选修3-1-3基因工程的应用.pptx
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1、1.3基因工程的应用基因工程的应用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主要用于提高农作物的抗逆能力植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。1、抗虫转基因植物、抗虫转基因植物方法:方法:目的基因包括:目的基因包括:从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因,从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因,将其导入作物中,使其具有抗虫性将其导入作物中,使其具有抗虫性Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉毒蛋白
2、基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等酶抑制剂基因、植物凝集素基因等1.1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物2.2.抗病转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物所采用的基因,使用抗病转基因植物所采用的基因,使用最多最多的是的是病毒病毒外壳蛋白基因外壳蛋白基因和和病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因;抗真菌转基因;抗真菌转基因植物中可使用的基因有植物中可使用的基因有几丁质酶基因几丁质酶基因和和抗毒素合成抗毒素合成基因基因。盐碱盐碱和和干旱干旱对农作物的危害与对农作物的危害与细胞内渗透压细胞内渗透压调节调节有关有关,目前科学家正在利用一些可以调目前科学家正在利用一些可以调节细胞渗透压的基
3、因,来提高农作物的抗盐节细胞渗透压的基因,来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力。碱和抗干旱的能力。3.其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物大米、玉米、小麦含赖氨酸比较少,这大米、玉米、小麦含赖氨酸比较少,这些必需的氨基酸缺少后对人体的健康不些必需的氨基酸缺少后对人体的健康不利。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白利。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因质编码基因,导入植物中导入植物中,或者改变这些或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性氨基酸合成途径中某种关键酶的活性,以提高氨基酸的含量。以提高氨基酸的含量。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我国科学家已成功地将与植物花青
4、素代谢我国科学家已成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中,转基有关的基因导入花卉植物矮牵牛中,转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异,因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异,大大提高了花卉的观赏价值。大大提高了花卉的观赏价值。动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔1、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:生长生长激激素基因素基因2.2.用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质例如,有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或例如,有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状,食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状,科学家将肠乳糖酶基因导入
5、奶牛基因组,使获科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁,在其他养分不受影得的转基因牛分泌的乳汁,在其他养分不受影响的情况下,乳糖的含量大大减低。响的情况下,乳糖的含量大大减低。3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。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?是指把人或哺乳动物的某种是指把人或哺乳动物的某种基因导入基因导入到到哺乳动物哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪)的的受精卵受精卵里,里,目的基因若与受精卵染色体目的基因若与受精卵染色体DNA整合整合,细胞,细胞分裂时,该基因随
6、染色体的分裂时,该基因随染色体的倍增倍增而倍增,使而倍增,使每个细胞中都带有目的基因,使每个细胞中都带有目的基因,使性状得以表性状得以表达达,并,并稳定地遗传稳定地遗传给后代,从而给后代,从而获得基因产获得基因产品品。这样一种新的个体,称为。这样一种新的个体,称为转基因动物转基因动物。什么叫转基因动物?什么叫转基因动物?1)乳腺是一个)乳腺是一个外分泌器官外分泌器官,乳汁不进入,乳汁不进入体内循环,体内循环,不会影响转基因动物本身不会影响转基因动物本身的生理的生理代谢反应。代谢反应。2)从)从乳汁乳汁中获取中获取目的基因产物目的基因产物,产量高,产量高,易提纯,表达的蛋白质已经过充分的修饰加易
7、提纯,表达的蛋白质已经过充分的修饰加工,具有稳定的生物活性。工,具有稳定的生物活性。3)从乳汁中源源不断获得目的基因的产)从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时,转基因动物又可无限繁殖。物的同时,转基因动物又可无限繁殖。(1)、为什么乳腺能成为基因药物最理想)、为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢?的表达场所呢?乳乳腺(腺(房房)生物反应器生物反应器(2)、用基因工程技术实现动物乳腺生物反应)、用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的?器的操作过程是怎样的?获取目的基因获取目的基因(例如血清蛋白基因)(例如血清蛋白基因)构建基因表达载体构建基因表达载体(在血清白蛋白基因前
8、加(在血清白蛋白基因前加特异表达的特异表达的启动子启动子)显微注射显微注射导入哺导入哺乳动物乳动物受精卵受精卵中中形成胚胎形成胚胎将胚胎送入母体动物将胚胎送入母体动物发育成转基因动物发育成转基因动物(只有在(只有在产下产下的的雌性动物个体雌性动物个体中,转中,转入的基因才能表达)入的基因才能表达)()、乳房生物反应器的操作过程与一般()、乳房生物反应器的操作过程与一般转基因动物操作过程有何不同之处?并阐转基因动物操作过程有何不同之处?并阐述原因?述原因?要在要在编码蛋白质的基因序列编码蛋白质的基因序列前前加上乳腺组加上乳腺组织中特异表达的启动子织中特异表达的启动子构成表达载体。因构成表达载体。
9、因为产品在奶中形成,需要乳腺组织中特异为产品在奶中形成,需要乳腺组织中特异表达的启动子。(表达的启动子。(基因的选择性表达基因的选择性表达)4、用转基因动物作器官移植的供体、用转基因动物作器官移植的供体供体动物:供体动物:存在的难题:存在的难题:解决方法:解决方法:猪猪免疫排斥免疫排斥将供体基因组导入某种基因将供体基因组导入某种基因调节因调节因子子,以抑制,以抑制抗原决定基因抗原决定基因的表达,的表达,或设法除去或设法除去抗原决定基因抗原决定基因,再结合,再结合克隆克隆技术,培育出没有技术,培育出没有免疫排斥免疫排斥反反应的转基因克隆猪器官。应的转基因克隆猪器官。在传统的药品生产中,某些药品如
10、胰岛素、在传统的药品生产中,某些药品如胰岛素、干扰素直接从生物体的哪些结构中提取?干扰素直接从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,可高效率高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。基因工程药品异军突起基因工程药品异军突起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
11、。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,每中提取,每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰岛素。胰岛素。用该方法生产的胰岛素用该方法生产的胰岛素产量低,价格昂贵产量低,价格昂贵,远不能满足社会需要远不能满足社会需要。1979年,科学家将动年,科学家将动物体内的物体内的胰岛素基因与大肠杆菌胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重分子重组组,并在大肠杆菌内实现了表达。,并在大肠杆菌内实现了表达。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%
12、50%。基因工程药品基因工程药品胰岛素胰岛素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
13、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。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
14、生长激素。人们从人们从450L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1、体外基因治疗:、体外基因治疗:2、体内基因治疗:、体内基因治疗:从病人体内获得某种细胞,进行培从病人体内获得某种细胞,进行培养,然后,在养,然后,在体外完成基因转移体外完成基因转移,再再筛选筛选成功转移的细胞扩增培养,成功转移的细胞扩增培养,最后最后重新重新输入患者体内。输入患者体内。直接直接向向人体组织细胞中转移基因人体组织细胞中转移基因的治病方法。的治病方法。基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照用于基因治
15、疗的基因种类用于基因治疗的基因种类A.从健康人体上分离得到的功能正常的基因,从健康人体上分离得到的功能正常的基因,用以取代病变基因,或依靠其表达产物。用以取代病变基因,或依靠其表达产物。B.反义基因。即通过产生的反义基因。即通过产生的mRNA分子,与分子,与病变基因产生的病变基因产生的mRNA 进行互补,来阻断进行互补,来阻断蛋白质合成。蛋白质合成。C.编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因,又编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因,又叫做自杀基因。叫做自杀基因。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
16、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;原理:利用原理:利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理(碱基互碱基互补配对原则)补配对原则);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
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- 选修 基因工程 应用
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