浙科版生物選修3第三節(jié)《 基因工程的應(yīng)用》

1、第三節(jié)基因工程的應(yīng)用一、基因工程與遺傳育種一、基因工程與遺傳育種1、傳統(tǒng)的遺傳育種方法有哪些？、傳統(tǒng)的遺傳育種方法有哪些？雜交育種雜交育種誘變育種誘變育種單倍體育種單倍體育種多倍體育種多倍體育種優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)間長(zhǎng)、遠(yuǎn)緣親本難以雜交（優(yōu)良性狀的重組遠(yuǎn)緣親本難以雜交（優(yōu)良性狀的重組只能限制于同種生物之間）只能限制于同種生物之間） 2、基因工程技術(shù)如何解決不同生物之間優(yōu)、基因工程技術(shù)如何解決不同生物之間優(yōu)良性狀的重組？良性狀的重組？ 3、到目前為止，基因工程技術(shù)解決了哪些不、到目前為止，基因工程技術(shù)解決了哪些不同生物之間優(yōu)良性狀的重組？同生物之間優(yōu)良性狀的重組？ 轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花轉(zhuǎn)

2、基因抗蟲(chóng)棉花轉(zhuǎn)入蘇云金桿菌轉(zhuǎn)入蘇云金桿菌的一個(gè)抗蟲(chóng)基因，的一個(gè)抗蟲(chóng)基因，是中國(guó)目前最主要是中國(guó)目前最主要的轉(zhuǎn)基因作物的轉(zhuǎn)基因作物 轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚(yú)抗寒基轉(zhuǎn)魚(yú)抗寒基因的番茄因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會(huì)引起過(guò)敏的轉(zhuǎn)基因大不會(huì)引起過(guò)敏的轉(zhuǎn)基因大豆豆 轉(zhuǎn)基因植物：轉(zhuǎn)基因植物：1 1）高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物；）高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物；2 2）抗逆性品種抗逆性品種 抗鹽堿、抗寒、抗干旱抗鹽堿、抗寒、抗干旱3 3）提高農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。）提高農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的

3、轉(zhuǎn)基因魚(yú)好的轉(zhuǎn)基因魚(yú)( (中國(guó)中國(guó)) )轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物： 乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因?；蚺? (阿根廷阿根廷) )轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級(jí)羊和超級(jí)小鼠導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級(jí)羊和超級(jí)小鼠改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物作器官移植的供體轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物作器官移植的供體 二、基因工程與疾病治療二、基因工程與疾病治療1 1、基因工程生產(chǎn)藥物、基因工程生產(chǎn)藥物2 2、基因治療、基因治療 胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，胰腺中提取，100K

4、g100Kg胰腺只能胰腺只能提取提取4 45g5g的胰島素，其產(chǎn)量之的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)⒑铣傻囊葝u素基因?qū)氪竽c桿菌，每導(dǎo)入大腸桿菌，每2000L2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g100g胰島素！使其價(jià)格胰島素！使其價(jià)格降低了降低了30%-50%!30%-50%!胰島素胰島素 通過(guò)基因工程的方式創(chuàng)通過(guò)基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每桿菌，每1Kg1Kg的培養(yǎng)液可提的培養(yǎng)液可提取取204204mgmg干擾素。干擾素。 干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是“萬(wàn)能靈藥萬(wàn)能靈藥

5、”！過(guò)去從人血！過(guò)去從人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍貴珍貴”程度自不用多說(shuō)。程度自不用多說(shuō)。干擾素干擾素 干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生的一干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對(duì)治療某些癌癥和白血病也有一定療效。素對(duì)治療某些癌癥和白血病也有一定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L300L血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干擾

6、素。干擾素。1980198219801982年，科學(xué)家用基因工年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的1212萬(wàn)倍。萬(wàn)倍。19871987年上年上述干擾素大量投放市場(chǎng)。述干擾素大量投放市場(chǎng)。 我國(guó)第一個(gè)基因重組新藥我國(guó)第一個(gè)基因重組新藥-干擾素（安達(dá)干擾素（安達(dá)芬），安達(dá)芬具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)芬），安達(dá)芬具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的病毒性疾病治療的種腫瘤的治

7、療，是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。 其它基因工程藥物其它基因工程藥物人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過(guò)基因工程實(shí)人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過(guò)基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類(lèi)的病苦，提高人類(lèi)的健現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類(lèi)的病苦，提高人類(lèi)的健康水平發(fā)揮了重大的作用?？邓桨l(fā)揮了重大的作用。 我國(guó)生產(chǎn)的基因工程藥品我國(guó)生產(chǎn)的基因工程藥品乙肝疫苗乙肝疫苗白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素-2-2干擾素干擾素人生長(zhǎng)激素等人生長(zhǎng)激素等 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺。 就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場(chǎng)所是哪里？就基因藥物而言，最理想的

8、表達(dá)場(chǎng)所是哪里？ 是指把人或哺乳動(dòng)物的某種基因?qū)氲讲溉槭侵赴讶嘶虿溉閯?dòng)物的某種基因?qū)氲讲溉閯?dòng)物動(dòng)物( (如鼠、兔、羊和豬如鼠、兔、羊和豬) )的受精卵里，目的的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體基因若與受精卵染色體DNADNA整合，細(xì)胞分裂時(shí)，整合，細(xì)胞分裂時(shí)，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個(gè)細(xì)胞該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個(gè)細(xì)胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達(dá)，并穩(wěn)中都帶有目的基因，使性狀得以表達(dá)，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個(gè)體，稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。一種新的個(gè)體，稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 什么叫轉(zhuǎn)基因動(dòng)物？什么叫轉(zhuǎn)基因動(dòng)物？ 1 1

9、、乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體、乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。反應(yīng)。 2 2、從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，、從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過(guò)充分的修飾加工，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過(guò)充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。具有穩(wěn)定的生物活性。 3 3、從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物、從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無(wú)限繁殖。的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無(wú)限繁殖。 為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所呢？所呢

10、？ 2 2、基因治療、基因治療（1 1）概念：向目標(biāo)細(xì)胞引入正常功能的基因，）概念：向目標(biāo)細(xì)胞引入正常功能的基因，以糾正或補(bǔ)償基因的缺陷，達(dá)到治療的目的。以糾正或補(bǔ)償基因的缺陷，達(dá)到治療的目的。（2 2）實(shí)例：）實(shí)例：19901990年，美國(guó)年，美國(guó) 重度免疫缺陷癥的臨床基因治療重度免疫缺陷癥的臨床基因治療 1990 1990年年9 9月月1414日，安德森對(duì)一例患腺甘脫氨酶缺乏癥（日，安德森對(duì)一例患腺甘脫氨酶缺乏癥（ADAADA缺乏缺乏癥）的癥）的4 4歲女孩進(jìn)行基因治療。這個(gè)歲女孩進(jìn)行基因治療。這個(gè)4 4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)自身不能生產(chǎn)ADAAD

11、A，先天性免疫功能不全，只能生活在無(wú)菌的隔離，先天性免疫功能不全，只能生活在無(wú)菌的隔離帳里。他們將這個(gè)女孩的白血球進(jìn)行基因改造，使有缺陷的基因帳里。他們將這個(gè)女孩的白血球進(jìn)行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液輸入她左臂的一被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的條靜脈血管中。在以后的1010個(gè)月內(nèi)她又接受了個(gè)月內(nèi)她又接受了7 7次這樣的治療，同次這樣的治療，同時(shí)也接受酶治療。后來(lái)，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離時(shí)也接受酶治療。后來(lái)，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過(guò)上了正常人的生活，并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。帳，過(guò)上了正

12、常人的生活，并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。 ADAADA缺乏癥：一種嚴(yán)重的免疫缺陷癥缺乏癥：一種嚴(yán)重的免疫缺陷癥, ,腺苷脫氨酶的缺乏可使腺苷脫氨酶的缺乏可使T T淋巴細(xì)胞因代謝產(chǎn)物的累積而死亡淋巴細(xì)胞因代謝產(chǎn)物的累積而死亡, ,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的聯(lián)合性免疫缺從而導(dǎo)致嚴(yán)重的聯(lián)合性免疫缺陷癥陷癥(SCID)(SCID)。通常導(dǎo)致嬰兒出生幾個(gè)月后死亡。通常導(dǎo)致嬰兒出生幾個(gè)月后死亡。 ADAADA缺乏癥的基因治療缺乏癥的基因治療 取患者骨髓取患者骨髓分離干細(xì)胞分離干細(xì)胞運(yùn)載體病毒運(yùn)載體病毒正常基因正?；?qū)胝；虻母杉?xì)胞導(dǎo)入正?；虻母杉?xì)胞注入患者體內(nèi)注入患者體內(nèi)ADAADA缺乏癥的基因治療缺乏癥的基因治療

13、1、基因工程物、基因工程物基因工程與疾病治療基因工程與疾病治療2、基因診斷、基因診斷3、基因治療、基因治療胰島素、干擾素胰島素、干擾素 、乙肝疫苗、乙肝疫苗基因探針檢測(cè)病毒、診斷遺傳病基因探針檢測(cè)病毒、診斷遺傳病 把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。達(dá)到治療疾病的目的。 基因診斷：基因診斷：（1 1）概念：）概念：用放射性同位素（用放射性同位素（3232P P）、熒光分子等標(biāo)）、熒光分子等標(biāo)記的記的DNADNA分子做探針，利用分子做探針，利用DNADNA分子雜交原理，鑒定被分子雜交原理，鑒定被檢測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目

14、的。檢測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。（2）原理：）原理：DNA分子雜交。分子雜交。（3 3）DNADNA探針：探針：概念：概念：用已知序列的用已知序列的DNADNA片段作為探針與待測(cè)樣品片段作為探針與待測(cè)樣品的的DNADNA序列進(jìn)行核酸分子雜交，用于對(duì)待測(cè)核酸樣品序列進(jìn)行核酸分子雜交，用于對(duì)待測(cè)核酸樣品中特定基因順序的探測(cè)。中特定基因順序的探測(cè)。 DNADNA探針的必備條件：探針的必備條件：A A、必須是單鏈；、必須是單鏈；B B、帶有容易被檢測(cè)出來(lái)的標(biāo)記物。、帶有容易被檢測(cè)出來(lái)的標(biāo)記物。 （5）實(shí)例：實(shí)例：病毒的檢測(cè)：病毒的檢測(cè)：肝炎病毒、腸道病毒、單純孢疹肝炎病毒、腸道病毒、單純

15、孢疹病毒等；病毒等； 遺傳性疾病的檢測(cè)：遺傳性疾病的檢測(cè)：鐮刀型細(xì)胞貧血癥、苯丙酮鐮刀型細(xì)胞貧血癥、苯丙酮尿癥等；尿癥等；A A、制作基因探針；、制作基因探針；（4）基因診斷的過(guò)程基因診斷的過(guò)程B B、將待測(cè)基因加熱成單鏈；、將待測(cè)基因加熱成單鏈；C C、兩者混合雜交。、兩者混合雜交。 DNA分子雜交原理：分子雜交原理：互補(bǔ)的互補(bǔ)的DNADNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈，單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈，即能夠進(jìn)行雜交。這種結(jié)合是特異的，即嚴(yán)格即能夠進(jìn)行雜交。這種結(jié)合是特異的，即嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對(duì)進(jìn)行。因此，當(dāng)用一段已知按照堿基互補(bǔ)配對(duì)進(jìn)行。因此，當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被

16、測(cè)基因進(jìn)行基因的核苷酸序列作為探針，與被測(cè)基因進(jìn)行接觸，若兩者的堿基完全配對(duì)成雙鏈，則表明接觸，若兩者的堿基完全配對(duì)成雙鏈，則表明被測(cè)基因中含有已知的基因序列。被測(cè)基因中含有已知的基因序列。 異?；虍惓；蜃魈结樧魈结橖c(diǎn)雜交點(diǎn)雜交正?；蛘；?作探針作探針點(diǎn)雜交點(diǎn)雜交正常人正常人 患者患者 DNA DNADNA DNA正常人正常人 患者患者 DNA DNADNA DNA1 1、制作基因探針、制作基因探針2 2、將待測(cè)基因加、將待測(cè)基因加熱成單鏈熱成單鏈3 3、兩者混合雜交、兩者混合雜交應(yīng)用：應(yīng)用：基因診斷基因診斷生物芯片生物芯片 從正常人的基因組中分離出從正常人的基因組中分離出DNADN

17、A，與，與DNADNA芯片雜交就可以得芯片雜交就可以得出出標(biāo)準(zhǔn)圖譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜；從病人的基因組中分離出；從病人的基因組中分離出DNADNA與與DNADNA芯片雜交就可芯片雜交就可以得出以得出病變圖譜病變圖譜。通過(guò)比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病。通過(guò)比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的變的DNADNA信息?；蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)信息?；蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。 體外核酸擴(kuò)增技術(shù)。體外核酸擴(kuò)增技術(shù)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：具有特異、敏感、產(chǎn)率高、具有特異、敏感、產(chǎn)率高、 快速、簡(jiǎn)便、快速、簡(jiǎn)便、重復(fù)性好、易自動(dòng)化等；重復(fù)性好、易自動(dòng)化等； 能在一個(gè)試管內(nèi)將所要研究的目的基因或某一能在一個(gè)試管內(nèi)將所要研究的目的基因或某一DNADNA片段于數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)增至十萬(wàn)乃至百萬(wàn)倍片段于數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)增至十萬(wàn)乃至百萬(wàn)倍, ,使肉能使肉能直接觀察和判斷；直接觀察和判斷； 可從一根毛發(fā)、一滴血、甚至一個(gè)細(xì)胞中擴(kuò)增可從一根毛發(fā)、一滴血、甚至一個(gè)細(xì)胞中擴(kuò)增出足量的出足量的DNAD