基因工程的应用

基因工程的应用第1页，共40页，2023年，2月20日，星期四基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。应用领域——农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等。第2页，共40页，2023年，2月20日，星期四1.3基因工程的应用植物基因工程硕果累累动物基因工程前景广阔基因工程药物异军突起基因治疗曙光初照第3页，共40页，2023年，2月20日，星期四抗虫棉（左）和普通棉（右）的叶子转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（黄色枯萎植株）棉花、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花等。成果：一.植物基因工程硕果累累①抗虫转基因植物第4页，共40页，2023年，2月20日，星期四方法：用于杀虫的目的基因主要有：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。Bt毒蛋白基因(重点)、

蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。意义：少农药、低成本、少污染。第5页，共40页，2023年，2月20日，星期四思考：1.细菌的基因之所以能“嫁接”到棉花细胞内，原因是?

组成细菌和棉花的DNA分子的空间结构和化学组成相同

2.利用基因工程培育抗虫棉，与诱变育种和杂交育种相比，有什么优点？是属于哪种变异？3.抗虫棉能抗病吗？第6页，共40页，2023年，2月20日，星期四B.目的基因使用最多的病毒外壳蛋白基因（CP基因和病毒的复制酶基因C.成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。②抗病转基因植物抗病毒基因：几丁质酶基因抗毒素合成基因抗真菌基因：A.引起植物生病的病原微生物主要有：病毒、真菌和细菌等。（这些基因的转化植物表现出对同种病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性

）第7页，共40页，2023年，2月20日，星期四③抗逆转基因植物A.哪些环境条件会造成农作物低产、减产？盐碱、干旱、低温和涝害等B.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C.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第8页，共40页，2023年，2月20日，星期四③抗逆转基因植物A.方法：将导入植物，获抗逆性作物。抗逆基因B.基因种类：抗除草剂基因、抗冻蛋白基因、调节细胞渗透压基因。第9页，共40页，2023年，2月20日，星期四C.成果：A.利用调节细胞渗透压的基因，提高作物抗旱和抗盐碱能力；B.将鱼的抗冻蛋白基因转入番茄，提高番茄的抗冻能力。C.将抗除草剂基因导入农作物中，在喷洒除草剂时，杀死杂草而不杀死农作物。第10页，共40页，2023年，2月20日，星期四提高植物的光合作用效率

改造光合作用中起关键作用的CO2固定酶，能提高植物对CO2的固定效率；还可以通过增强植物对光能吸收与转化的功能来提高光合作用效率，提高作物的产量。④利用转基因改良植物的品质第11页，共40页，2023年，2月20日，星期四

延长果实的储藏期乙烯是催熟果实的一种激素，在其形成过程中需要乙烯形成酶。通过基因工程可以获得能抑制乙烯形成酶基因表达的植物新品种，这些转基因植物的果实既保持了原有的品质，又延长了储藏期。④利用转基因改良植物的品质第12页，共40页，2023年，2月20日，星期四人体（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８种：苏氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、亮氨酸。如果饮食中经常缺少必需氨基酸，对人的健康不利。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。还记得必需氨基酸吗？第13页，共40页，2023年，2月20日，星期四④利用转基因改良植物的品质成果A.将富含赖氨酸的蛋白质的编码基因导入玉米，获得的转基因玉米赖氨酸含量提高30％。B.将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄，储存期可以达2个月。C.将与植物花青素代谢有关的基因导入矮牵牛中，转基因矮牵牛出现自然界没有的颜色变异。第14页，共40页，2023年，2月20日，星期四

科学家将菜豆储存蛋白的基因转移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。这一过程不涉及（C）A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制B.DNA以其一条链为模板合成RNAC.RNA以自身为模板自我复制D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质第15页，共40页，2023年，2月20日，星期四二、动物基因工程前景广阔①用于提高动物生长速度目的基因？举例说明②用于改善畜产品品质举例说明③用转基因动物生产药物如何操作？生产出哪些药物？④用转基因动物做器官移植的供体如何操作？（重点理解）第16页，共40页，2023年，2月20日，星期四①用于提高动物的生长速度转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）A.基因：外援生长激素基因B.成果:转基因鲤鱼、转基因绵羊。第17页，共40页，2023年，2月20日，星期四②用于改善畜产品的品质A.病症：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B.优良基因：肠乳糖酶基因C.方法：肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，获得转基因牛分泌的乳汁，其中乳糖的含量大大减低。乳糖肠乳糖酶半乳糖第18页，共40页，2023年，2月20日，星期四③用转基因动物生产药物动物乳腺生物反应器技术基本成熟A.基因来源：药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子B.成果:乳腺（房）生物反应器第19页，共40页，2023年，2月20日，星期四C.操作过程是怎样的？a、获取目的基因（例如血清白蛋白基因）b、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）c、用显微注射法导入到受精卵d、将受精卵送入母体内生长发育e、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁注意：只有雌性转基因个体才能生产药物。第20页，共40页，2023年，2月20日，星期四乳腺生物反应器：指以转基因雌性动物个体的乳腺分泌乳汁来生产所需药品。优点：产量高、质量好成本低、易提取成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α－抗胰蛋白酶第21页，共40页，2023年，2月20日，星期四

为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？⑴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。⑵从乳汁中获取目的基因产物，产量高，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。⑶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。第22页，共40页，2023年，2月20日，星期四④用转基因动物作器官移植的供体A.供体：抑制或除去抗原决定基因供体动物：猪实现目标难题：B.成果（预期）：结合克隆技术培育出没有免疫排斥的转基因克隆猪器官免疫排斥第23页，共40页，2023年，2月20日，星期四C.解决方法：

将器官供体基因组导入某种基因调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。第24页，共40页，2023年，2月20日，星期四第25页，共40页，2023年，2月20日，星期四可长人耳的裸鼠第26页，共40页，2023年，2月20日，星期四1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素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。2.传统生产方法的缺点:

由于受原料来源的限制，数量少且价格十分昂贵。三、基因工程药物异军突起（重点理解）第27页，共40页，2023年，2月20日，星期四3.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工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌: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。（P21）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、激素等第28页，共40页，2023年，2月20日，星期四三、基因工程药物异军突起A.方式：利用转基因工程菌来生产药品。B.成果：利用工程菌可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。第29页，共40页，2023年，2月20日，星期四一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100kg胰腺只能提取4~5g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。基因工程药品——胰岛素

基因工程药物第30页，共40页，2023年，2月20日，星期四

干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。

基因工程药品——干扰素

基因工程药物第31页，共40页，2023年，2月20日，星期四

治疗侏儒症的唯一方法，是注射生长激素。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，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现利用基因工程方法，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。基因工程药品——生长激素

基因工程药物目前我国生产的基因工程药物有白细胞介素－2、干扰素、乙肝疫苗等。第32页，共40页，2023年，2月20日，星期四利用微生物生产药物的优越性何在?（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第33页，共40页，2023年，2月20日，星期四1基因治疗：是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。（重要）2方法：A.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。（效果较为可靠）

B.体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。四、基因治疗曙光初照（应用）第34页，共40页，2023年，2月20日，星期四复合性免疫缺陷症（SCID）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（简称ADA）的基因（ada）发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。SCID患者生存在无菌环境中第35页，共40页，2023年，2月20日，星期四用于基因治疗的基因种类1、用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。2、反义基因。用mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。3、自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。第36页，共40页，2023年，2月20日，星期四

体内基因治疗利用修饰的腺病毒作为载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部组织中。第37页，共40页，2023年，2月20日，星期四

基因芯片

从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。第38页，共40页，2023年，2月20日，星期四基因工程中的关键词目的基因受体细胞

限制酶黏性末端磷酸二酯键DNA连接酶运载体质粒标记基因基因组文库cDNA文库表达载体重组质粒启动子终止子转化