转基因动物与生物反应器 (3)精选课件.ppt

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1、关于转基因动物与生物反应器(3)第一页，本课件共有77页转基因动物转基因动物p基因工程技术基因工程技术p胚胎工程技术胚胎工程技术转基因动物（转基因动物（transgenic animaltransgenic animal）是指借助基是指借助基因工程技术将外源基因导入受体动物染色体因工程技术将外源基因导入受体动物染色体内，外源基因与动物基因整合后随细胞的分内，外源基因与动物基因整合后随细胞的分裂而扩增，在体内裂而扩增，在体内表达表达并能并能稳定地遗传给后稳定地遗传给后代代的动物。的动物。转基因动物第二页，本课件共有77页转基因动物的命名转基因动物的命名p原代转基因动物原代转基因动物:founde

2、r G:founder G0 0 G G1 1 G G2 2p拟人化命名拟人化命名第三页，本课件共有77页1982年年,Palmiter生产超级小鼠生产超级小鼠世界上第一只转基因动物世界上第一只转基因动物:转入了生长激素转入了生长激素基因的巨鼠（基因的巨鼠（supermouse）第四页，本课件共有77页第一节：第一节：转基因动物的培育转基因动物的培育1 1 目标基因克隆和体外重组目标基因克隆和体外重组 2 2 外源基因的导入外源基因的导入3 3 外源外源DNADNA整合、转录及表达的分子检测整合、转录及表达的分子检测 4 4 转基因动物品系或品种的建立转基因动物品系或品种的建立 第五页，本课件

3、共有77页外源目的基因的制备外源目的基因的制备外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞选择获得携有目的基因的细胞选择获得携有目的基因的细胞选择合适的体外培养系统和宿主动物选择合适的体外培养系统和宿主动物转基因细胞胚胎发育及鉴定转基因细胞胚胎发育及鉴定筛选所得的转基因动物品系筛选所得的转基因动物品系转基因动物技术路线转基因动物技术路线第六页，本课件共有77页哺乳动物生殖生理哺乳动物生殖生理哺乳动物受精和妊娠，整个过程都在母畜体内进。第七页，本课件共有77页一一 转基因哺乳动物的制备方法转基因哺乳动物的制备方法显微注射法显微注射法逆转录病毒载体感染逆转录病毒

4、载体感染胚胎干细胞介导法胚胎干细胞介导法精子载体介导法精子载体介导法YACYAC介导的基因转移介导的基因转移第八页，本课件共有77页 1 1 显微注射法显微注射法雄性原核第九页，本课件共有77页第十页，本课件共有77页受精卵显微注射胚胎移植后定检测显微注射法操作流程第十一页，本课件共有77页 a a、转移率较高、整合效率达、转移率较高、整合效率达30%30%；b b、外源基因长度可达、外源基因长度可达50Kb50Kb；c c、方法简单，导入过程直观；、方法简单，导入过程直观；显微注射法的优点第十二页，本课件共有77页a a、设备昂贵、操作复杂；、设备昂贵、操作复杂；b b、随机整合、首尾相连的

5、多拷贝；、随机整合、首尾相连的多拷贝；c c、常常造造成成插插入入位位点点附附近近宿宿主主DNADNA大大片片段段缺缺失失、重重组组等等突突变变，出出现现动动物物严严重重生生理缺陷；理缺陷；d d、外外源源基基因因能能否否稳稳定定整整合合要要到到子子一一代代中中筛选得到。筛选得到。缺 点第十三页，本课件共有77页2逆转录病毒载体感染法逆转录病毒载体感染法 原理：当逆转录病毒的原理：当逆转录病毒的RNA RNA 进入细胞后，逆转录成进入细胞后，逆转录成DNA DNA，依靠逆转录病毒，依靠逆转录病毒的整合酶及其末端特异的整合酶及其末端特异的核苷酸序列，转录出的核苷酸序列，转录出的的DNADNA可整

6、合到染色体可整合到染色体上，从而将其所携带的上，从而将其所携带的外源基因插入到染色体外源基因插入到染色体上。上。第十四页，本课件共有77页逆转录病毒载体逆转录病毒载体第十五页，本课件共有77页第十六页，本课件共有77页 逆转录病毒感染法特点逆转录病毒感染法特点 优点：优点：在各种转基因方法中，逆转录病毒感染法的在各种转基因方法中，逆转录病毒感染法的转基因效率是最高的，且为单拷贝整合。转基因效率是最高的，且为单拷贝整合。缺点：缺点：逆转录病毒载体在设计时虽然缺失了病毒的逆转录病毒载体在设计时虽然缺失了病毒的复制功能序列，但是复制大量载体复制功能序列，但是复制大量载体DNADNA所需的辅助病所需的

7、辅助病毒基因组内有可能与目的基因一起整合到同一细胞核中，毒基因组内有可能与目的基因一起整合到同一细胞核中，就可能大量复制病毒，造成严重的污染，故不安全。此就可能大量复制病毒，造成严重的污染，故不安全。此外，逆转录病毒载体容量有限，只能转移小片段外，逆转录病毒载体容量有限，只能转移小片段DNADNA（10kb10kb），而且逆转录病毒长末端重复的甲基化状），而且逆转录病毒长末端重复的甲基化状态常使转基因的表达缺失。态常使转基因的表达缺失。第十七页，本课件共有77页3 3 胚胎干细胞法胚胎干细胞法 胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES）是从早期胚胎内细胞团（ICM）

8、分离出来的，能在体外培养的一种高度未分化的多能干细胞。它是一种含正常二倍体染色体的具有发育全能性的细胞。可以在体外进行人工培养，扩增，并能以克隆的形式保存。第十八页，本课件共有77页胚胎干细胞法建立转基因鼠的实验程序第十九页，本课件共有77页第二十页，本课件共有77页与传统育种方法相比较，与传统育种方法相比较，ESES细胞在生产转基因细胞在生产转基因动物方面表现其独特的优势：动物方面表现其独特的优势：（1 1）打破了物种的界限，突破了亲缘关系的限制，加快了动）打破了物种的界限，突破了亲缘关系的限制，加快了动物群体遗传变异程度；物群体遗传变异程度；（2 2）可以进行定向变异和育种，利用同源重组技

9、术对）可以进行定向变异和育种，利用同源重组技术对ESES细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰性细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰性动物，有可能创造新的物种；动物，有可能创造新的物种；（3 3）利用）利用ESES细胞技术，可在细胞水平对胚胎进行早期选细胞技术，可在细胞水平对胚胎进行早期选择，这样可以提高选择的准确性，缩短育种时间。近择，这样可以提高选择的准确性，缩短育种时间。近年来的研究表明，利用年来的研究表明，利用ESES细胞生产转基因动物在动物生细胞生产转基因动物在动物生产中发挥着极为重要的作用。产中发挥着极为重要的作用。第二十一页，本课件共有77页4 精子载体法精子载体法

10、直接用直接用精子作为外源精子作为外源DNADNA载体载体的转移方法。的转移方法。主要问题：重复性不好主要问题：重复性不好第二十二页，本课件共有77页精子与外源精子与外源DNADNA结合的机理结合的机理精子直接与外源精子直接与外源DNADNA混合培养混合培养，外源基因可以直，外源基因可以直接进入精子头部，受精后就可发育成转基因动物。接进入精子头部，受精后就可发育成转基因动物。后来后来RottmanRottman对此方法进行了改进，将外源对此方法进行了改进，将外源DNADNA在与精子共孵育之前用脂质体包埋，使在与精子共孵育之前用脂质体包埋，使脂质体与脂质体与DNADNA相互作用形成脂质体相互作用形

11、成脂质体DNADNA复合复合物物。这种复合体比较容易和精子细胞融合，从。这种复合体比较容易和精子细胞融合，从而进入细胞内。而进入细胞内。第二十三页，本课件共有77页5 YAC介导的基因转移介导的基因转移酵母人工染色体（YAC）载体是近年来发展的新型载体，具有克隆百万碱基对的大片段外源DNA能力。流程：ES转染YAC后体外筛选阳性ES细胞囊胚腔注射，或YAC原核微注射突出的优点：保证大片段基因的完整性第二十四页，本课件共有77页6 细胞核移植技术细胞核移植技术将体细胞移植技术(克隆动物)与转基因技术结合，使转基因的群体能迅速被克隆扩大，还能保证目的基因在克隆后代中的稳定表达。优点：后代100%全

12、是转基因个体，可以选择后代性别，转基因后代遗传背景和稳定性一致，不需选配，节省时间和费用。缺点：难度大，成功率低、胎儿成活率不高第二十五页，本课件共有77页第二节：第二节：转基因动物的应用转基因动物的应用（1 1）动物品种改良；）动物品种改良；（2 2）生物制药）生物制药(乳腺生物反应器乳腺生物反应器)；（3 3）建立人类疾病的动物模型；）建立人类疾病的动物模型；（4 4）生产可移植用的动物器官；）生产可移植用的动物器官；（5 5）基因治疗）基因治疗(动物模型动物模型)；（6 6）基因打靶基因打靶。第二十六页，本课件共有77页（1）动物品种改良）动物品种改良抗病育种抗病育种生长性状生长性状第二

13、十七页，本课件共有77页（2 2）生物制药）生物制药(乳腺生物反应器乳腺生物反应器)如荷兰的如荷兰的GenPharmGenPharm公司公司用转基因牛生产乳铁蛋白，用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是营养奶粉的销售额是5050亿亿美元。美元。第二十八页，本课件共有77页（3）建立人类疾病的动物模型）建立人类疾病的动物模型 已建立的部分人类疾病的转基因动物模型已建立的部分人类疾病的转基因动物模型_疾病模型疾病模型 基因转移方法基因转移方法 转导的基转导的基因因_老年性痴呆征老年性痴呆征 显微注射显微注射 淀粉样蛋白基因淀粉样蛋白基因型糖尿病型糖尿

14、病 显微注射显微注射 胰岛淀粉样多肽基因胰岛淀粉样多肽基因 地中海贫血症地中海贫血症 显微注射显微注射 人人 珠蛋白基因珠蛋白基因镰刀形细胞贫血症镰刀形细胞贫血症 显微注射显微注射 人人 和和 珠蛋白基因珠蛋白基因唐氏综合症唐氏综合症 显微注射显微注射 Cu/Zn-SODCu/Zn-SOD酶基因酶基因卡氏肉瘤卡氏肉瘤 反转录病毒转染反转录病毒转染 HIV HIV tattat基因基因成骨不全症成骨不全症 显微注射显微注射 突变的突变的11胶原胶原蛋白前体基因蛋白前体基因自毁容貌症自毁容貌症 ESES细胞同源重组细胞同源重组 突变突变HGPRTHGPRT基因基因_第二十九页，本课件共有77页4）

15、生产可移植用的动物器官生产可移植用的动物器官我国每年有我国每年有150150万人需要器官移植，但是仅仅万人需要器官移植，但是仅仅不到不到1 1万人能够得到供体。万人能够得到供体。猪的脏器移植给人，会发生超急性排斥反应。猪的脏器移植给人，会发生超急性排斥反应。转基因技术生产能降低排斥反应的转基因猪。转基因技术生产能降低排斥反应的转基因猪。Science(2002).295,10891092第三十页，本课件共有77页（5）基因治疗）基因治疗 上世纪九十年代初，一位因上世纪九十年代初，一位因ADA(ADA(腺腺苷酸脱氨酶苷酸脱氨酶)基因缺陷导致严重免疫基因缺陷导致严重免疫缺损的四岁女孩，由美国国立卫

16、生研缺损的四岁女孩，由美国国立卫生研究院用究院用ADAADA基因治愈。基因治愈。“基因治疗基因治疗”研究热从此波及全世界，起而效颦，研究热从此波及全世界，起而效颦，为保障人类健康展现了美好的前景。为保障人类健康展现了美好的前景。第三十一页，本课件共有77页（6）基因打靶）基因打靶基因打靶基因打靶(Gene targeting)(Gene targeting)是一种在胚胎干细胞是一种在胚胎干细胞(ES)(ES)技术和同源重组技术的基础之上技术和同源重组技术的基础之上,定向改变生定向改变生物活体遗传信息的实验手段。物活体遗传信息的实验手段。基因整合三种方式：基因整合三种方式：基因随机插入基因随机插

17、入基因敲除基因敲除基因替换基因替换基因打靶基因打靶第三十二页，本课件共有77页基因打靶的研究意义基因打靶的研究意义基因功能研究基因功能研究人类疾病动物模型的研制人类疾病动物模型的研制经济动物遗传物质的改良经济动物遗传物质的改良第三十三页，本课件共有77页胚胎干细胞介导的基因打靶技术胚胎干细胞介导的基因打靶技术首先获得首先获得ESES细胞系，利用细胞系，利用同源重组同源重组技术获得技术获得带有研究者预先设计突变的中靶带有研究者预先设计突变的中靶ESES细胞。通细胞。通过显微注射将经过遗传修饰的过显微注射将经过遗传修饰的ESES细胞引入受体细胞引入受体胚胎内。经过遗传修饰的胚胎内。经过遗传修饰的E

18、SES细胞仍然保持分细胞仍然保持分化的全能性，可以发育为嵌合体动物的生化的全能性，可以发育为嵌合体动物的生殖细胞，使得经过修饰的遗传信息经生殖殖细胞，使得经过修饰的遗传信息经生殖系遗传。系遗传。第三十四页，本课件共有77页第三十五页，本课件共有77页基因敲除的基本程序基因敲除的基本程序打靶载体的构建打靶载体的构建打靶载体导入打靶载体导入ESES细胞：重组置换细胞：重组置换基因敲除基因敲除ESES细胞注射入胚泡细胞注射入胚泡胚泡植入假孕小鼠的子宫中胚泡植入假孕小鼠的子宫中嵌合体的杂交育种嵌合体的杂交育种第三十六页，本课件共有77页基基因因打打靶靶流流程程 第三十七页，本课件共有77页应用举例：肌

19、肉生长抑制素基因应用举例：肌肉生长抑制素基因 Myostatin基因敲除基因敲除MyostatinMyostatin基因是一种特异性骨骼肌生长发育基因是一种特异性骨骼肌生长发育的抑制因子。该基因与动物骨骼肌总量的调节的抑制因子。该基因与动物骨骼肌总量的调节有关，其序列在进化过程中高度保守，所有哺有关，其序列在进化过程中高度保守，所有哺乳动物和鸟类均有很高的同源性。乳动物和鸟类均有很高的同源性。MyostatinMyostatin基基因在功能上也是非常保守的，其功能的缺失因在功能上也是非常保守的，其功能的缺失会造成可导致肌肉异常肥大。会造成可导致肌肉异常肥大。第三十八页，本课件共有77页比利时蓝

20、牛肌肉增加表型比利时蓝牛肌肉增加表型 第三十九页，本课件共有77页皮埃蒙特牛肌肉增加表型皮埃蒙特牛肌肉增加表型 第四十页，本课件共有77页Myostatin基因敲除基因敲除“超级鼠超级鼠”第四十一页，本课件共有77页美培育转基因鳟鱼：腹肌有美培育转基因鳟鱼：腹肌有6 6块块,肉多肉多15%15%第四十二页，本课件共有77页第四十三页，本课件共有77页20072007年生理学或医学奖诺贝尔奖年生理学或医学奖诺贝尔奖美国犹他大学美国犹他大学Eccles Eccles 人类遗传学研究所科学家人类遗传学研究所科学家Mario R.Capecchi Mario R.Capecchi、美国北卡罗来纳州大学

21、教会山、美国北卡罗来纳州大学教会山分校医学院教授分校医学院教授Oliver Smithies Oliver Smithies 与英国科学家卡迪夫与英国科学家卡迪夫大学卡迪夫生命科学学院大学卡迪夫生命科学学院Martin J.EvansMartin J.Evans因因胚胎干细胚胎干细胞和基因打靶胞和基因打靶研究获得此奖项。研究获得此奖项。http:/ 目前用于表达载体的启动子调控元件选用动物乳蛋白基因启目前用于表达载体的启动子调控元件选用动物乳蛋白基因启动子元件，主要有四类乳腺定位表达调控元件：第一类是动子元件，主要有四类乳腺定位表达调控元件：第一类是B2乳球乳球蛋白蛋白(BL G)，第二类是酪

22、蛋白基因调控序列：第三类是乳清酸蛋白，第二类是酪蛋白基因调控序列：第三类是乳清酸蛋白(WAP)基因调控序列；第四类是乳清白蛋白基因调控序列。基因调控序列；第四类是乳清白蛋白基因调控序列。第四十九页，本课件共有77页（2）目的基因的选择）目的基因的选择 选择目的基因的基本要求是，正常情况下浓度低、翻译后修选择目的基因的基本要求是，正常情况下浓度低、翻译后修饰复杂、其它表达体系难以表达或表达量低、应用前景广阔的蛋饰复杂、其它表达体系难以表达或表达量低、应用前景广阔的蛋白基因。白基因。第五十页，本课件共有77页（3）体外重组）体外重组 选择好目的基因和启动子调控元件后进行体外重组，构建融合基选择好目

23、的基因和启动子调控元件后进行体外重组，构建融合基因。因。（4）基因转导）基因转导 将构建好的重组基因用基因转导方法转移到受精卵。将构建好的重组基因用基因转导方法转移到受精卵。第五十一页，本课件共有77页（5）胚胎移植）胚胎移植 利用胚胎移植技术将制备的转基因受精卵植入待孕母体子宫利用胚胎移植技术将制备的转基因受精卵植入待孕母体子宫内，生产转基因动物，得到转基因乳腺表达个体。通过采集转基内，生产转基因动物，得到转基因乳腺表达个体。通过采集转基因动物的乳汁因动物的乳汁,来获得目的基因表达产物。来获得目的基因表达产物。（6）鉴定）鉴定 转基因动物乳腺生物反应器可以从分子水平和乳腺分转基因动物乳腺生物

24、反应器可以从分子水平和乳腺分泌物两个方面进行鉴定。泌物两个方面进行鉴定。第五十二页，本课件共有77页2.动物乳腺生物反应器的优点动物乳腺生物反应器的优点产品质量稳定产品质量稳定产品成本低产品成本低研制开发周期短研制开发周期短无污染无污染经济效益显著经济效益显著第五十三页，本课件共有77页3.动物乳腺生物反应器的应用动物乳腺生物反应器的应用高乳汁营养价值高乳汁营养价值生产药用蛋白生产药用蛋白 患有庞普病的婴儿体内一种可促进糖原质代谢的酶有缺陷。患有庞普病的婴儿体内一种可促进糖原质代谢的酶有缺陷。荷兰研究人员培育出一种转基因兔，兔奶中表达这种酶，因此荷兰研究人员培育出一种转基因兔，兔奶中表达这种酶

25、，因此饮用这种奶可以治疗这种疾病。饮用这种奶可以治疗这种疾病。第五十四页，本课件共有77页4.动物乳腺生物反应器存在的问题动物乳腺生物反应器存在的问题（1）外源基因在动物体内的位点整合问题）外源基因在动物体内的位点整合问题（2）乳蛋白基因表达组织特异性问题）乳蛋白基因表达组织特异性问题（3）目的蛋白的翻译后修饰问题）目的蛋白的翻译后修饰问题（4）转基因表达产物的分离和纯化问题）转基因表达产物的分离和纯化问题（5）转基因的技术与方法问题）转基因的技术与方法问题（6）伦理道德问题）伦理道德问题 第五十五页，本课件共有77页动物动物多肽药物多肽药物用途用途绵羊绵羊a1抗胰蛋白酶蛋白抗胰蛋白酶蛋白治疗

26、气肿治疗气肿绵羊绵羊CFTR治疗治疗 囊肿性纤维化囊肿性纤维化绵羊绵羊组织型纤溶酶原活化因子组织型纤溶酶原活化因子治疗血栓治疗血栓绵羊绵羊凝血凝血VIII因子、因子、IX因子因子治疗血友病治疗血友病绵羊绵羊纤维蛋白原纤维蛋白原伤口愈合伤口愈合猪猪组织型纤溶酶原活化因子组织型纤溶酶原活化因子治疗血栓治疗血栓猪猪凝血凝血VIII因子、因子、IX因子因子治疗血友病治疗血友病山羊山羊人蛋白质人蛋白质 C治疗血栓治疗血栓山羊山羊抗血栓因子抗血栓因子 3治疗血栓治疗血栓山羊山羊谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶治疗治疗I型糖尿病型糖尿病山羊山羊Pro542治疗爱滋治疗爱滋 病病牛牛a-乳清白蛋白乳清白蛋白抗炎症抗炎

27、症牛牛凝血凝血VIII因子因子治疗血友病治疗血友病牛牛纤维蛋白原纤维蛋白原伤口愈合伤口愈合牛牛胶原蛋白胶原蛋白 I,II组织修复组织修复,治疗风湿性关节炎治疗风湿性关节炎牛牛乳铁蛋白乳铁蛋白治疗肠道感染治疗肠道感染,感染性关节炎感染性关节炎牛牛人血清白蛋白人血清白蛋白维护血液体积维护血液体积鸡鸡,牛牛,山羊山羊单克隆抗体单克隆抗体用于疫苗生产用于疫苗生产第五十六页，本课件共有77页前前 景景转基因动物制药（乳腺生物反应器）是转基因动物制药（乳腺生物反应器）是2121世纪生世纪生物医药产业的一种新的药物生产模式。物医药产业的一种新的药物生产模式。美国红十字会预测：到美国红十字会预测：到20102

28、010年，转基因动物生产年，转基因动物生产的商品将达到的商品将达到350 350 亿美元的销售额，生产的药物亿美元的销售额，生产的药物将占整个基因工程药物的将占整个基因工程药物的90%90%以上。以上。第五十七页，本课件共有77页研究展望研究展望 转转基基因因技技术术是是近近年年发发展展很很迅迅速速的的一一项项新新技技术术，尚尚有有许许多多问问题题存存在在，有有待待进进一一步步完完善善，但但是是该该技技术术在在医医学学和和药药学学等等领领域域有有着着广广阔阔的的应应用用前前景景，相相信信转转基基因因动动物物研研究究将将极极大大的的推推动动医医药药科科学的发展。学的发展。第五十八页，本课件共有7

29、7页第五十九页，本课件共有77页携带人血清白蛋白基因的转基因试管牛携带人血清白蛋白基因的转基因试管牛“滔滔滔滔”第六十页，本课件共有77页著名科学家谈家桢院士（左）、著名老中医徐蔚霖教授与曾溢滔院著名科学家谈家桢院士（左）、著名老中医徐蔚霖教授与曾溢滔院士在转基因牛士在转基因牛“滔滔滔滔”模型前留影模型前留影 第六十一页，本课件共有77页第六十二页，本课件共有77页第六十三页，本课件共有77页Korea：Production of transgenic cloned pigs transgenic cloned pigs with the green fluorescent proteintr

30、ansgenic cloned pigs with the green fluorescent protein(GFP)on June 8,2003.(GFP)on June 8,2003.第六十四页，本课件共有77页第六十五页，本课件共有77页转基因鸡第六十六页，本课件共有77页美国公司研制出可当宠物出售的转基因荧光美国公司研制出可当宠物出售的转基因荧光鱼鱼 第六十七页，本课件共有77页转基因花菜棉羊转基因花菜棉羊鸡冠花公鸡头变异小老鼠猕猴桃绿色血第六十八页，本课件共有77页第六十九页，本课件共有77页第七十页，本课件共有77页第七十一页，本课件共有77页第七十二页，本课件共有77页第七十三页，本课件共有77页第七十四页，本课件共有77页第七十五页，本课件共有77页第七十六页，本课件共有77页感感谢谢大大家家观观看看第七十七页，本课件共有77页