《基因工程应用》讲课

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1、 学习目标1、举例说出植物基因工程的成果 2、举例说出动物基因工程的成果 3、举例说出基因工程药品 4、概括出基因治疗的原理及过程植物基因工程技术主要用于哪些方面植物基因工程技术主要用于哪些方面? ?提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂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）、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以及改良农作物的品质和利用植物 生产药物等方面生产药物等方面. .一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累( (一一) )抗虫抗虫转基因植物转基因植物1.传统农业如何防治害虫? 有哪些不足?2.现在已有哪些抗虫植物问世?3.

2、 抗虫基因Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等请阅读P18生物资料技术卡,了解一些抗虫基 因的抗虫机理。4.抗虫棉的目的基因是什么?目的基因从何 而来?（二）（二）抗病抗病转基因植物转基因植物1.什么是病原微生物？有哪些种类？引起生物生病的微生物，主要有病毒、 真菌和细菌等2.为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新 品种？3.在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外壳蛋白基因； 病毒的复制酶基因3.在抗真菌转基因植物中使用什么基因？几丁质酶基因和抗毒素合成基因 （三）其他（三）其他抗逆抗逆转基因植物转基因植物1.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱

3、、低温和涝害等2.盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？细胞内的渗透压调节在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？ 调节细胞渗透压的基因 3.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因 提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因 4.抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物（四）利用转基因（四）利用转基因改良植物的品质改良植物的品质人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机 体内又不能合成的，必须从食物中补充的 氨基酸，称必需氨基酸。 必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、 苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸 、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。 如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响 健

4、康。 另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫 做非必需氨基酸。你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？如何用转基因的方法加以改良？将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性转基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果实成熟的基因转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因异想天开二 、动物基因工程前景广阔1.动物基因工程的应用体现在哪些方面？用于提高动物生长速度用于提高动物生长速度 用于改善畜产品的品质用于改善畜产品的品质 用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物 用于转基因动物作器官移植的供体用于转基因动物作器官移植的供体（一）用于提高动物生长速度（

5、一）用于提高动物生长速度导入外源生长激素基因（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质举例说明将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛 分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物设问设问: :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？转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺。（1 1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入）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体内循环，不会影响转基因动物本身的生理 代谢反应。代谢反应。（2 2）从乳汁中获取目的基因产物，产量高）从乳汁中获取目的基因

6、产物，产量高 ，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰，易提纯，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。加工，具有稳定的生物活性。（3 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。设问设问: :为什么乳腺能成为基因药物最理想的为什么乳腺能成为基因药物最理想的 表达场所呢？表达场所呢？将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等 调控组件重组在一起，通过显微注射等方法 ，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入 母体，使其发育成转基因动物。转基因动物 进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需 要的药

7、品，称为乳腺生物反应器或乳房生物 反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好 ；成本低；易提取。 获取目的基因（例如血清白蛋白基因） 构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加 特异表达的启动子） 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成胚胎 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）。思考: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？ （四）用转基因动物作器官移植的供体（四）用转基因动物作器官移植的供体利用基因工程对猪的器官进行改造方法：将器官供体基因组导入某种调 节因子，以抑制抗原决定基因的表达 或设法除去抗原决定基因，再结合克

8、 隆技术，培育出没有免疫排斥反应的 转基因克隆猪器官将将目的基因目的基因导入到动物的受精卵里，目的基因若导入到动物的受精卵里，目的基因若 与受精卵染色体与受精卵染色体DNADNA整合，细胞分裂时，该基因随整合，细胞分裂时，该基因随 染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的 基因，使基因，使性状得以表达性状得以表达，并稳定地遗传给后代，并稳定地遗传给后代， 从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转 基因动物。基因动物。 总结：什么叫总结：什么叫转基因动物？转基因动物？基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？基

9、因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质 量的皮毛等优良品质的转基因动物。量的皮毛等优良品质的转基因动物。 该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术感染或显微注射技术将将 重组重组DNADNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。1.1.在传统的药品生产中，某些药品如在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素胰岛素、 干扰素干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。从生物的组织、细胞或血液中提取。2.2.传统生产方法的缺点传统生产方法的

10、缺点: :由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起3.3.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转基因的利用基因工程方法制造转基因的工程菌工程菌，可高，可高 效率地生产出各种高质量、低成本的药品。效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌工程菌: :用基因工程方法，使外源基因得用基因工程方法，使外源基因得 到高效率表达的菌类细胞株系。到高效率表达的菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子 如白细胞介素2、干扰素）、抗体、疫苗 、激素等胰岛素从猪、牛等动物的胰

11、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%!基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生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，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 部摘取垂体，并从中提取生长激素。部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，现可利用基因工程方法，将人的生长激素将人的生长激

12、素 基因导入大肠杆菌中基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。，使其生产生长激素。 人们从人们从 450 L450 L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 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 生长激素生长激素干扰素是一种干扰素是一种糖蛋白糖蛋白，是一种抗病毒的特效药。此，是一种抗病毒的特效药。此 外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。 传统的干扰素是从人的白细胞内提取，每传统的干扰素是从人的白细胞内提取，每300L300L血液血液 只能提取出只能提取出1mg1mg干扰素

13、。干扰素。1980198019821982年，科学家年，科学家用基用基 因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰因工程方法在大肠杆菌及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1212万倍。万倍。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素其它基因工程药物o人造血液、白细胞介 素、乙肝疫苗等通过 基因工程实现工业化 生产，均为解除人类 的病苦，提高人类的 健康水平发挥了重大 的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产1 1、基因治疗概念、基因治疗概念 ：四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照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，是治 疗

14、遗传病的最有效的手段。（把特定的（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞外源基因导入有基因缺陷的细胞中，中， 从而达到治疗疾病的目的）从而达到治疗疾病的目的） 2、实例：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋 巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内 。(1)对严重复合型免疫缺陷症的治疗复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症这个4岁女孩由于遗传 基因有缺陷，自身不能生 产ADA，先天性免疫功能 不全，只能生活在无菌的 隔离帐里。uu基因治疗基因治疗方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。 从患者体内分离出淋巴细胞进行培养；从患者体内分离出淋巴细胞进行培养； 用限制酶从正常人体细胞中获

15、取用限制酶从正常人体细胞中获取腺苷酸脱氨腺苷酸脱氨酶基因酶基因，插入质粒构建基因表达载体；，插入质粒构建基因表达载体； 用显微注射法将重组质粒导入淋巴细胞；用显微注射法将重组质粒导入淋巴细胞； 检测筛选出成功转化的淋巴细胞，转入患者检测筛选出成功转化的淋巴细胞，转入患者体内；体内； 一段时间内，检测患者体内是否产生腺苷酸一段时间内，检测患者体内是否产生腺苷酸脱氨酶。脱氨酶。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。（如将治疗囊性纤维病

16、的正常 基因转入患者肺组织） 4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床 试验阶段DNADNA分子杂交分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。是基因诊断最基本的方法之一。 当用一段已知基因的核苷酸序列作为当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针探针， 与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配 对成双链，则表明被测基因中含有已知的基对成双链，则表明被测基因中含有已知的基 因序列。因序列。知识回顾：基因诊断1、下列不属于需用基因工程方法生产药物的是 （ ） A 胰岛素 B生长激素 C 维生素 D凝血因子 2、人的糖蛋白必须经过内质网和高尔机体加工 合成。通过转基因技术，可以使人的糖蛋白 基因 得以表达的受体细胞是（ ） A大肠杆菌 B 酵母菌 C、 T4噬菌体D 质粒 CB练习IMNIMN练习3.3.继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物 发生器