基因工程应用

1、练习练习1：(2008理综山东卷理综山东卷)为扩大可耕地面积，增为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。水稻新品系。（2）将重组）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和法有农杆菌转化法和 法。法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用利用 技术，该技术的核心是技术，该技术的核心是 和和 。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既）为了确

2、定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的要用放射性同位素标记的 作探针进行作探针进行分子杂交检测，又要用分子杂交检测，又要用 方方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。基因枪法（花粉管通道法）基因枪法（花粉管通道法）植物组织培养植物组织培养脱分化和再分化脱分化和再分化耐盐基因耐盐基因一定浓度盐水浇灌一定浓度盐水浇灌基因工程的实际应用领域有：基因工程的实际应用领域有：农牧业、工业、环境、能源、医农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等学卫生等应用生物：植物、动物、微生物应用生物：植物、动物、微生物 转基因工程技术主要用于转基因工程技术主要用于提高提高农作物

3、的农作物的抗逆能抗逆能力力（如抗除草剂，抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱（如抗除草剂，抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）等）, ,以及以及改良农作物的品质改良农作物的品质和利用植物和利用植物生产药物生产药物等方面。等方面。1、抗虫转基因植物、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物、抗逆转基因植物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转入转入外源基因外源基因的植（动）物的植（动）物转基因植（动）物：转基因植（动）物：Bt毒蛋白基因毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌病毒外壳基因和病毒复制酶基因病毒外壳基因和病毒复制酶基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因几丁质酶基因

4、和抗毒素合成基因调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因鱼鱼抗除草剂基因抗除草剂基因富含赖氨酸的蛋白质编码基因富含赖氨酸的蛋白质编码基因控制番茄果实成熟的基因控制番茄果实成熟的基因植物花青素代谢有关的基因植物花青素代谢有关的基因乳糖酶基因乳糖酶基因人胰岛素基因人胰岛素基因人人1、提高生长速度、提高生长速度2、改善畜产品的品质、改善畜产品的品质3、生产药物、生产药物4、作为器官移植的供体、作为器官移植的供体过程：过程：1、重组重组药用蛋白基因与药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的乳腺蛋白基因的启动子启动子等等2、用、用显微注射法显微注射法导入导入到受精卵到受精卵3、将受精卵、将受

5、精卵送入送入母体生长发育母体生长发育4、转基因动物进入泌乳期后，、转基因动物进入泌乳期后，提取提取乳汁乳汁产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶3.3.用转基因的动物生产药物用转基因的动物生产药物 乳腺（房）生物反应器乳腺（房）生物反应器 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循乳汁不进入体内循环，不会影响环，不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生理代谢反应生理代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯产量高，易提纯，表达的表达的蛋白质已经过充分的修饰加工蛋白质已经

6、过充分的修饰加工，具有，具有稳定稳定的生物活性。的生物活性。3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产物的同时，获得目的基因的产物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。雌性动物的乳腺是基因药物最理想的表达场雌性动物的乳腺是基因药物最理想的表达场所，原因是所，原因是例例1、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，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

7、：并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是法是_。（2）进行基因转移是，通常要将外源基因转）进行基因转移是，通常要将外源基因转_中，中，原因是原因是 。（3）通常采用）通常采用 技术检测外源基因是技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组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）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的的 细胞中特异表达。细胞中特异表达。显微注射显微注射受精卵受精卵受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达DNA分子杂

8、交分子杂交膀胱上皮膀胱上皮导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠用转基因动物的器官做移植的供体最大的问题是用转基因动物的器官做移植的供体最大的问题是免疫排斥免疫排斥，科，科学家正在试图学家正在试图导入某些调节因子导入某些调节因子来抑制抗原决定基因的表达或来抑制抗原决定基因的表达或设法设法去掉抗原决定基因去掉抗原决定基因，以期培育出无免疫排斥的转基因克隆，以期培育出无免疫排斥的转基因克隆猪器官。猪器官。例例3、1997年，科学家年，科学家将动物体内的能够合成将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆胰岛素的基因与大肠杆菌的菌的DNA分子重组，并分子重组，并且在大肠杆菌中表达成

9、且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据图回功。如右图，请据图回答问题。答问题。(1)此图表示的是采取此图表示的是采取_方法方法获取获取_基基因的过程。因的过程。人工合成基因人工合成基因胰岛素（目的）胰岛素（目的）(2)图中图中DNA是以是以_为模板，为模板，_形成单链形成单链DNA，在酶的作用下合成双链在酶的作用下合成双链DNA，从，从而获得了所需要的而获得了所需要的_。(3)图中代表的是图中代表的是_酶，酶，在它的作用下将质粒切出在它的作用下将质粒切出_末端。末端。(4)图中代表重组图中代表重组DNA，含，含_基因。基因。 (5)图中表示的过程是图中表示的过程是_。胰岛素胰岛素mRNA逆转录逆

10、转录胰岛素（目的）基因胰岛素（目的）基因 限制限制黏性黏性胰岛素基因胰岛素基因重组重组DNA导入受体细胞导入受体细胞 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接干扰素直接从生物的从生物的组织组织、细胞细胞或或血液血液中提中提取。由于受原料来源的限制，取。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，可高效高效率率地生产出各种地生产出各种高质量高质量、低成本低成本的药品。的药品。二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗1、

11、基因工程药物、基因工程药物项目项目本质本质功能功能传统方法传统方法现代方法现代方法胰岛素胰岛素干扰素干扰素（ 、 、 ）乙型肝炎乙型肝炎疫苗疫苗蛋白质蛋白质治疗糖治疗糖尿病尿病动物胰脏中动物胰脏中提取提取大肠杆菌大肠杆菌细胞细胞糖糖蛋蛋白白治疗病毒治疗病毒性肝炎和性肝炎和肿瘤肿瘤人血液中人血液中提取提取酵母菌酵母菌细胞细胞乙肝乙肝抗原抗原预防预防乙肝乙肝酵母菌酵母菌细胞细胞是指是把是指是把正常基因（健康的外源基因）正常基因（健康的外源基因）导入有导入有基基因缺陷因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。的细胞中，达到治疗疾病的目的。 基因治疗曙光初照基因治疗曙光初照1、基因治疗的概念、基因治疗的概念

12、2、基因治疗的类型、基因治疗的类型体内基因治疗和体外基因治疗体内基因治疗和体外基因治疗DNADNA分子杂交技术分子杂交技术基因诊断：基因诊断：二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。举例举例珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫血症镰刀状细胞贫血症苯丙氨酸羧化酶基因探针苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症苯丙酮尿症白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的白血病患者细胞中分离出的癌基因

13、制备的DNADNA探针探针 白血病白血病基因工程在环保方面有什么应用？基因工程在环保方面有什么应用？ 用于用于环境监测环境监测。 用于被污染用于被污染环境的净化环境的净化。通过基因工程方法怎样进行环境监测？通过基因工程方法怎样进行环境监测？ 例如：用例如：用DNADNA探针探针可以检测可以检测饮用水中病毒饮用水中病毒的的含量。此方法的特点是含量。此方法的特点是快速快速、灵敏灵敏，1 1吨水中有吨水中有1010个病毒也能检测出来。个病毒也能检测出来。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。基因工程将能分解三种烃类的基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因都转移到的基因都

14、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四种烃类的“超级细菌超级细菌”。用于被污染用于被污染环境的净化环境的净化通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？例例5、患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或病毒感染，、患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或病毒感染，就会性病死亡。经过研究证实，就会性病死亡。经过研究证实，SCID病人细胞的一个常染色体病人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。上编码腺苷酸脱氨酶的基因发生了突变。（1）请你利用所学知识，设想一个治疗）请你

15、利用所学知识，设想一个治疗SCID病的方案。病的方案。第一步：发现人体正常第一步：发现人体正常ada基因克隆后用来替换反转录病毒的原基因克隆后用来替换反转录病毒的原有基因，构建重组载体；有基因，构建重组载体；第二步：从第二步：从SCID病人体内分离出免疫系统有缺陷的病人体内分离出免疫系统有缺陷的T淋巴细胞淋巴细胞第三步：第三步： ；第四步：第四步： ；（2）还有哪些遗传病可用基因治疗的方案进行治疗？试举例。）还有哪些遗传病可用基因治疗的方案进行治疗？试举例。 将这些将这些T淋巴细胞与携带了正常淋巴细胞与携带了正常ada基因的反转录酶病毒混合在一起，让基因的反转录酶病毒混合在一起，让病毒感染病毒

16、感染T淋巴细胞，使正常的淋巴细胞，使正常的ada基因扩增并插入到基因扩增并插入到T细胞的基因中；细胞的基因中； 在实验室中通过细胞培养并确认转入的基因成功表达后，用注射器将成在实验室中通过细胞培养并确认转入的基因成功表达后，用注射器将成千上万个重组的转基因千上万个重组的转基因T细胞注射到细胞注射到SCID患者的个体组织中。患者的个体组织中。 血友病，镰刀型细胞贫血症。血友病，镰刀型细胞贫血症。例例6、应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使、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（探针是指（ ）A、用

17、于检测疾病的医疗器械、用于检测疾病的医疗器械B、用放射性同位素或萤光分子等标记的、用放射性同位素或萤光分子等标记的DNA分子分子C、合成球蛋白的、合成球蛋白的DNAD、合成苯丙羟化酶的、合成苯丙羟化酶的DNA片段片段B一、蛋白质工程崛起的缘由1 1基因工程的局限性：基因工程的局限性：a、基因工程在原则上只能生产自然基因工程在原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质界已存在的蛋白质b、天然蛋白质不一定完全符合人类、天然蛋白质不一定完全符合人类 生产和生活的需要生产和生活的需要2 2蛋白质工程的目的：蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并生产符合人们生活需要的并非自然界非自然界已存在已存在的蛋白质

18、的蛋白质例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍二、蛋白质工程的基本原理1 1蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念2 2前提：前提：原理：原理：目的

19、：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质蛋白质工程流程图：蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链基因基因DNA预期预期功能功能DNA合成合成分子分子设计设计mRNA生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列比较基因工程和蛋白质工程：基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点产生新的产生新的产生的蛋白质产生的蛋白质联系联系比较基因工程和蛋白质工程：基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于分子水平产生新的产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基因（型）基因（型）产生的蛋白质产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系联系蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸蛋白质改造工程的实例：3 3胰岛素改造胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部