基因工程的应用、蛋白质工程的崛起

关于基因工程的应用、蛋白质工程的崛起第1页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三问题引领1、植物基因工程技术主要用于哪些方面？请举例说明。2、动物基因工程技术主要用于哪些方面？请举例说明。3、如何制备乳腺生物反应器？4、如何制备器官移植的供体？5、有哪些基因工程药物？6、基因治疗的定义、成果、种类第2页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三1.3基因工程的应用基因工程的实际应用领域有：农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等应用生物：植物、动物、微生物第3页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三一、植物基因工程硕果累累1、技术主要用于哪些方面？(1)提高农作物抗逆能力如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、抗盐碱等(2)改良农作物品质如富含赖氨酸的玉米、耐储存的番茄等(3)利用植物生产药物第4页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三1.抗虫转基因植物优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量举例：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等主要杀虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等第5页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因

抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。第6页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三2.抗病转基因植物抗病毒基因：

病毒外壳蛋白基因（CP）、病毒的复制酶基因.抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因.引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌、细菌等。特异性第7页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、抗病毒的转基因小麦、甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒第8页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三3.其它抗逆转基因植物特点：导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性。抗逆基因：调节细胞渗透压的基因，使作物抗盐碱、抗干旱、抗寒等。抗除草剂

转入鱼的抗冻蛋白的番茄第9页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三4.利用转基因改良植物的品质优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因、与植物花青素代谢有关的基因等第10页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三富含赖氨酸的转基因玉米不会引起过敏的转基因大豆转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草蓝色妖姬第11页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三第12页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三转基因生物与目的基因的关系转基因生物目的基因从何来抗虫棉基因抗病毒转基因小麦抗立枯丝核菌(真菌)的烟草抗盐碱和干旱作物耐寒的番茄抗除草剂的大豆富含赖氨酸的转基因玉米转基因延迟番茄转基因牵牛花降低乳糖的奶牛生产胰岛素的工程菌Bt毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌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调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因鱼抗除草剂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植物花青素代谢有关的基因乳糖酶基因人胰岛素基因人第13页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三二、动物基因工程前景广阔特点：发展较迟，应用方面广1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物4、作为器官移植的供体应用前景：第14页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三1.用于提高动物生长速度原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快转基因鲤鱼超级小鼠第15页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三2.用于改善畜产品的品质优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适肠乳糖酶基因——转基因牛的乳汁中乳糖含量降低第16页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三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：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。3.用转基因动物生产药物（重点）第17页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三构建基因表达载体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只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达。获取目的基因（例如血清蛋白基因）发育成转基因动物乳房生物反应器的操作过程过程：第18页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三第19页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α-抗胰蛋白酶本质：蛋白质类药物第20页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三思考：★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21页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三乳房生物反应器的操作过程与一般转基因动物操作过程有何不同之处？并阐述原因？

要在编码蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构成表达载体。因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的选择性表达）第22页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三器官移植出现的最大问题：免疫排斥方法一：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方法二：设法除去抗原决定基因4.用转基因动物作器官移植的供体成果：转基因克隆猪器官第23页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。三、基因工程药物异军突起第24页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三基因工程药品——胰岛素（糖尿病）基因工程药品——干扰素（抗病毒）基因工程药品——乙肝病毒疫苗（免疫预防）已经成功的有：第25页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三四、基因治疗曙光初照1、定义：把正常的外源基因导入有基因缺陷的某些功能细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。2、成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者淋巴细胞治疗复合型免疫缺陷症3、分类：体内治疗、体外治疗4、前景：广阔，但还没用于临床第26页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三5.两种基因治疗途径及其特点途径方法特点不同点体外基因治疗从患者体内获得某种细胞扩增→输入体内(实例中第一个)操作复杂，但效果较为可靠体内基因治疗直接向患者体内组织中转移基因(实例中第二个)方法简便，但效果难以控制相同点都属于基因治疗，都是将正常的外源基因导入靶细胞，以代替、修复、纠正缺陷基因。目前两种方法都处于临床实验阶段第27页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三基因工程与食品业基因工程为食品工业中提供了什么前景？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。第28页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三基因工程与环境保护基因工程在环保方面有什么应用？⑴用于环境监测。⑵用于被污染环境的净化。第29页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三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。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。第30页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三⑴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”。⑵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。通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？第31页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三1.4蛋白质工程的崛起第32页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三知识回顾基因工程的实质是什么？将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。思考：基因工程产生的蛋白质是否完全符合人类生产和生活的需要？第33页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三一、蛋白质工程崛起的缘由1基因工程的局限性：a、基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质b、天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要2蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质第34页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三例如：改造干扰素（半胱氨酸）体外很难保存干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍第35页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三二、蛋白质工程的基本原理1蛋白质工程的概念2前提：原理：目的：了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。第36页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三蛋白质工程流程图：蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNA预期功能DNA合成分子设计mRNA生物功能转录翻译折叠从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列第37页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三蛋白质改造工程的实例：3．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，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。

第38页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三三、蛋白质工程的进展与前景蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白