生物工程的应用10课时-PPT幻灯片

生物工程的应用生物工程自20世纪70年代兴起后，在短短30年间得到了飞速发展，目前，在实际应用领域——农牧业、工业、环境、能源以及医药卫生等方面，都展示出了美好前景。生物工程在医药方面的应用两个概念（P201）生物医药生物工程药物一个辨析生物工程药物与传统化学药物以及从东植物中提取药物的最大区别在哪里？生物药物的类型生物药物的定义（P201）生物药物包括天然生化药物、生物制品和生物技术药物。天然生化药物：生物制品（预防、治疗、诊断）：生物技术药物（基因重组药物、基因药物）：基因工程的应用

（1）在医学上的应用

基因工程被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白质－肽类药物。基因工程的应用

蛋白质－多肽类药物

(胰岛素、凝血因子、干扰素、生长因子)

1998年产76亿美元

2000年产185亿美元基因工程的应用

胰岛素1000磅牛胰10克胰岛素200升发酵液10克胰岛素干扰素1200升人血2－3万美元/病人1升发酵液200－300美元/病人人类基因组计划人类基因组计划的意义人类基因组计划的内容遗传图或称连锁图、物理图、序列图、转录图人类基因组研究与未来药学基因诊断、基因治疗、基因组药物学、发现和开发新的蛋白质或多肽类药物、提供大量药物作用的新靶点供新药筛选与研究。人类基因组计划发展过程

1986[美]Dulbecco首次提出了“人类基因组工程”。原计划约10-15年完成，耗资30亿美元，其宏伟的程度堪与Manhatto原子弹计划和Appolo登月计划相提并论。

19904月美国宣布开始实施人类基因组测序工作。人类基因组计划发展过程

1999破译出人类第22号染色体的遗传密码。2000完成了人类第21号染色体的测序。预计从原定的2003年6月提前到2001年6月完成。2000年6月26日美，英,日，德，法，中六国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。人类基因组计划发展过程

2000年3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测序。12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。这是人类首次全部破译一种植物的基因序列。2001年:1、2月，HGP和美国塞莱拉（Sequencing）公司将各自测定的人类基因组工作框架图分别发表在Nature和Science上，这表明人类基因组计划（HGP）进入了一个展新的阶段。人类基因组计划发展过程

2003年4月14日美，英

日，德，法，中六国科学家完成了人类基因组序列图的绘制，实现了人类基因组计划的所有目标。2003年人类表观基因组计划(HumanEpigenomeProject)于10月7日正式启动。这是世界上首项针对控制人类基因“开”和“关”的主要化学变化进行的图谱绘制工作，它将帮助科学家建立人类遗传与疾病之间的关键联系。人类基因组计划发展过程

2004年10月国际人类基因组计划合作组织在《Nature》杂志上宣布误差小于10万分之一的人类基因组完成图已成功绘就。已将原来15万个“缺隙”减少到341个。完成图显示人类基因组只含有2～2.5万个基因，比原来的估计要少。人类基因组计划的重大影响

（1）在HGP推动下，世界大公司投入生物技术意向剧增。

（2）推动新学科兴起

生物信息学Bioinformatics

基因组学Genomics人类基因组计划的重大影响中、美、日、法等10个国家和地区的科学家于2005年8月11日在（Nature）杂志发表了水稻基因组“精细图”，覆盖率达95.3％，国对国际水稻基因组计划的贡献率达20％。共定位了37,500个基因，还率先在动植物中完成了对着丝粒的测序。水稻第四号染色体测序专家工作组组长、中科院国家基因研究中心韩斌博士

人类基因组计划的重大影响由美国、以色列、德国、意大利和西班牙的67名科学家组成的国际黑猩猩基因测序与分析联盟初步完成了黑猩猩基因组序列草图与人类基因组序列的比较工作。黑猩猩和人类基因组的ＤＮＡ序列相似性达到99％；即使考虑到ＤＮＡ序列插入或删除，两者的相似性也有96％。在2005年9月1日出版的《Nature》杂志和9月2日出版的《Science》杂志都以这项重大的研究成果作为封面文章。基因诊断两种基因变异治病的原因：基因诊断的概念和特点：

针对性、特异性、灵敏性、适用性基因诊断的常用技术方法：

核酸分子杂交技术、聚合酶链反应、基因测序、生物芯片与基因芯片基因诊断的应用基因芯片基因芯片：通过为加工技术，将数以万计乃至百万计的特定序列的DNA片段有规律的排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成一个二维的DNA探针阵列。基因芯片主要用于基因检测工作，让芯片上成千上万的探针分子与被检测的带有标记的基因样品按碱基配对原理杂交，然后由荧光检测系统对芯片进行扫描，利用计算机系统，对每一探针上的荧光信号进行比较和检测，从而迅速得到所需信息。基因芯片例如：科学家用基因芯片分析了黑猩猩与人某段基因序列的差异，结果发现二者核酸序列同源性在83.5%~98.2%之间，揭示了二者在进化上的高度相似性。例如：从正常人的基因组中分离出的DNA与DNA芯片杂交可得到标准图谱，以及从病人基因组中分离DNA与DNA芯片杂交，得到病变图谱，比照图谱，对人类许多疾病（遗传性疾病、恶性肿瘤）进行诊断。特点：高效、快速、自动化乳腺生物反应器将要用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，用显微注射等方法导入哺乳动物受精卵中，然后，将受精卵送入母体，使其生长发育为转基因动物。待动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药物。目前已在牛和山羊乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要医药产品。转基因动物提高了蛋白质——肽类药物的产量

产量细胞培养法5%转基因羊羊奶中25%—50%英国罗斯林研究所和PPL制药公司联合，50只转基因羊，已传四代。希望用克隆法生产4000只基因工程奶羊。乳腺生物反应器

荷兰生产EPO的转基因牛年产值40亿美元

英国生产

-胰蛋白酶一杯羊奶6000美元

制剂的转基因羊

中国

中科院发育所合作1998年6月得到两只体细

扬州大学胞克隆羊，能分泌乳腺药物

器官移植器官移植大量开展需要大量供体器官。人体器官的代用品来自猪。获得供器官移植的纯种猪需要：

去掉猪抗原性

移入人抗凝血因子

近交20代约需20年克隆技术使纯种猪培育时间大为缩短。人类疾病的动物模型动物模型对于研究疾病机理试验新药等方面的实验不可缺少。动物育种克隆技术用于动物育种可以极大地加快育种的速度。裸鼠

试验抗免疫排斥药物。

试验抗艾滋病毒药物。

试验抗免疫排斥药物。

试验抗艾滋病毒药物。基因工程药物异军突起20世纪80年代初，第一种基因工程药物——重组人胰岛素投放市场以来，利用转基因工程菌生产的药物已经有60多种。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。可预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。目前，美国、日本、德国等是世界上主要生产基因工程药物的国家。我国生产的白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等近20多种基因工程药物投放市场，年产值达30多亿元人民币。用DNA重组技术生产的人类蛋白药种类（部分）基因治疗曙光初照

基因治疗是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，这是治疗遗传病的最有效手段。基因治疗曙光初照

体外基因治疗从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后再体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。基因治疗曙光初照1990年9月，美国对一名严重复合型免疫缺陷症的4岁女童实施了基因治疗。复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病，患者不能抵抗病原微生物的威胁。研究人员将腺苷酸脱氨酶转入患者淋巴细胞，使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶，然后将这种淋巴细胞转入患者体内。半年后，血液中检出被改造的淋巴细胞，女童体内的腺苷酸脱氨酶增多，产生抗体的能力显著改善。农业食品方面的应用硕果累累1996~2001年，5年中，全世界转基因作物的种植面积增长了30倍。转基因大豆、棉花、油菜、玉米已经进入大规模商业化应用阶段。抗虫转基因植物抗虫转基因植物全世界每年因虫害造成农作物损失约为总产量的13%；大量化学农药的使用造成环境污染并损害人类健康，而且大大增加成本。从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，导入作物中，使其具有抗虫性，已经成为防治作物虫害的发展趋势。抗虫转基因植物

用于杀虫的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶移植及基因、植物凝集素基因等。例如：我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的，对棉铃虫具有将强抗性。抗病毒转基因植物引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等。目前，已获得抗炎草花野病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。其他抗逆转基因植物环境条件对农作物的生产会造成很大影响。（盐碱、干旱、低温、洪涝等）将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草和番茄，烟草和番茄的耐寒能力均有提高；将抗除草剂基因导入大豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。其他抗逆转基因植物其他抗逆转基因植物想一想：请同学们结合左边的图，看看四者分别代表什么，说明了一个什么过程？在生活中有什么作用？利用转基因改良植物的品质例如：豆类食品中，含有蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少，科学家将必须氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某些关键酶的活性，以提高氨基酸的含量，使其营养更加丰富。将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%。我国科学家将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛总，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。转基因动物的广阔前景动物基因工程是20世纪80年代开始发展起来的，从诞生那天起，就在动物品种改进、建立生物反应器、器官移植等很多方面展现了广阔的应用前景。用于提高动物生长速度外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长的更加快。例如：将外源生长激素基因导入鲤鱼，9个月后有的转基因鲤鱼比对照中1.5kg。改善畜产品的品质例如：有些人食用牛奶后，对牛奶中的乳糖不能完全消化，也有些人食用牛奶后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，为了解决这一问题，科学家将肠乳糖酶基因导入牛奶基因中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。改善畜产品的品质

把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠。工程菌在环境工程中应用美国GE公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。生物技术的安全性与伦理转基因生物的安全性20世纪90年代至今，全世界包括基因制药在内的生物技术药物的销售额以年30%的速度增长；一批对人类生活至关重要的转基因农作物已获准进入商品化生产，他们比非转基因品种增产20%左右。转基因生物的安全性硕果累累的同时，我们反思转基因生物安全吗？食用后会不会对人体健康造成隐性伤害？重组DNA会不会侵入环境中的微生物体内，而使之变成新的致病菌？转基因生物会不会对生态环境造成破坏？会不会造成前所未有的“外来物种入侵”？对转基因生物安全性的争论由于科学发展水平限制，我们对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制等都了解得相当有限；转移的基因虽然是功能抑制的基因，但不少却是异种生物的基因；外源基因插入宿主基因组的部位是随机的，因此有时候会出现我们意想不到的后果。对转基因生物安全性的争论转基因生物与食品安全转基因生物与生物安全转基因生物与环境安全对转基因生物安全性的调查对转基因生物安全性的调查社会调查去当地超市，围绕以下问题进行调查。（1）市场上市后由用转基因技术生产的商品？有哪些？符合规定吗？和市场同类产品比，价格怎样？（2）请随机问10个被调查人员，知道什么是转基因技术吗？他们知道最近一些知名企业有关转基因食品的相关问题报道吗？他们觉得转基因食品安全吗？对转基因生物安全性的辩论辩论题：转基因食品可以放心食用吗？辩论目的：通过辩论时不同意见能在共同的平台上殊途同归，形成共识，以正确的态度看待转基因科学研究和转基因食品。辩论方式：设正反方辩论前准备：分别搜集有关转基因食品科研、生产、销售等方面的资料，以及中国有关监控转基因生物研究和商品化的相关政策和法规。生物技术的伦理问题的讨论有朝一日如果克隆人真的来了，我们应该怎么办？你支持克隆胚胎研究吗？伦理学家和科学家看待克隆人的角度有什么不同？科学家群体对克隆人研究有两种对立观点，你支持其中哪种？你支持生殖性克隆人吗？为什么？如果克隆人来到人间，你认为应该怎样正确对待他们？生物技术的伦理问题的讨论你是否支持设计试管婴儿？为什么？你是否支持胚胎干细胞的研究？为什么？请上网或通过其它方式查询：为什么捐出一部分骨髓（造血干细胞）救治他人，不会给捐献者的身体健康造成损伤？你愿意为救人一命而捐献一部分骨髓吗？人类胚胎干细胞研究和治疗性克隆在体细胞克隆技术出现之前，科学家只能通过流产、死产或人工授精的人类胚胎获取干细胞进行研究。克隆羊多利的问世，意味着人们可以通过体细胞克隆出人类胚胎，这将使获取干细胞更为容易。医生可以取病人体细