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1、第3节 基因工程的应用及产业化前景,第4章 基因工程,目标导读 1.阅读教材P8386内容，了解动植物基因工程成果。 2.分析教材P8691图文，简述基因治疗和基因芯片。 重难点击 1.动植物基因工程成果。 2.基因治疗和基因芯片。,课堂导入,方式一 基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，目前已经成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域农牧业、工业、环境、能源和医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！,方式二 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取45 g
2、胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982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30%50%。可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。 基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。,一、动植物基因工程成果,二、基因治疗和基因芯片,内容索引,当堂检测,一、动植物基因工程成果,1.植物基因
3、工程成果 (1)突破了传统杂交育种的局限性 传统杂交育种的不足：育种周期 ，易丢失 。 转基因植物的实例 a.抗病植物：如抗病毒的烟草和马铃薯是导入了 基因。 b.抗虫植物：抗虫玉米和抗虫棉花是把 体内的一种编码_ 的基因导入玉米和棉花，减少了喷洒农药造成的污染。,长,优良基因,基础梳理,抗病毒,苏云金杆菌,毒素,蛋白,c.优质植物：把编码赖氨酸的基因转入小麦 ，培育出了富含赖氨酸的小麦。 转基因技术的优点：克服了 或不能杂交的障碍，使得生物界存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物 上，从而培育出优良的品种，同时还缩短了 。 (2)开辟了生产疫苗的新途径：科学家培育出一种可以生产
4、 的转基因胡萝卜，通过 就可以达到接种疫苗的效果。,基因组,远源种及种间杂交不育,染色体,育种周期,乙肝疫苗,生吃或榨汁食用,2.动物基因工程成果 (1)改良畜禽经济性状的新思路 快速生长动物：通过转基因技术，使受体动物合成某些必需的 ，或改变动物的 系统，进而促进动物生长、提高饲料的利用率。如把人的 基因导入猪的 得到的转基因猪生长速度和饲料利用效率显著提高。 抗病动物：将抗病基因导入动物体内，提高动物的抗病能力。,氨基酸,生长调节,生长激素,受精卵,(2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径 乳腺生物反应器的优势 a.乳腺是 器官，乳汁不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 b.从乳汁中获
5、取的基因产物，不但 ，而且表达的蛋白质经过充分的修饰加工，具有 的生物活性。 动物生物反应器生产的药物 1抗胰蛋白酶、凝血因子、 激素等。,外分泌,产量高，易提纯,稳定,生长,知识提炼 基因工程育种和传统杂交育种的比较,问题探究,应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：,答案 限制性内切酶、DNA连接酶；显微注射技术。,1.在培育转人生长激素基因牛的过程中，过程需要的工具酶有哪些？过程常用的方法是什么？,答案,3.要使转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，应如何设计？,答案,答案 在人生长激素基因的上游连接上专一在乳腺细胞中表达的
6、蛋白质基因的启动子。,2.该转基因牛的所有细胞中都有人的生长激素基因吗？为什么？,答案 都有。因为该转基因牛的所有细胞都来自受精卵的有丝分裂。,5.抗虫棉培育成功后，其效果会不会持久不变？,答案,答案 不会，棉铃虫也会对其产生抗性。,4.抗虫棉的培育过程中，受体细胞一定也是受精卵吗？,答案 不一定。也可以是体细胞。,拓展应用,1.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。请回答下列问题： (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是_。,解析 在基因工程中，若受体细胞是
7、动物细胞，常采用显微注射的方法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交技术。,答案,解析,显微注射法,(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_ _。 (3)通常采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。 (4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异表达。,答案,受精卵(或早期胚胎),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,细胞中表达,分子杂交检测,膀
8、胱上皮,二、基因治疗和基因芯片,1.基因治疗 (1)基本原理：将 的基因通过某种载体导入人体细胞中有 的部位，并使目的基因在机体内 ，达到防治疾病的目的。 (2)操作程序： 的选择和制备 的选择靶细胞的选择目的基因进入 的方式外源基因表达的 。 (3)治疗对象： 、严重贫血、关节炎、心血管病、癌症、甚至艾滋病等疑难顽症。,健康和正常,基础梳理,缺损或有变异基因,有效表达,目的基因,运载体,靶细胞,检测,血友病,(4)存在的问题 目的基因的安全性问题 a.应确认目的基因进入人体后不会产生有害的 。 b.目的基因的表达应有一定的 。,遗传变异,可控性,致病多基因问题：对多基因遗传病难以收到较好的疗
9、效。,运载体问题,靶向性,安全,免疫反应,2.基因芯片 (1)制作过程 将多个DNA片段粘在玻璃上，将每一个DNA片段的 和所粘贴的位置贮存到计算机里。 (2)工作原理：分子杂交技术。 待测DNA样品 标记与基因芯片进行 信号输入计算机统计分析检测出待测样品的 序列。,序列信息,荧光,分子杂交,DNA,(3)优点：一次可以检测大量的基因。 (4)基因芯片的用途 监测 的变化、分析基因 、寻找新的基因和新的药物分子。 研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。,基因表达,序列,问题探究,复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病，患者由于腺苷脱氨酶基因出现缺陷，造成体内缺乏腺苷脱氨酶；而腺苷
10、脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，患者不能抵抗病原微生物的威胁。下图是用基因治疗的方法治疗该病的过程图，请分析下列问题：,1.治疗该病可不可以将正常人的免疫细胞直接输入患者体内？,答案 不行。会发生排斥反应，输入的细胞无法存活。,答案 淋巴细胞。腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生免疫物质。,2.研究人员将腺苷脱氨酶基因转入患者的什么细胞？为什么不能转入其他的体细胞？,答案,答案 存在。基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。,3.经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？,答案 鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提
11、高。,4.怎样鉴定该患者是否治疗成功？,知识拓展 体外基因治疗和体内基因治疗的比较,解析 基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入病人的靶细胞，以纠正基因的缺陷，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。,拓展应用,2.基因治疗是指 A.用DNA探针修复缺陷基因 B.用DNA探针检测疾病 C.将正常基因导入有基因缺陷的细胞中 D.将外源基因导入受体细胞,答案,解析,解析 基因芯片可以用于监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子，还可以用来研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。,3.下列关于基因芯片的应用的叙述，
12、错误的是 A.对药物进行基因芯片检测 B.只能对细胞分化的基因表达情况进行分析 C.通过对正常和疾病状态下基因表达情况的研究可以寻找和发现新基因 D.研究生物体在进化、发育和遗传过程中的规律,答案,解析,课堂小结,基因工程的应用,植物基 因工程,突破了传统杂交的局限,常见转基因植物： 的烟草和马铃薯， 玉米、棉花，富含 的小麦,抗病毒,抗虫,优点,(1)克服了_ _的障碍 (2)缩短了_,开辟了生产疫苗的新途径,赖氨酸,远源种及种间杂交不育 或不能杂交,育种周期,基因工程的应用,动物基 因工程,(1)加快畜禽的生长速度 (2)动物生物反应器： ，生产的药物如1-抗胰蛋白酶、 、_,乳腺,人凝血
13、因子,基因治疗,原理： (基因工程) 治疗对象：血友病等多种 遗传病 存在问题：目的基因的 问题， 问题和_ 问题,生长激素,基因重组,单基因或多基因,安全性,运载体,致病,多基因,原理：_ 主要过程：荧光标记的 与基因芯片上已 知的DNA片段_ 优点：一次可以检测大量的基因 用途：监测基因表达的变化，寻找致病基因等,DNA分子杂交,基因 芯片,DNA探针,基因工程的应用,杂交,当堂检测,1.能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是 A.单倍体育种 B.杂交育种 C.基因工程育种 D.多倍体育种,2,3,4,5,1,解析 要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并
14、让其表达，因此需要通过基因工程技术才能实现。,答案,解析,2.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.抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异,答案,2,3,4,1,5,解析 抗病毒转基因植物只能抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫，抗病毒基因和植物体其他基因一样存在基因突变的可能。,解析,2,3,4,1,5,3.科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，下列相关叙述中，正确的是 该技术将导致定向变异 DNA连接酶把目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接
15、起来 蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料 受精卵是理想的受体 A. B. C. D.,答案,4.治疗复合型免疫缺陷症、白化病、囊性纤维化病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致病基因突变 D.采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响,2,3,4,1,答案,5,解析 治疗遗传病的根本途径是基因治疗。,解析,5.如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程，请回答以下问题：,2,3,4,1,5,(1)_图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞，这种病是由于_造成的。,解析 由于基因突变使红细胞在形态上呈镰刀
