13基因工程的应用选修3公开课.ppt

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1、1.3 1.3 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植物基因工程在农业中应用植物基因工程在农业中应用发展迅速，发展迅速，1996年年-2001年，年，短短短短5年中，全世界转基因作年中，全世界转基因作物的种植面积增长了物的种植面积增长了30倍。倍。其中

2、转基因大豆，棉花，油其中转基因大豆，棉花，油菜，玉米已经入了大规模商菜，玉米已经入了大规模商业化应用阶段。业化应用阶段。1.1.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；转基因抗虫水稻等。转基因抗虫棉；转基因抗虫水稻等。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

3、）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、番茄等。抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。2.2.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、真菌和细菌细菌抗烟草花叶病毒转基因甜椒抗病毒转基因西葫芦抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是A抗病毒转基因植物，可以抵抗所有病毒B抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性C抗病毒转基因植物可以抗害虫D抗

4、病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异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3.3.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压细胞渗透压的的基因基因，提高作物，提高作物抗旱抗旱和和抗抗盐碱盐碱能力；能力；B.B.将将鱼鱼的的抗冻蛋白抗冻蛋白基因基因转转入番茄，提高入番茄，提高番茄番茄的抗冻的抗冻能力。能力。C.C.将将抗除草剂抗除草剂基因基因导入农导入农作物中，在喷洒除草剂时，作物中，在喷洒除草剂时，杀死杂草而不杀死农作物。杀死杂草而不杀死农作物。4.4.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

5、蛋白质富含赖氨酸的蛋白质的编码的编码基因基因导入玉米，获得的转基因玉导入玉米，获得的转基因玉米赖氨酸含量提高米赖氨酸含量提高3030。B.B.将将控制番茄成熟控制番茄成熟的基因的基因带入番带入番茄，获得转基因延熟番茄，储存茄，获得转基因延熟番茄，储存期可以达期可以达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导入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现颜色变异。颜色变异。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5.5.利用转基因植物生产药

6、物利用转基因植物生产药物可用于生产治疗罕见疾病的蛋白可用于生产治疗罕见疾病的蛋白药物的转基因玉米药物的转基因玉米二二.动物基因工程动物基因工程-前景广阔前景广阔1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度2.2.用于改善畜产品品质用于改善畜产品品质3.3.用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物4.4.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1.1.用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度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”转入生长激素基因的鱼（上）和同龄的鱼转入生长激素基因的鱼（上）和同龄的鱼目的基因：目的基因：生长激素基因生长激素基因2.2.

7、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：将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组导入奶牛基因组(1(1）乳腺（房）生物反应器：）乳腺（房）生物反应器：指以指以转基因雌性动物转基因雌性动物个体个体的乳腺分泌的乳腺分泌乳汁乳汁来生产所来生产所需药品。需药品。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.用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物药用蛋白基因药用蛋白基因目的基因：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

8、载体（药用蛋白基因药用蛋白基因与与乳腺蛋白乳腺蛋白基因启动子基因启动子等调控组件重组）等调控组件重组）显微注射显微注射（哺乳动物受精卵中（哺乳动物受精卵中）形成形成胚胎胚胎将胚胎送入将胚胎送入母体动物母体动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）优点：优点：产量高、质量好、成本低、易提取产量高、质量好、成本低、易提取生物学家通过基因工程培育出了能够通过乳房生物反应器生产人的血清蛋白。（1）“分子手术刀”_，（2

9、）“分子缝合针”，（3）“分子运输车”。（4）操作步骤：从人的基因组文库中获取目的基因；目的基因与_结合构建基因表达载体；在基因表达载体中还应插入_和终止子。然后把基因表达载体导入牛的_，通过发育形成的牛体细胞含人的_，成熟的牛产的的奶中含有_，证明基因操作成功。（5）人的基因在牛体内能表达,说明人和牛_优点：优点：（2）膀胱反应器）膀胱反应器1、收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤、收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。害。2、可以从动物一出生就收集产物，不论动物的、可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。性别和是否正处于生殖期。3、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提

10、取更简便、从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。高效。继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：请回答：将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是方法是。进行基因转移时，通常要将外源基因转进行基因转移时，通常要将外源基因转入入中，原因是中，原因是。通常采用通常采

11、用技术检测外源基因是技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。否插入了小鼠的基因组。在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的的细胞中特异表达细胞中特异表达显微注射显微注射技术技术受精卵受精卵（或早期胚胎）（或早期胚胎）受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性可使外源基因在相应组织细胞表达性可使外源基因在相应组织细胞表达DNA分子杂交分子杂交膀胱上皮膀胱上皮4.4.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

12、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一般临床上使用的胰岛素主要从一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜猪、牛等家畜的胰腺的胰腺中提取，每中提取，每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰岛胰岛素。素。1.基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素三三.基因工程药物基因工程药物-异军突起异军突起l传统生

13、产方法的缺点传统生产方法的缺点产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。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生地生产出各种产出各种高质量、低成本高质量、低成本的药品。的药品。1979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，并在大肠，并在大肠杆菌内实现了表达。杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程年，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，售价降低了方法生产的胰岛素投

14、入市场，售价降低了30%50%。胰岛素是第一个基因工程药物。胰岛素是第一个基因工程药物。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。几乎。几乎能能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感染感染，是一种，是一种抗病毒的特效药抗病毒的特效药。此外对治疗某些此外对治疗某些癌症和白血病癌症和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白细胞内提取取，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，科学家用基因工程方法在年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌大肠杆菌及酵母菌

15、细胞内获得了干扰素及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的，是传统的生产量的12万万倍。倍。1987年上述干扰素大量投放市场。年上述干扰素大量投放市场。2.基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是注射生长激素。而生长，是注射生长激素。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，激素的获得很困难。以前，要获得生长激素需解剖尸体，从大脑的底部从大脑的底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。现利用基因工程方法，将人的现利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大生长激素基因导入大肠杆菌肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使

16、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激素，大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。3.基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素目前目前我国我国生产的基因工程药物有生产的基因工程药物有白细胞介素白细胞介素2、干扰素、乙肝疫苗等。干扰素、乙肝疫苗等。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：将起关

17、键作用的、序列保守基因工程疫苗：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。4 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工程艾滋病疫苗基因工程乙肝疫苗下列不属于基因工程方法生产的药品是下列不属于基因工程方法生产的药品是()A.干扰素干扰素B.白细胞介素白细胞介素-2C.青霉素青霉素D.乙肝疫苗乙肝疫苗四

18、四.基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照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，使该基导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。这是治疗目的。这是治疗遗传病遗传病的最有效的手段。的最有效的手段。基因治疗：基因治疗：原理：原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中，存在基因缺陷的病人细胞中既受体细胞中，存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的含有缺陷基因，又含有通过基因工程导入的正常基因，在病人体内两种基因都能表达，正常基因，在病人体内两种基因都能表

19、达，正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物，从而治愈有了基因缺陷的疾病。产物，从而治愈有了基因缺陷的疾病。基因诊断：基因诊断：基因诊断是用放射性同位素，荧光分子等标基因诊断是用放射性同位素，荧光分子等标记的记的DNADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分子杂交原理，分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。病的目的。1.1.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：缺乏缺乏腺苷酸脱氨酶（腺苷酸脱氨酶（ADAADA）根

20、本根本原因：原因：腺苷酸脱氨酶（腺苷酸脱氨酶（ADAADA）基因）基因缺失缺失方方 法法：将将ADAADA基因转入患者的淋巴细胞基因转入患者的淋巴细胞2.2.体内基因治疗体内基因治疗：例如：例如：直接向人体细胞中转移基因直接向人体细胞中转移基因囊性纤维病囊性纤维病治疗治疗利用修饰的利用修饰的腺病毒腺病毒作为载体，将治疗囊性纤维作为载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部组织中。病的正常基因转入患者的肺部组织中。？载体载体治疗治疗基因基因受体受体细胞细胞重组重组受体细胞受体细胞患者患者体内体内导入导入形成形成体外培养体外培养后导入后导入直接导入直接导入体体外外基因治疗基因治疗体体内内基因治

21、疗基因治疗38注意！注意！对于遗传病的治疗最根本的方法是进行对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因基因替换替换或修复。理论上基因治疗的最佳时期是或修复。理论上基因治疗的最佳时期是受精卵时期，这样可以使每个细胞都含有正受精卵时期，这样可以使每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的。其次常基因，但在现实生活中是不可能的。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如对于是对患者进行相关细胞的基因替换，如对于遗传性糖尿病患者，只对胰岛遗传性糖尿病患者，只对胰岛B细胞进行基细胞进行基因替换，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞因替换，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其他部位细胞的基的基因

22、替换，并没有改变其他部位细胞的基因，如精原细胞，其后代可能还会患该病。因，如精原细胞，其后代可能还会患该病。基因治疗只能基因治疗只能替换或修复部分替换或修复部分体细胞的缺陷体细胞的缺陷基因，不能对有缺陷的体细胞进行全面修复。基因，不能对有缺陷的体细胞进行全面修复。20世纪世纪80年代后半期发展起的一门新技术年代后半期发展起的一门新技术-基因敲除技术基因敲除技术基因敲出主要是应用基因敲出主要是应用DNA同源重组原理，同源重组原理，将同源将同源DNA片段导入受体细胞，使同源片段导入受体细胞，使同源DNA片段在原有位置替代靶基因片段，从片段在原有位置替代靶基因片段，从而达到基因敲除的目的。基因敲除既

23、可以而达到基因敲除的目的。基因敲除既可以使用突变基因或其他基因敲除相应的正常使用突变基因或其他基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因基因3.3.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4.4.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、反义基因和自杀基因正常基因、反义基因和自杀基因五五.基因芯片基因芯片 基因芯片是特定序列的基因芯片是特定序列的DNADNA片段（基因探针）片段（基因探针）从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可芯片杂交

24、就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出病变图谱。芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断诊断新新技术。技术。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在

25、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微生物中获得从微生物中获得人们所需要的人们所需要的糖类糖类、脂肪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？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

26、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快速、灵敏灵敏，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”分解石油，分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：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将能分解三种烃类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因都转移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？