基因工程的成果和发展前景.ppt

基因工程的成果与发展前景主讲老师：张存兴主讲老师：张存兴主讲老师：张存兴主讲老师：张存兴基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤获取目的基因目的基因和运载体结合导入受体细胞目的基因的检测和表达二二 基因工程的成果基因工程的成果与发展前景与发展前景主要内容主要内容1）基因工程与）基因工程与医药卫生医药卫生2）基因工程与）基因工程与农牧业农牧业、食品工业食品工业3）基因工程与）基因工程与环境保护环境保护、基因工程与医药卫生、基因工程与医药卫生我国生我国生产的部分基因的部分基因工程疫苗和工程疫苗和药物物 基因工程基因工程药药品的生品的生产产许多多药品的生品的生产是从是从生物生物组织中提取的。受材中提取的。受材料来源限制料来源限制产量有限，其量有限，其价格往往十分昂价格往往十分昂贵。微生物生微生物生长迅速，容易控制，适于大迅速，容易控制，适于大规模工模工业化生化生产。若将生物合成相。若将生物合成相应药物成分物成分的基因的基因导入微生物入微生物细胞内，胞内，让它它们产生相生相应的的药物，不但能解决物，不但能解决产量量问题，还能大大降能大大降低生低生产成本。成本。胰胰岛岛素是治素是治疗疗糖尿病的特效糖尿病的特效药药，长长期以来只能依靠从猪、牛期以来只能依靠从猪、牛等等动动物的胰腺中提取，物的胰腺中提取，100Kg胰胰腺只能提取腺只能提取4-5g的胰的胰岛岛素，其素，其产产量之低和价格之高可想而知量之低和价格之高可想而知。将合成的胰将合成的胰岛岛素基因素基因导导入大入大肠肠杆菌，每杆菌，每2000L培培养液就能养液就能产产生生100g胰胰岛岛素！素！大大规规模工模工业业化生化生产产不但解不但解决了决了这这种比黄金种比黄金还贵还贵的的药药品品产产量量问题问题，还还使其价格使其价格降低了降低了30%-50%!基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 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，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，生长激素。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，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。基因工程药品基因工程药品 生长激素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，将人的生长激素基生长激素基因导入大肠杆菌因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人中，使其生产生长激素。人们从们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于素，相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。干干扰扰素治素治疗疗病毒感染病毒感染简简直直是是“万能灵万能灵药药”！过过去从人血中去从人血中提取，提取，300L血才提取血才提取1mg！其！其“珍珍贵贵”程度自不用多程度自不用多说说。人造血液、白人造血液、白细胞胞介素、乙肝疫苗等通介素、乙肝疫苗等通过基因工程基因工程实现工工业化生化生产，均，均为解除人解除人类的病的病苦，提高人苦，提高人类的健康水的健康水平平发挥了重大的作用了重大的作用。人造血液及其生人造血液及其生产基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素基因诊断：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；基因基因诊诊断与基因治断与基因治疗疗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。用用DNADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。信息，达到检测疾病的目的。运用基因工程设计制造的运用基因工程设计制造的“DNADNA探探针针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。不但准确而且迅速。基因诊断：基因诊断：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：是指把是指把健康的外源基因导入有基因缺陷健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。还有一种方法是修复缺陷基因（理论还有一种方法是修复缺陷基因（理论阶段）阶段）患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶糖苷转移酶基因缺陷基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，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、脑等使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。功能受损。1971 1971年，美国科学家在体外做了试验，年，美国科学家在体外做了试验，用用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患带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者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞，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病是可能的。方法治疗这种遗传病是可能的。我国研究人我国研究人员正在制正在制备用于基因用于基因治治疗的基因工程的基因工程细胞胞通过基因工程通过基因工程给患有遗传病的人给患有遗传病的人体内导入正常基因体内导入正常基因可可“一次性一次性”解除解除病人的疾苦。病人的疾苦。基因工程在农业上的应用：基因工程在农业上的应用：1）高产、稳产高产、稳产和具和具优良品质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用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如蛋白质含量。如“向日葵豆向日葵豆”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、抗将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作抗性基因转移到作物体内物体内，将从根本上改变作物的特性。如转，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。基因抗虫棉。、基因工程与农牧业、食品工业、基因工程与农牧业、食品工业转黄瓜抗青枯病基因的甜椒黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的黄瓜抗青枯病基因的马铃薯薯不会引起不会引起过敏的敏的转基因大豆基因大豆 繁殖具有繁殖具有抗病能力抗病能力、高产仔率高产仔率、高产奶高产奶率率和和高质量的皮毛高质量的皮毛等优良品质的等优良品质的转基因动物转基因动物。该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过感染感染或或显微注显微注射技术射技术将重组将重组DNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。基因工程在畜牧养殖业上的应用基因工程在畜牧养殖业上的应用 用口径为用口径为1m的的DNA注射器注射器，将，将大量的目的基因片段注入到大量的目的基因片段注入到受精卵的受精卵的核核内，然后把经过注射的受精卵内，然后把经过注射的受精卵移植移植到另一只雌性动物的到另一只雌性动物的子宫子宫内，使内，使受精受精卵发育卵发育为转基因动物。为转基因动物。什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？显微注射显微注射运用基因工程技运用基因工程技术，不但可以培养，不但可以培养优质、高高产、抗性好的、抗性好的农作物及畜、禽新品种，作物及畜、禽新品种，还可可以培养出具有特殊用途的以培养出具有特殊用途的动、植物。、植物。生生长长快、耐不良快、耐不良环环境、肉境、肉质质好的好的转转基因基因鱼鱼(中国中国)乳汁中含有人生乳汁中含有人生长长激素的激素的转转基因牛基因牛(阿根廷阿根廷)导入入贮藏蛋白基因的超藏蛋白基因的超级羊和超羊和超级小鼠小鼠导入人基因具特殊用途的羊和小鼠入人基因具特殊用途的羊和小鼠超级超级动物动物特殊特殊动物动物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，未来能用发酵罐表达获得成功。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培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的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从微生物中获得微生物中获得人们所需要的人们所需要的糖类、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？3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护环环境境监测监测：基因工程做成的基因工程做成的DNA探探针针能能够够十分灵敏地十分灵敏地检测环检测环境中的病毒、境中的病毒、细细菌等菌等污污染。染。1t水中只有水中只有10个病毒也能被个病毒也能被DNA探探针检测针检测出来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灵敏地反映环境境污染的情况，却不易因染的情况，却不易因环境境污染而大量死亡，甚至染而大量死亡，甚至还可以吸收和可以吸收和转化化污染物。染物。环环境境污污染治理：染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超超级细级细菌菌”能吞食和分解多能吞食和分解多种种污污染染环环境的物境的物质质。通常一种通常一种细细菌只能分解石油中的一种菌只能分解石油中的一种烃类烃类，用基因，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超超级细级细菌菌”却能分解石油中的多种却能分解石油中的多种烃类烃类化合物。有的化合物。有的还还能吞食能吞食转转化汞、化汞、镉镉等重金属，分解等重金属，分解DDT等毒害物等毒害物质质。课堂小结基基因因工工程程的的成成果果与与发发展展前前景景基因工程与基因工程与医药卫生医药卫生基因工程与基因工程与农牧业、食农牧业、食品工业品工业基因工程与基因工程与环境保护环境保护生产基因工程药品生产基因工程药品用于基因诊断和基因治用于基因诊断和基因治疗疗判断判断1、基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复。（、基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复。（）2、基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物。（品质优良和具有抗性的农作物。（）3、用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒。（、用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒。（）4、基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育体型、基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育体型巨大、品质优良的动物。（巨大、品质优良的动物。（）5、任何一种假单胞杆菌都能分解四种石油成分，因此，、任何一种假单胞杆菌都能分解四种石油成分，因此，假单胞杆菌才是假单胞杆菌才是“超级细菌超级细菌”。（。（）练习练习作业布置高考直通车能力提升题17题