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1、学习目标,1.能举例说出基因工程在农业和制药医疗等方面 的应用及取得的丰硕成果。(重点) 2.初步掌握基因治疗的相关内容。(难点) 3.关注基因工程的进展，了解基因芯片的工作原 理及特点、作用。 4.认同基因工程的应用促进生产力的提高。,1.3 基因工程的应用,植物基因工程,动物基因工程,基因工程药物,基因治疗,基因工程的应用,基因工程的应用领域有： 农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等,应用生物：,植物、动物、微生物,一、植物基因工程,1、抗虫转基因植物,2、抗病转基因植物,3、其他抗逆转基因植物,4、利用转基因改良植物的品质,提高农作物抗逆能力,抗虫转基因植物,用于杀虫的基因主要有哪些种？
2、分别有什么作用？,Bt毒蛋白基因,蛋白酶抑 制剂基因,淀粉酶抑 制剂基因,植物 凝集素基因,4种的作用都发生在昆虫消化道，对哺乳动物无毒害。,使细胞破裂,抑制淀粉吸收,抑制蛋白质吸收,抑制营养物质吸收,1、减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害；2、降低成本。,优点：,苏云金芽孢杆菌,抗病转基因植物,抗烟草花叶病毒 转基因烟草 抗病毒 转基因小麦、甜椒、番茄等,抗病毒的目的基因,病毒外壳蛋白基因,病毒复制酶基因,抗真菌的目的基因,几丁质酶基因,抗毒素合成基因,病毒外壳蛋白基因（CP）的作用,在植物细胞中积累的外壳蛋白会将入侵的病毒核酸包裹，抑制核酸的复制和表达； 抑制病毒脱外壳
3、； 外壳蛋白基因转录出的RNA和病毒RNA相互作用。,抗盐碱、抗干旱（烟草） 抗寒（烟草、番茄） 抗除草剂（大豆、玉米）,抗逆转基因植物,调节细胞渗透压的基因,抗除草剂基因,抗冻蛋白基因（鱼）,利用转基因改良植物的品质,高氨基酸产量的转基因植物 如：高赖氨酸玉米 转基因耐储存番茄 转基因花卉,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,控制番茄果实成熟的基因,与植物花青素代谢有关的基因,二、动物基因工程,1、用于提高动物生长速度,2、用于改善畜产品的品质,3、用转基因动物生产药物,4、用转基因动物作器官移植的供体,1、用于提高动物生长速度,外源生长激素基因,2、用于改善畜产品的品质,举例说明：,将 导入奶牛基
4、因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,肠乳糖酶基因,3、用转基因的动物生产药物,乳腺生物反应器或乳房生物反应器,优点：产量高；质量好； 成本低；提取容易。,用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程,获取目的基因（例如血清白蛋白、抗凝血酶、生长激素、-抗胰蛋白酶基因）,构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加乳腺蛋白基因的启动子）,显微注射法导入哺乳动物受精卵中,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）,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,动物乳腺组织不仅具有按遗传信息流向合成蛋白质的能力，而且具备一整套对蛋白质进行修饰和加工的能
5、力，使表达的蛋白质具有稳定的生物活性。 乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。并且能够从乳汁中源源不断获得目的基因的产物。,4.用转基因的动物作器官移植的供体,操作方法：,供体选择：,最大障碍：,免疫排斥反应,向器官供体基因组导入某种调节因子，抑制或除去抗原决定基因，克服免疫反应。,小型猪,为什么人们希望从猪体内寻找人器官移植的供体？,猪内脏的构造、大小、血管分布等与人极为相似 猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物,工程菌,利用基因工程的方法，导入外源基因并得到高效率表达的菌类细胞株系。,三、基因工程药物,利用工程菌生产转基因药物： 细
6、胞因子（干扰素、白细胞介素等）、抗体、疫苗、激素（胰岛素、生长激素等）等,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药品 胰岛素,从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素,基因工程药品 干扰素,基因工程药品 生长激素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑
7、的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,用工程酵母菌生产乙肝疫苗, 用限制酶获取乙肝病毒抗原蛋白基因; 将抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体(启动子)； 用Ca+处理酵母菌使之成为感受态细胞， 将重组质粒导入酵母菌； 检测筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵 培养。,发酵工程,发酵罐,1、概念： 把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。,2、基因治疗的发展现状： 处于初期的临床试验阶
8、段,四、基因治疗,3、基因治疗的类型,体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功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：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。,复合型免疫缺陷症,遗传性囊性纤维病,复合型免疫缺陷症的基因工程治疗,复合型免疫缺陷症患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶的基因发生了突变。,患者生存在无菌环境中,复合型免疫缺陷症,缺失腺苷酸脱氨酶基因（A基因）,造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶。 基因治疗方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。, 从患者体内分离出
9、淋巴细胞进行培养； 用限制酶从正常人体细胞中获取A基因，并构建基因表达载体； 用显微注射法将基因表达载体导入淋巴细胞； 检测筛选出成功转化的淋巴细胞，输入患者体内； 一段时间后，检测患者体内是否产生腺苷酸脱氨酶。,患者淋巴细胞,腺苷酸脱氨酶基因,复合型免疫缺陷症（腺苷酸脱氨酶缺乏）,病症 提取 转基因 筛选扩增回输 方法 时间,1990年9月,转基因细胞,体外基因治疗 操作复杂,遗传性囊性纤维化,病症 转基因 直接转入 载体 方法 时间,1994年,患者肺组织,经过修饰的腺病毒,正常基因,体内基因治疗 操作简便,用于基因治疗的基因种类,正常基因 反义基因 自杀基因,弥补病变基因带来的生理缺陷,
10、产生的mRNA与病变基因的mRNA互补，阻断非正常蛋白质的合成,一类蛋白酶基因，能杀死癌细胞,（注意：并不需要去除或修复异常基因）,基因工程与食品工业,基因工程为食品工业中提供了什么前景？ 基因工程为人类开辟新的食物来源。 鸡蛋白基因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酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。 用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,基因工程与环境保护,基因工程在环保方面有什么应用？ 用于环境监测。 用于被污染环境的净化。 通过基因工程方法怎样进行环境监测？ 例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是
11、快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？ 用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌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“超级细菌”。 用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。,基因诊断,用放射性同位素、荧光分子等标记DNA分子作探针，利用DNA分子杂交的原理，鉴定被检测的标本上的遗传信息，以达到检测疾病的目的。 应用：检测病原体；诊断遗传病。,在一微小的基片（硅片、玻片、塑料片等）表面集成了大量的分子识别探针
12、，能够在同一时间内平行分析大量的基因，进行大信息量的筛选与检测分析。,基因芯片,原理：应用已知核酸序列作为探针与互补的靶核苷酸序列杂交，通过随后的信号检测进行定性与定量分析,反 馈 练 习,1、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CO2固定酶。其目 的是（ ） A、提高光合作用效率 B、延长果实的储藏期 C、培育新作物品种 D、提高植物的抗性,A,2、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30多倍。“转基因动物”是指（ ） A、提供基因的动物 B、基因组中增加外源
13、基因的动物 C、能产生白蛋白的动物 D、能表达基因信息的动物,B,3、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是（ ） A、口服化学药物 B、注射化学药物 C、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 带来的影响,D,4、不是基因工程方法生产的药物是( ) A.干扰素 B.白细胞介素 C.青霉素 D.乙肝疫苗,C,5、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是( ) A.促使目的基因导入宿主细胞中 B.促使目的基因在宿主细胞中复制 C.使目的基因容易被检测出来 D.
14、使目的基因容易成功表达,C,6、应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是指( ) A.用于检测疾病的医疗器械 B.用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子 C.合成球蛋白的DNA D.合成苯丙氨酸羟化酶的DNA片段,B,7、下列目的基因的获取过程中不宜用“鸟枪法” 获取的是( ) A干扰素基因 B. 抗虫基因 C抗病毒基因 D. 固氮基因,A,8、中国青年科学家陈大炬成功地把人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子上，可使烟草获得抗病毒能力，形成转基因产品，试分析回答： （1）人的基因之所以能接到植物体内去，原因是_。 （2）烟草具有抗病毒能力，这表明烟草体内产生了_，这个事实说明，人和植物共用一套_，蛋白质合成方式_。,人和植物的DNA结构相同,抗病毒干扰素,遗传密码,相同,转基因生物与目的基因的关系,Bt毒蛋白基因,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,调节细胞渗透压的基因,抗冻蛋白基因,抗除草剂基因,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,控制番茄成熟的基因,病毒外壳蛋白基因和病毒复制酶基因,肠乳糖酶基因,胰岛素基因,苏云金芽孢杆菌,鱼,人,
