页/共44页将将药物蛋白基因药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器乳腺生物反应器或或乳房生物反应器。乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：乳腺生物反应器的优点：产量产量高；高；质量好；质量好；成本低；成本低；易易提取。提取。第14页/共44页获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。思考思考:用基因工程技术实现动物用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器乳腺生物反应器的的操作过程是怎样的？操作过程是怎样的？第15页/共44页（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造利用基因工程对猪的器官进行改造方法：方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官因克隆猪器官第16页/共44页三、基因工程药品异军突起利用转基因利用转基因工程菌工程菌来生产细胞因子、抗体、疫苗、来生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等等。激素等等。第17页/共44页在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？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，可高高效率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。第18页/共44页胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素分分分分子子子子结结结结构构构构基因工程胰岛素（一）第19页/共44页将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生100g100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!30%-50%!胰胰岛岛素素生生产产车车间间基因工程胰岛素（一）第20页/共44页基因工程干扰素（一）干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L300L血才提取1mg1mg！其“珍贵”程度自不用多说。干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构第21页/共44页基因工程干扰素(二）基因工程人干扰素-2b-2b（安达芬）是我国第一个全国产化基因工程人干扰素-2b-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。第22页/共44页 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射生长激，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长素。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，从大脑的底部激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体摘取垂体，并从，并从中提取生长激素。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，将人的生长激素基因生长激素基因导入大肠杆菌导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万万具尸体的全部产量。具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素第23页/共44页其它基因工程药物人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人人人人造造造造血血血血液液液液及及及及其其其其生生生生产产产产第24页/共44页利用微生物生产药物的优越性何在?所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第25页/共44页转基因工程菌的其它应用利用转基因微生物分解和降解污染物。利用转基因微生物分解和降解污染物。1 1 1 1）用基因工程产物）用基因工程产物“超级细菌超级细菌”分解石油，可以大分解石油，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类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单的基因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孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌超级细菌”。2 2 2 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DDTDDTDDTDDT的的细菌细菌。3 3 3 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，取代生产过程中耗能，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和回收和利用工业废物利用工业废物。第26页/共44页基因诊断：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，从而对特定的疾病进行诊水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。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)、荧光分子、荧光分子等等标记的标记的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、基因治疗曙光初照第27页/共44页基因探针：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，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，也可以是由之转录而来的本身，也可以是由之转录而来的RNARNA。第28页/共44页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。目前已经可方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行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 镰刀状细胞贫血症镰刀状细胞贫血症 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的）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNADNA探针探针 白血病白血病举例举例第29页/共44页1 1 1 1、基因治疗概念：、基因治疗概念：向有基因缺陷细胞向有基因缺陷细胞(靶细胞靶细胞)或组织中引入外源基因或组织中引入外源基因DNADNA或或RNARNA片段片段,以纠正或补偿基因的缺陷以纠正或补偿基因的缺陷,关闭或抑制异常关闭或抑制异常表达的基因表达的基因,从而达到治疗的目的从而达到治疗的目的2 2、实例：、实例：将将腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因转入取自转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。胞转入患者体内。(1)(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗对严重复合型免疫缺陷症的治疗患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中第30页/共44页3 3、基因治疗的类型、基因治疗的类型体外基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在行培养，然后在体外完成基因转移体外完成基因转移，再筛选成功，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）患者肺组织）4 4、基因治疗的发展现状：、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段处于初期的临床试验阶段第31页/共44页基因治疗SCID的过程体外基因治疗体外基因治疗第32页/共44页体内基因治疗体内基因治疗第33页/共44页用于基因治疗的基因种类1。用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。2。反义基因。用mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。3。自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。第34页/共44页将目的将目的DNA用自用自动化设备点在固动化设备点在固体支持物上，体支持物上，DNA经固定后，经固定后，用不同颜色的荧用不同颜色的荧光标记的探针对光标记的探针对这些这些DNA同时进同时进行杂交。行杂交。五、基因芯片五、基因芯片第35页/共44页基本原理：基本原理：DNADNA分子杂交分子杂交应用：应用：研究基因型研究基因型（利用基因芯片进行序列分析，包括识别（利用基因芯片进行序列分析，包括识别DNADNA序列的突变和研究基因的多态性）；序列的突变和研究基因的多态性）；分析基因表达分析基因表达（利用基因芯片检测转录产物（利用基因芯片检测转录产物,研究基因功研究基因功能）能）;基因诊断基因诊断(针对靶基因而特别设计针对靶基因而特别设计,利用分子杂交进行特定利用分子杂交进行特定基因的确定基因的确定)优点：优点：实现基因信息的大规模检测实现基因信息的大规模检测第36页/共44页基因工程与食品业基因工程与食品业基因工程为人类开辟基因工程为人类开辟新的食物来源新的食物来源。1）鸡蛋白基因鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白卵清蛋白。2）用基因工程的方法）用基因工程的方法从微生物中获得从微生物中获得人们所人们所需要的需要的糖类、脂肪糖类、脂肪和和维生素维生素等产品。等产品。基因工程为食品工业中提供了什么前景？基因工程为食品工业中提供了什么前景？第37页/共44页基因工程与环境监测（一）基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、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第38页/共44页基因工程与环境监测（二）利用基因工程培育的指示生物能十分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。第39页/共44页基因工程与环境污染治理基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。第40页/共44页练练 习习1、转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，、转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程就是改造其中一项基因工程就是改造CO2固定酶。其目固定酶。其目的是（的是（）A、提高光合作用效率、提高光合作用效率 B、延长果实的储藏期、延长果实的储藏期 C、培育新作物品种、培育新作物品种 D、提高植物的抗性、提高植物的抗性A第41页/共44页2、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高汁中的药物蛋白含量提高30多倍。多倍。“转基因动物转基因动物”是指（是指（）A、提供基因的动物、提供基因的动物 B、基因组中增加外源基因的动物、基因组中增加外源基因的动物 C、能产生白蛋白的动物、能产生白蛋白的动物 D、能表达基因信息的动物、能表达基因信息的动物B第42页/共44页3、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是（本途径是（）A、口服化学药物、口服化学药物 B、注射化学药物、注射化学药物 C、利用辐射或药物诱发治病基因突变、利用辐射或药物诱发治病基因突变 D、采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因、采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因 带来的影响带来的影响D第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页
