第3章 基因工程（答案版） 【清单挖空】 高考生物 核心知识必背

第3章基因工程1.基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。2.基因工程的诞生（三个理论和三个技术）：基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程，具体有三大理论发现和三个技术突破。理论基础：①DNA是遗传物质；②DNA分子的双螺旋结构和半保留复制；③遗传密码的通用性和遗传信息传递的方式；技术基础：①限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割；②DNA连接酶的发现与DNA片段的连接；③基因工程载体的构建与应用3.理论上的三大发现⑴发现了遗传物质——DNA1944年，艾弗里（O.T.Avery）的肺炎双球菌转化实验⑵揭示了遗传物质的分子机制：DNA分子的双螺旋结构和半保留复制1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）的DNA双螺旋结构模型、半保留复制图，获1958年诺贝尔奖。⑶确立了遗传信息的传递方式：以密码形式传递1963年，美国尼伦伯格（M.W.Nirenberg）和马太（H.Matthaei）确立了遗传信息以密码形式传递，破译了编码氨基酸的遗传密码(3个核苷酸=1个密码子=1个aa)。（3）技术上的三大突破⑴世界上第一个重组DNA实验：实现不同来源DNA的体外重组1972年斯坦福大学化学家伯格（P.Berg）借助内切酶和连接酶将猴病毒SV40的DNA和大肠杆菌λ噬菌体的DNA在试管中连接在了一起，第一次成功地实现了DNA的体外重组。⑵第一个基因克隆实验：重组DNA表达实验，是世界上第一个基因工程实验1973年美国斯坦福大学医学院遗传学家科恩（S.Cohen）将体外构建的含有四环素和卡那霉素抗性基因的重组质粒导入大肠杆菌，获得了具有双抗性的大肠杆菌转化子，成功完成了第一个基因克隆实验。是基因工程诞生的标志。⑶第一个真核基因在原核生物中的表达：第一次实现了异源真核基因在原核生物中的表达1974年，科恩（S.Cohen）和博耶（H.Boyer）将非洲爪蟾编码核糖体基因的DNA片断同pSC101质粒重组，并导入大肠杆菌细胞，结果表明动物基因已进入大肠杆菌并转录出相应的mRNA产物，第一次实现了异源真核基因在原核生物中的表达。第1节DNA重组技术的基本工具一、DNA基因工程的基本工具1.DNA基因工程至少需要三种工具：“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）；“分子缝合针”——DNA连接酶；“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体。（1）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。②功能：能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。③结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：粘性末端和平末端。思考：下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图，从图示可以看出，EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。图1说明，EcoRⅠ发挥作用是在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开，所以产生的是黏性末端，图2说明SmaⅠ发挥作用是在它识别序列的中心轴线处将DNA的两条链分别切开，所以产生的是平末端。（P71“图3-3”改编）（2）“分子缝合针”——DNA连接酶①)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：a.相同点：都缝合磷酸二酯键。b.区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。②与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。（3）DNA连接酶——“分子缝合针”①作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。②种类:种类来源特点E.coliDNA连接酶大肠杆菌只能“缝合”具有互补粘性末端的双链DNA片段T4DNA连接酶T4噬菌体既可以“缝合”双链DNA片段互补粘性末端，又可“缝合”双链DNA片段的平末端。(4)“分子运输车”——载体①载体具备的条件：a.能在受体细胞中复制并稳定保存。b.具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。c.具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。②最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。③其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒2.比较与DNA有关的六种酶名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶或热稳定DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端二、DNA的粗提取与鉴定1.实验原理:（1）提取DNA的原理：DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。例如，利用DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。（2）鉴定DNA的原理：在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。2.方法步骤:（1）称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨。（2）去除滤液中的杂质。方案一：在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液；方案二：直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液。（3）DNA的析出：方案一：在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2～3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA；用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；方案二：将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物(粗提取的DNA)晾干。（4）DNA的鉴定：取两支20mL的试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶解于其中一支试管的NaCl溶液中，再向两支试管中加入4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min，待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。3.结果分析与评价：观察提取的DNA的颜色，如果不是白色状物，说明DNA中的杂质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色，说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。提示:还原糖加斐林试剂后,置于55～65℃热水中加热;而DNA加二苯胺试剂后,置于沸水中加热。4.DNA粗提取中的注意事项（1）本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。（2）加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。（3）二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。（4）提取植物细胞的DNA时，加入的洗涤剂能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。（5）在DNA进一步提纯时，选用冷却的95%的酒精的作用是溶解杂质和析出DNA。第2节基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。一、目的筛选与获取1.目的基因概念：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因就是目的基因。根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指编码蛋白质的基因,如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。2.筛选合适的目的基因：（1）从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是筛选合适的目的基因较为有效的方法之一。测序技术的发展，以及遗传序列数据库、序列比对工具等的应用，为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。（2）获取目的基因方法：①人工合成目的基因。例如，我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家人工合成了目的基因。②常用PCR特异性地快速扩增目的基因。③通过构建基因文库来获取目的基因。（3）利用PCR获取和扩增目的基因(1)含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。该技术由穆里斯等人于1988年发明。（2）原理：DNA半保留复制。（3）基本条件：①场所：在一定的缓冲溶液中进行，其中一般要添加Mg2＋。②DNA复制的模板：DNA母链。③合成子链的原料：4种脱氧核苷酸。④酶：耐高温的DNA聚合酶，其作用是催化合成DNA子链。⑤引物：其作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。(4)过程：目的基因DNA受热变性后解为单链，引物与单链相应互补序列结合；然后以单链DNA为模板，在DNA聚合酶作用下进行延伸,即将4种脱氧核甘酸加到引物的3'端，如此重复循环多次。由于延伸后得到的产物又可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增（2n,其中n为扩增循环的次数）。每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步：①变性：当温度上升到90℃时，双链DNA解聚为单链。②复性：当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。③延伸：当温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。(5)操作：PCR过程可以在PCR扩增仪中自动完成。(6)鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。4.获取目的基因的其他方法：在获得转基因产品的过程中，除通过PCR获取目的基因外，还可以通过构建基因文库来获取目的基因。5.从基因工程的目的来看，基因工程操作中要有“目的基因的筛选与获取”这一步的原因是：有了目的基因，才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。（P176“教师教学用书”）思考：下图为PCR反应原理示意图，图中①表示引物，该物质是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸；②表示热稳定性聚合酶（Taq酶）；dCTP、dATP、dGTP、dTTP的中文名称依次是：三磷酸胞嘧啶脱氧核苷酸、三磷酸腺嘌呤脱氧核苷酸、三磷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸、三磷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸；③表示变性（双链DNA解聚为单链），发生该过程的条件是温度上升到90℃；④表示复性（两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合，发生该过程的条件是温度下降到50℃左右；⑤表示延伸（4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链），发生该过程的条件是温度上升到72℃左右。（P77“相关信息”P78“图3-5”改编）二、基因表达载体的构建（核心）1．基因表达载体构建的目的：让目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。2．基因表达载体的组成：一个基因表达载体应含有目的基因、标记基因、启动子、终止子等。3．基因表达载体的构建过程：首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同一种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。思考：1.下图为基因表达载体模式图，图中①表示启动子，它是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，紧挨转录的起始位点，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，其作用是驱动基因转录出mRNA，最终表达出人类所需要的蛋白质。有时为了满足应用需要，会在载体中人工构建诱导型启动子，当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。②表示终止子，位于基因的下游，是一段有特殊序列结构的DNA短片段，其作用是能够使转录在所需要的地方停止下来。③表示标记基因，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因就可以作为这种基因。思考：2.在基因工程操作中要有“表达载体的构建”这一步，因为单独的目的基因是不能稳定遗传的。而构建表达载体可以使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。（P177“教师教学用书”）基因表达载体的构建会因目的基因的不同、受体细胞的不同而有所差别，不可能是千篇一律的。归纳：启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比比较项目启动子终止子起始密码子终止密码子本质DNA片段DNA片段mRNA上三个相邻的碱基mRNA上三个相邻的碱基位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端功能RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA使转录在所需要的地方停下来翻译的起始信号（编码氨基酸）翻译的结束信号（不编码氨基酸）三、将目的基因导入受体细胞1.将目的基因导入植物细胞（1）花粉管通道法：花粉管通道法有多种操作方式。例如，可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中；可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。（2）农杆菌转化法：①转化：转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。注：此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。②农杆菌的特点：农杆菌能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。③转化过程：如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。2.将目的基因导入动物细胞：将目的基因导入动物受精卵最常用的一种方法是利用显微注射直接将目的基因注入动物的受精卵中,这个受精卵将发育成为具有新性状的动物。3.将目的基因导入微生物细胞：常以大肠杆菌作为受体细胞，一般先用Ca2＋处理受体细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。4.常用的转化方法：①将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌转化法和花粉管通道法等。②将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。③将目的基因导入微生物细胞：Ca2+处理法(感受态细胞法或CaCl2法)思考：1.下图为农杆菌转化法示意图，图中①表示T-DNA，②表示构建表达载体的过程，③的名称是含目的基因的重组Ti质粒，④表示转入农杆菌的过程，⑤表示导入植物细胞的过程，⑥表示将目的基因插入染色体的DNA中，⑦表示培养再生成植株的过程，该过程中所用的技术是植物组织培养技术。思考：2.在基因工程操作中要有“目的基因导入受体细胞”这一步，这是因为含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。（P177“教师教学用书”）四、目的基因的检测与鉴定1.目的：目的基因的检测与鉴定的目的是判断导入受体细胞后的目的基因是否可以稳定维持和表达其遗传特性。这是基因工程的第四步工作，也是检査基因工程是否做成功的一步。例如：一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需要做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。这属于基因工程操作中的第四步——检测和鉴定目的基因是否稳定维持和表达其遗传特性。2.方法：（1）分子生物学水平的检测：通过PCR等技术检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因。利用PCR技术检测目的基因是否转录出了mRNA。用相应抗体进行抗原—抗体杂交检测目的基因是否翻译成蛋白质等。（2）个体水平的鉴定：除进行分子水平检测外，还需要进行个体生物学水平的鉴定，例如，通过抗虫、抗病接种实验等判断是否获得了抗性及抗性程度。五、DNA片段的扩增及电泳鉴定1.实验原理（1）DNA片段的扩增：PCR利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器。一次PCR一般要经历30次循环。（2）琼脂糖凝胶电泳：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下,这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。2.方法步骤（1）移液：用微量移液器按照配方或PCR试剂盒的说明书，在微量离心管中依次加入各组分。待所有的组分都加入后，盖严离心管的盖子。（2）离心：将微量离心管放在离心机上，离心约10s，使反应液集中在管的底部。（3）反应：将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中，设置程序进行反应。（4）根据待分离的DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为0.8%～1.2%的琼脂糖溶液，并加入适量的核酸染料混匀。（5）将扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合，再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。（6）接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5V/cm。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳。（7）电泳结束后，取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。3.操作提示（1）为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。（2）缓冲液和酶应分装成小份，并在－20℃储存。使用前将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。（3）在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。（4）在进行操作时，一定要戴好一次性手套。4.结果分析与评价（1）可以通过在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。（P85“问题1”）（2）如果扩增不成功，可能的原因有：漏加了PCR的反应成分，各反应成分的用量不当，PCR程序设置不当等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有：引物设计不合理，它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体；退火温度过低；DNA聚合酶的质量不好等。（P85“问题2”）第3节基因工程的应用一、基因工程在农牧业方面的应用基因工程在农牧业方面的应用主要被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。具体来说，其在植物方面应用主要有培育转基因抗虫植物、转基因抗病植物、转基因抗除草剂植物以及改良植物的品质，在动物方面的应用主要有提高动物的生长速率、改善畜产品的品质。1.转基因抗虫植物(1)方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。(2)成果：已问世的转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种。(2)方法：科学家将来源于某些病毒、真菌抗病基因物。(3)成果：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。3．转基因抗除草剂植物(1)背景：杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。(2)方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。(3)优点：在喷洒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。(4)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。4.改良植物的品质：利用转基因技术可以提高植物的营养价值、观赏价值等。例如，将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。我国科学家成功地将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。5.提高动物的生长速率：（1）原理及方法：由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。（2）成果：我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼,在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%〜115%。6．改善畜产品的品质：有些人由于乳糖酶分泌少,不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为乳糖不耐受。我国约有1/3的成年人对乳糖不耐受。为了解决这一问题，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，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。思考：从环境保护角度出发，转基因抗虫水稻与普通水稻相比在害虫防治方面的优越性有：减少了化学农药的使用量，降低了环境污染；降低生产成本。二、基因工程在医药卫生领域的应用（1）对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等，它们可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。（2）利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物。科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物,这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和a-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。构建乳腺生物反应器的过程为：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由此发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物,这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。（3）基因工程技术还可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。目前，科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。三、基因工程在食品工业方面的应用（1）利用基因工程菌生产食品工业用氨基酸。例如，阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。（2）利用基因工程菌生产食品工业用酶。例如，奶酪是一种被广泛食用的发酵奶制品。大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。科学家将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。另外，加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品要用到的脂肪酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。（3）利用基因工程菌生产食品工业用维生素。思考：相比从天然产物中提取的酶，通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产的食品工业用酶的优点是：纯度更高，生产成本显著降低,生产效率较高。四、其他方面的应用：基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染,蛋白质工程的原理和应用从基因、蛋白质和性状关系角度，对基因工程的实质可描述为：基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，让后者产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。一、蛋白质工程及其崛起的缘由1.蛋白质工程的概念:蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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