基因工程应用课件+-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.3基因工程的应用抗病毒基因鱼类的抗冻蛋白基因萤火虫的荧光基因乌龟的长寿基因人类胰岛素的合成基因富含赖氨酸的蛋白质合成基因植物花青素（花色）代谢有关的基因根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？受体细胞=导入？脑洞大开基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，展示出广阔的前景。1.农牧业2.医药卫生3.食品工业基因工程的应用1996—2017年，全世界转基因作物种植面积变化全世界转基因作物种植面积/（×106hm2）189.81.7全世界转基因作物种植面积呈增加趋势100多倍1996年1.7×106hm22017年1.898×108hm2一、基因工程在农牧业方面的应用转基因作物的种植使施用化学杀虫剂量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济收益近1.3万亿元。化学杀虫剂使用不断下降美国转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积比例都超过了90%。2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。一、基因工程在农牧业方面的应用转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质提高动物的生长速率改善产品的品质一、基因工程在农牧业方面的应用1、转基因抗虫植物方法：从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。成果：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。Bt毒蛋白基因淀粉酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂基因植物凝集素基因阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。主要的抗虫基因转基因抗虫植物和普通植物相比有哪些优点？优点：减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害、

降低生产成本、提高产量一、基因工程在农牧业方面的应用2、转基因抗病植物方法：将源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入作物，培育出抗病作物。成果：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等转基因抗病毒甜椒转基因番木瓜抗病基因：抗病毒的目的基因病毒外壳蛋白基因病毒复制酶基因抗真菌的目的基因几丁质酶基因抗毒素合成基因花叶病一、基因工程在农牧业方面的应用3、转基因抗除草剂植物方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，培育出抗除草剂的作物品种。成果：转基因抗除草剂玉米/大豆/油菜/甜菜施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田种植转基因抗除草剂大豆的农田一、基因工程在农牧业方面的应用4、改良植物的品质营养价值观赏价值提高方法：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中实例：高赖氨酸玉米方法：将植物花青素代谢相关的基因导入植物中实例：转基因矮牵牛抗癌抗衰老的紫色西红柿转基因矮牵牛高赖氨酸玉米转入维生素A合成酶基因的大米转基因蓝玫瑰其他转基因抗逆植物抗盐碱、抗干旱转鱼抗寒基因的番茄抗逆性基因：调节细胞渗透压的基因（提高作物抗盐碱、抗干旱）；鱼的抗冻蛋白基因；抗除草剂基因施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米2015年11月，美国食品和药物管理局批准一种生长速度快的转基因三文鱼用于人类消费，这是全球第一种获准上市供人类食用的转基因动物。基因工程在农牧业中的应用价值动物基因工程显示出诱人的应用前景一、基因工程在农牧业方面的应用5、提高动物的生长速率方法：将外源生长激素基因导入动物体内成果：转基因鲤鱼转入外源生长激素基因的“超级小鼠”

一、基因工程在农牧业方面的应用6、改善产品的品质方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，成果：大大降低牛奶中乳糖含量，解决乳糖不耐受问题转基因抗虫植物农牧业方面的应用转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质提高动物的生长速率改良畜产品的品质抗逆性二、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生产药物药物类型：细胞因子（干扰素、白细胞介素等）、抗体、疫苗和激素（胰岛素、生长激素等）应用：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。实例：我国：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在传统的蛋白质类药物生产中，是直接从生物的组织、细胞或血液中提取而来的，因为受到原料来源的限制，产量低，价格贵，远不能满足患者的需求。思考：1.为什么要对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物？

通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素干扰素

干扰素治疗病毒感染是“万能灵药”！过去从人血提取，300L血才提取1mg！“珍贵”程度自不用多说。人干扰素α-2b（安达芬）第一个基因工程药物胰岛素将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!

胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。思考：干扰素生产的操作流程？不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素。因为大肠杆菌属于细菌，细菌中只有核糖体这一种细胞器，没有内质网和高尔基体等其他细胞器，不能加工形成有活性的干扰素/胰岛素。干扰素基因质粒重组质粒大肠杆菌或酵母菌可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌构建导入培养思考：能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素吗？为什么？思考：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势？酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。大肠杆菌酵母菌①干扰素Ⅰ.干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。注意：抗生素（抗细菌药物）≠干扰素（抗病毒药物）基因工程肝炎疫苗重组人生长激素基因工程药品------其他人造血液

生长激素、乙肝疫苗、人造血液干扰素的化学本质是什么？糖蛋白干扰病毒复制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等从人血液中的白细胞内提取用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得重组人干扰素α-1b主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等复习干扰素的作用机理是怎样的？干扰素用于哪些疾病的治疗？传统生产干扰素的方法是什么？目前大量生产干扰素的方法是什么？我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？用于治疗哪些疾病？二、基因工程在医药卫生领域的应用2、让转基因哺乳动物批量生产药物实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器培育过程：药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子等调控元件基因表达载体显微注射受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物胚胎移植我的奶不是一般的奶！早期胚胎培养早期胚胎思考：药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺蛋白基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？药用蛋白基因几乎存在于转基因动物的所有细胞中。目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。成果：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α－抗胰蛋白酶等医药产品。乳腺生物反应器优点Ⅰ.乳腺组织有全面的蛋白质修饰和加工能力，产生的蛋白质量好、更稳定Ⅱ.乳汁中重组蛋白的提取和纯化相对容易Ⅲ.生产成本低。Ⅳ.制备乳腺反应器的方法成熟不足A.动物泌乳期有间隔B.有些蛋白不能在乳腺里表达C.某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、ɑ-抗胰蛋白酶等二、基因工程在医药卫生领域的应用3、用转基因动物作为器官移植的供体器官移植难题：器官短缺解决途径：寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题猪的优点：猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物最大难题：免疫排斥器官改造方法：在器官供体的基因组中导入某种调节因子，抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。二、基因工程在医药卫生领域的应用3、用转基因动物作为器官移植的供体2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（DavidBennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。2022年3月8日，大卫·贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。三、基因工程在食品工业方面的应用1、基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。2、应用：食品工业用酶、氨基酸和维生素等应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质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制备方法：一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。实例——阿斯巴甜实例——凝乳酶传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。应用：制备方法：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产优点：实例——淀粉酶、脂酶基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来1、环境监测：四、基因工程在其他方面的应用2、净化污染的环境：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”。四、基因工程在其他方面的应用生物乙醇生物柴油植物淀粉/纤维素提取可发酵糖糖化微生物乙醇发酵微生物淀粉酶生物乙醇的生产流程基因工程改造思路：A.改造植物B.改造微生物3、生产清洁能源：四、基因工程在其他方面的应用4、基因治疗：

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，是治疗遗传病的最有效的手段。（把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的）2、实例：(1)对复合型免疫