轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和生物反應(yīng)器(2)PPT

1、關(guān)于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物與生物反應(yīng)器 (2)第一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 隨著DNA內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機(jī)制的揭示，生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、揭示生物遺傳的秘密，而是設(shè)想在分子水平上去改造生物的遺傳特性。9.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)第二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 如果將一種生物DNA中的某個(gè)遺傳密碼片段連接到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的愿望設(shè)計(jì)出新的遺傳物質(zhì)，從而創(chuàng)造出新的生物。 這種按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物技術(shù)，就稱為基因工程技術(shù)。第三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基因工程技術(shù)的特點(diǎn)： 基因體外重

2、組、即在離體條件下對(duì)DNA分子切割并將其與載體DNA分子連接，得到重組DNA。 世界上第一批重組DNA分子誕生于1972年，次年幾種不同來(lái)源的DNA分子裝入載體后被轉(zhuǎn)入到大腸桿菌中表達(dá)，標(biāo)志著基因工程正式登上歷史舞臺(tái)。第四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 發(fā)展：1、外來(lái)基因能在生物體內(nèi)表達(dá) 1974年，美國(guó)斯坦福大學(xué)教授科恩把金黃色葡萄球菌的抗藥性基因片段和大腸桿菌的質(zhì)?！敖M裝”成雜合質(zhì)粒，送入大腸桿菌體內(nèi)，使這種大腸桿菌獲得了對(duì)青霉素的抗藥性。 這說(shuō)明金黃色菌萄球菌質(zhì)粒上的抗青霉素基因由雜合質(zhì)粒帶到大腸桿菌體內(nèi)，更重要的是表明外來(lái)基因在大腸桿菌體內(nèi)同樣也發(fā)生作用。第五張，PPT

3、共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、 基因工程完全可以不受生物種類的限制，而按照人類的意愿去拼接基因，創(chuàng)造新的生物。 1974年，科恩又將非洲爪蟾的DNA與大腸桿菌的質(zhì)?！捌唇印保@得成功，拼接后的雜合質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌，產(chǎn)生了非洲爪蟾的核糖體核糠核酸(rRNA)；兩棲動(dòng)物的基因能在細(xì)菌里發(fā)揮作用 科恩隨后以DNA重組技術(shù)發(fā)明人的身份向英國(guó)專利局申報(bào)專利、因此成為世界上第一個(gè)基因工程的技術(shù)專利擁有人。 第六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 科恩的實(shí)驗(yàn)首次打破了不同物種在億萬(wàn)年中形成的天然屏障，他的成功標(biāo)志著任何不同種類生物學(xué)基因都能通過(guò)基因工程技術(shù)重組到一起，人類可以根據(jù)自己的

4、意愿定向地改造生物的遺傳特性，甚至創(chuàng)造新的生命類型。 人類歷史上第一次具備了精確、細(xì)致地控制生物生長(zhǎng)過(guò)程的能力。比如：我們可以從在極地生活的魚類中提取抵御嚴(yán)寒的基因，再把它們插入到草莓中去，讓草莓也能在極寒的地區(qū)生存。如今，基因重組技術(shù)在生產(chǎn)醫(yī)藥上重要的藥物以及在農(nóng)牧業(yè)育種等領(lǐng)域中取得了很多成果。第七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 對(duì)于基因工程，范圍是相當(dāng)廣泛的。如對(duì)于基因工程動(dòng)物而言，就有轉(zhuǎn)基因、基因替換、內(nèi)源基因敲除等類型的基因工程動(dòng)物。 本章僅重點(diǎn)介紹基因工程中的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，即： 將通過(guò)人工操作的方式將外源基因整合到生物體基因組內(nèi)，使該轉(zhuǎn)基因生物能穩(wěn)定地將此基因遺傳給后代

5、的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。第八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基因轉(zhuǎn)移的方法 物理方法 化學(xué)方法 生物學(xué)方法911 細(xì)胞轉(zhuǎn)染外源基因的方法第九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 向細(xì)胞中導(dǎo)入外源基因是定向改變細(xì)胞遺傳性狀的常用手段。 要使外源基因有效地轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞首先 要選擇合適的受體細(xì)胞其次 要有可靠的轉(zhuǎn)化后篩選方法 常用的哺乳動(dòng)物細(xì)胞轉(zhuǎn)染(接受外源基因)的方法有兩種：(1)暫時(shí)轉(zhuǎn)染：質(zhì)粒在宿主細(xì)胞中不必停留很長(zhǎng)時(shí)間，DNA被轉(zhuǎn)錄成mRNA，隨后翻譯成蛋白，并不進(jìn)入細(xì)胞基因組。磷酸鈣沉淀法、DEAE葡聚糖法均為暫時(shí)轉(zhuǎn)染。 (2)永久性轉(zhuǎn)染：反轉(zhuǎn)錄病毒載體法可以產(chǎn)生永久有效的轉(zhuǎn)染

6、。第十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (一)電穿孔法 這種方法利用脈沖電場(chǎng)提高細(xì)胞膜的通透性，在細(xì)胞膜上形成納米級(jí)的微孔，從而使外源DNA轉(zhuǎn)移至細(xì)胞中。 這種方法簡(jiǎn)單、效率較高，因而廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)移。 將受體細(xì)胞懸浮于含有待轉(zhuǎn)化DNA的溶液中，在盛有上述懸浮液的電擊池兩端施加短暫的脈沖電場(chǎng)，使細(xì)胞膜產(chǎn)生細(xì)小的空洞達(dá)到增加通透性的效果；此時(shí)，外源DNA片段能不經(jīng)過(guò)胞飲作用就能直接進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。物理方法第十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （二)微注

7、射法 顯微注射法主要用于制備轉(zhuǎn)基因動(dòng)物?；静僮鞣椒ㄈ缦?-2。 通過(guò)激素療法使雌鼠超數(shù)排卵，并與雄鼠交配，然后處死雌鼠，取出受精卵。然后借助于顯微鏡將純化的DNA溶液迅速注入受精卵中變大的雄核內(nèi)。將該受精卵移植到另外一只假受孕母鼠的輸卵管內(nèi)，正常發(fā)育、繁殖出轉(zhuǎn)基因鼠。第十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 擁有長(zhǎng)壽基因的鼠第十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 優(yōu)點(diǎn)：這種方法轉(zhuǎn)入的基因長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)百kb，并能隨機(jī)地整合在受體細(xì)胞染色體DNA上，因此應(yīng)用范圍廣。 缺點(diǎn)：但是這種整合有時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因動(dòng)物基因組的重排、易位、缺失或定點(diǎn)突變。第十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，

8、創(chuàng)作于2022年6月 (三)裸露DNA直接注射法 將裸露DNA直接注射到組織中，DNA有可能直接被細(xì)胞所攝入。 這是最簡(jiǎn)單的基因轉(zhuǎn)移方法。但是轉(zhuǎn)移效率較低第十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基因轉(zhuǎn)移的化學(xué)方法主要包括：DEAE葡聚糖法、磷酸鈣DNA共沉淀法、脂質(zhì)體載體包埋法等。 主要原理：通過(guò)改變細(xì)胞膜的通透性或者增加DNA與細(xì)胞的吸附而實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移。 化學(xué)方法第十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (一)DEAE葡聚糖法 最早的動(dòng)物細(xì)胞轉(zhuǎn)染方法；主要是將外源DNA片段與DEAE葡聚糖等高分子碳水化合物混合，這樣DNA鏈上帶負(fù)電的磷酸骨架便被吸附于DEAE正電

9、荷基團(tuán)上，從而形成DNA大顆粒。后者黏附于受體細(xì)胞表面，并通過(guò)胞飲作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 該方法的轉(zhuǎn)化率較低。第十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （二）磷酸鈣-DNA共沉淀法二價(jià)金屬離子能促進(jìn)細(xì)菌吸收外源DNA 當(dāng)核酸以磷酸鈣-DNA共沉淀物的形式存在時(shí)，細(xì)胞攝取DNA的能力顯著加強(qiáng)。第二十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第二十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 將待轉(zhuǎn)化的DNA溶解在磷酸根離子的緩沖液中，此時(shí)磷酸鈣與DNA共沉淀形成大顆粒。加入受體細(xì)胞培養(yǎng)一段時(shí)間后，DNA就通過(guò)脂相收縮時(shí)裂開(kāi)的空隙進(jìn)入細(xì)胞，或者在鈣、磷的誘導(dǎo)作用下被細(xì)胞吞噬而進(jìn)入細(xì)

10、胞內(nèi)，從而使外源DNA整合到受體細(xì)胞中得到表達(dá)。 該方法的轉(zhuǎn)染效率雖比DEAE葡聚糖法高出約100倍，但還是比較低，僅有15的外源DNA可以進(jìn)入受體細(xì)胞核中，大約僅有1的DNA可以在細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)。第二十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （三）脂質(zhì)體載體包埋法 脂質(zhì)體為人工膜泡，可作為體內(nèi)外物質(zhì)傳送的裁體。 將需轉(zhuǎn)移的外源DNA或RNA包裹于脂質(zhì)體內(nèi)，由于脂質(zhì)體具有磷脂雙層結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞膜類似，因此可以與受體細(xì)胞膜融合，從而將外源DNA轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞。 這種方法轉(zhuǎn)基因效率高。第二十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第二十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

11、月 將待轉(zhuǎn)移的DNA溶液與天然或人工合成的磷脂混合，后者在表面活性劑存在的條件下形成包埋水相DNA的脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)。 當(dāng)這種脂質(zhì)體懸浮液中加入到細(xì)胞培養(yǎng)皿中便會(huì)與受體細(xì)胞膜發(fā)生融合，DNA片段隨即進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)，第二十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基因轉(zhuǎn)移的生物學(xué)方法主要是病毒介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移。根據(jù)受體細(xì)胞類型不同可選擇不同宿主范圍和不同感染途徑的病毒基因組作為轉(zhuǎn)化載體。 目前常用的病毒載體包括DNA病毒載體(腺病毒載體、牛痘病毒載體等)、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體等。生物學(xué)方法第二十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 對(duì)于DNA病毒載體，以腺病毒載體為例。腺病毒基因組D

12、NA全長(zhǎng)36kb，其包裝上限為原基因組的105、即37.8kb。 優(yōu)點(diǎn) 安全性好、不整合人染色體、不導(dǎo)致腫瘤發(fā)生、宿主范圍廣、對(duì)受體細(xì)胞分裂周期要求不嚴(yán)、外源基因在載體上容易高效表達(dá)。第二十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 逆轉(zhuǎn)錄病毒載體是一種傳染性病毒，含有RNA遺傳物質(zhì)，可將非病毒基因轉(zhuǎn)移至分裂細(xì)胞。感染進(jìn)細(xì)胞的RNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA互補(bǔ)鏈，該DNA又可以作為合成第二條DNA鏈的模板。這兩條DNA鏈可滲入受體細(xì)胞的基因組DNA中。之后，病毒利用宿主細(xì)胞的酶體系自行轉(zhuǎn)錄與復(fù)制、從而可以使病毒單拷貝基因組穩(wěn)定地進(jìn)宿主細(xì)胞。 逆轉(zhuǎn)錄病毒載體可以獲得穩(wěn)定、有效的轉(zhuǎn)染，可用于不易轉(zhuǎn)化

13、的細(xì)胞或原代培養(yǎng)細(xì)胞。第二十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 但是病毒載體也具有一些缺陷 如： 1、所有病毒載體都會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生一定程度的免疫反應(yīng) 2、或多或少存在一定的安全隱患 3、轉(zhuǎn)導(dǎo)能力有限，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。第二十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1、可以設(shè)計(jì)含有抗藥性基因的外源DNA載體，然后通過(guò)選擇性培養(yǎng)基進(jìn)行轉(zhuǎn)染細(xì)胞的篩選。2、可以通過(guò)提取轉(zhuǎn)染細(xì)胞的DNA，以適當(dāng)限制性內(nèi)切酶酶切后進(jìn)行Southern轉(zhuǎn)移分析，檢驗(yàn)細(xì)胞中是否有被轉(zhuǎn)移的外源基因。9.1.2 轉(zhuǎn)染細(xì)胞的鑒定第三十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9.2.1 定義與發(fā)展歷史 轉(zhuǎn)基

14、因動(dòng)物是指在基因組內(nèi)穩(wěn)定地整合以實(shí)驗(yàn)方法導(dǎo)入的外源基因，并且外源基因可以穩(wěn)定地遺傳給后代的遺傳工程動(dòng)物。9.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物第三十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1974年， Jaenish和Mintz應(yīng)用顯微注射法，在世界上首次成功地獲得了AV40 DNA轉(zhuǎn)基因小鼠。 1980年，Gordon等人首先育成帶有人胸苷激酶基因的轉(zhuǎn)基因小鼠。 Palmiter等人于1982年將大鼠的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫芫训男墼酥?，獲得了比普通對(duì)照小鼠生長(zhǎng)速度快2-4倍、體形大一倍的轉(zhuǎn)基因“碩鼠”，從此轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)轟動(dòng)了整個(gè)生命科學(xué)界。第三十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

15、它使人們看到了利用此技術(shù)在建立人類疾病動(dòng)物模型、加速動(dòng)物育種、研究真核生物基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，以及在哺乳動(dòng)物特異組織系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)人的藥用蛋白等方面令人鼓舞的前景。第三十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在隨后的十幾年里，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)飛速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因兔、轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因豬、轉(zhuǎn)基因牛和轉(zhuǎn)基因山羊陸續(xù)育成 除哺乳動(dòng)物外，科學(xué)家還分別合成了轉(zhuǎn)基因魚、轉(zhuǎn)基因雞，這些開(kāi)創(chuàng)性的工作使人們可以從分子、細(xì)胞和個(gè)體多水平層次，從發(fā)育時(shí)間和組織生理空間多角度、立體地研究基因的功能，使人類按照自己的意愿修正和改造物種。第三十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9221 原理與方法 隨著分子

16、生物學(xué)與哺乳動(dòng)物胚胎操作技術(shù)的不斷發(fā)展，將外源目的基因?qū)朐缙谂咛ヅ嘤D(zhuǎn)基因動(dòng)物已經(jīng)由可能變成了現(xiàn)實(shí)。 以動(dòng)物個(gè)體為受體的轉(zhuǎn)基因技術(shù)首先是從小鼠開(kāi)始的，轉(zhuǎn)基因小鼠為研究特定基因及其表達(dá)調(diào)控機(jī)制提供了獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?但就經(jīng)濟(jì)效益而言，大型家畜動(dòng)物的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物更具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。922 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的制備第三十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基于基因工程的基本原理與技術(shù)方法，生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的關(guān)鍵技術(shù)包括： 外源目的基因的制備； 外源目的基因有效的導(dǎo)入生殖細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞； 選擇獲得攜有目的基因的細(xì)胞 選擇合適的體外培養(yǎng)系統(tǒng)和宿主動(dòng)物； 轉(zhuǎn)基因細(xì)胞胚胎發(fā)育及鑒定； 篩選所得的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物

17、品系。第三十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的核心技術(shù)是如何成功地把目的基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物早期胚胎細(xì)胞中。主要方法： 基因顯微注射法 胚胎干細(xì)胞移植法 反轉(zhuǎn)錄病毒感染法 精子載體導(dǎo)入法第三十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （一）原核期胚胎顯微注射法 基因顯微注射法是由美國(guó)人Gordon發(fā)明的,也是一種比較經(jīng)典、應(yīng)用比較廣泛、效果比較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因?qū)敕椒ā?首例表達(dá)人胸苷激酶基因、人生長(zhǎng)激素基因的轉(zhuǎn)基因小鼠都是利用這種方法獲得成功的。 目前采用這種方法已成功培育出轉(zhuǎn)基因小鼠、豬、綿羊、免和牛。第三十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基本

18、原理是： 通過(guò)顯微操作儀將外源基因直接用注射器注入受精卵(雄原核內(nèi))，利用受精卵繁殖中DNA的復(fù)制過(guò)程，將外源基因整合到DNA中，再發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。第三十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 具體而言，基因顯微注射法主要包括以下幾個(gè)步驟： (1)DNA的制備與純化 (2)動(dòng)物的挑選、超排卵與取卵 (3)DNA的顯微注射 (4)卵的轉(zhuǎn)移 (5)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的獲得第四十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （二）反轉(zhuǎn)錄病毒感染法 反轉(zhuǎn)錄病毒的核酸為一條單鏈RNA分子。病毒進(jìn)入細(xì)胞后，RNA首先編碼出反轉(zhuǎn)錄酶，在酶作用下，病毒RNA反轉(zhuǎn)錄為雙鏈分子，DNA通過(guò)一種尚未明確的機(jī)制

19、整合列宿主細(xì)胞DNA中。方法: 1)將目的基因重組到反轉(zhuǎn)錄病毒載體上，人為感染著床前或著床后的胚胎， 2)直接將胚胎與能釋放反轉(zhuǎn)錄病毒的單層培養(yǎng)細(xì)胞共孵育以達(dá)到感染目的，就可通過(guò)病毒將外源目的基因插入整合到宿主基因組DNA中。第四十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 由于反轉(zhuǎn)錄病毒的高效率感染和在宿主細(xì)胞DNA上的高度整合特性，借此可以大大提高基因轉(zhuǎn)移的效率。 應(yīng)用該方法已成功培育出轉(zhuǎn)基因雞和牛。第四十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 胚胎干細(xì)胞(ES)是從早期胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(1cM)中分離出來(lái)的，能在體外培養(yǎng)的一種高度未分化的多能細(xì)胞。在某種意義上也可以說(shuō)，它是一

20、種含正常二倍染色體的具有發(fā)育全能性的細(xì)胞，能分化為成體動(dòng)物的所有組織(包括生殖細(xì)胞)。 在發(fā)育上類似于早期胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞、當(dāng)被注入囊胚腔后可以參與包括生殖腺在內(nèi)的各種組織嵌合體的形成。 因此只要將外源DNA導(dǎo)入胚胎干細(xì)胞就可以實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移。(三)胚胎干細(xì)胞方法第四十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第四十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 以胚胎干細(xì)胞作為外源基因引入的載體有許多方法，包括：脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染、原生質(zhì)體融合等。還可以如圖9-6所示的那樣， 外源DNA轉(zhuǎn)化ES細(xì)胞后再通過(guò)核移植產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因動(dòng)物， 也可以通過(guò)聚合法或注射法產(chǎn)生嵌合體，經(jīng)過(guò)嵌合體的繁育獲得轉(zhuǎn)

21、基因動(dòng)物。第四十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 利用ES細(xì)胞途徑獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的關(guān)鍵之處是ES細(xì)胞的分離和獲得。 當(dāng)外源基因移入到ES細(xì)胞基因組后，既能高效穩(wěn)定表達(dá)，又不影響ES細(xì)胞的各種功能。ES細(xì)胞不僅使轉(zhuǎn)基因的成功率大大提高，而且使基因剔除、基因誘捕等技術(shù)成為可能。第四十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 采用胚胎干細(xì)胞方法和胚胎移植技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制備的基本具體步驟 1、從胚胎分離出胚胎干細(xì)胞，通過(guò)轉(zhuǎn)錄將外源基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)，再將其轉(zhuǎn)入到植入前胚胎的胚泡腔。 2、這些帶有外源基因的胚胎干細(xì)胞可嵌入宿主囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中參與胚胎發(fā)育、出生的動(dòng)物其生殖系統(tǒng)就有

22、可能整合上外源基因 3、 通過(guò)雜交繁育就可得到具有純合目的基因的個(gè)體，即轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。第四十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (四)精子載體法 由于顯微注射技術(shù)的效率很低，加之設(shè)備昂貴，因此人們一直在試圖尋找一種簡(jiǎn)單、有效和廣泛適用的方法將外源基因?qū)氲饺我夥N類動(dòng)物(如哺乳類、禽類及魚類)的基因組內(nèi)。第四十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 精子載體法是一種直接用精子作為外源DNA載體的轉(zhuǎn)移方法。 基本原理和方法是：精子直接與外源DNA混合培養(yǎng)，外源基因可以直接進(jìn)入精子頭部，受精后就可發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。第四十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 后來(lái)羅特

23、曼(Rottman)對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，將外源DNA在與精子共孵育之前用脂質(zhì)體包埋，使脂質(zhì)體與DNA相互作用形成脂質(zhì)體DNA復(fù)合物。這種復(fù)合體比較容易和精子細(xì)胞融合，從而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 我國(guó)學(xué)者使用陽(yáng)離子脂質(zhì)體介導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行操作，方便、重復(fù)性好、轉(zhuǎn)染率高。盡管該方法的可靠性尚有爭(zhēng)論，但是由于它的經(jīng)濟(jì)性與方便性，許多研究者在進(jìn)行該方法的改進(jìn)工作。第五十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（五）人工酵母染色體法 人工酵母染色體是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的一種新型載體，具有克隆百萬(wàn)堿基對(duì)級(jí)的大片段DNA的能力。 1992年人們采用該方法獲得了具有百萬(wàn)堿基對(duì)外源DNA的轉(zhuǎn)基因小鼠。 這種方法最明顯的優(yōu)點(diǎn)

24、是可以保證巨大基因的完整性及較長(zhǎng)外源基因片段在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中的較高的整合率。第五十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (六)受精前卵細(xì)胞顯微注射法 受精前卵細(xì)胞顯微注射法是將外源基因克隆至反轉(zhuǎn)錄病毒載體，然后將這一攜帶外源目的基因的缺陷型反轉(zhuǎn)錄病毒通過(guò)顯微注射技術(shù)，注入到受精前卵細(xì)胞的卵周腔，然后再體外受精，培養(yǎng)至囊胚期，移入假孕的雌性動(dòng)物子宮內(nèi)發(fā)育。第五十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月這種方法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： (1)目前大型動(dòng)物轉(zhuǎn)基因普遍采用原核顯微注射法，但是大型動(dòng)物受精卵的原核不如小鼠等的清晰可見(jiàn)，因此給顯微注射帶來(lái)極大不便。目前采用離心等方法

25、顯現(xiàn)原核，效果也不理想。而采用受精前卵細(xì)胞顯微注射法就可能避免這一難題。第五十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 能使首代轉(zhuǎn)基因動(dòng)物陽(yáng)性率顯著提高。而且，由于僅需將外源基因注射進(jìn)卵細(xì)胞周腔即可，不需刺破細(xì)胞質(zhì)膜及原核膜，所以對(duì)卵造成的機(jī)械損傷極小，因此注射后的卵細(xì)胞成活率顯著提高。第五十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (2)與傳統(tǒng)的反轉(zhuǎn)錄病毒法相比，這種方法也有了明顯改進(jìn)： 首先，選用受精前卵細(xì)胞作為外源基因的轉(zhuǎn)入點(diǎn)，讓外源基因比精子染色質(zhì)先進(jìn)入卵細(xì)胞，這樣，只要發(fā)生外源基因的整合，每一個(gè)細(xì)胞都會(huì)攜帶外源基因從而避免了嵌合體動(dòng)物的產(chǎn)生。第五十五張，PPT共一百六

26、十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 其次，由于在體外培養(yǎng)的卵細(xì)胞在M期包裹染色體的核膜會(huì)暫時(shí)消失，因此在這個(gè)時(shí)候進(jìn)行外源基因轉(zhuǎn)入，可大大提高外源基因進(jìn)入核內(nèi)與核染色體接觸的機(jī)會(huì)。 第三，受精前卵細(xì)胞比受精卵和早期胚胎更易轉(zhuǎn)染反轉(zhuǎn)錄病毒，因此可以提高外源基因的整合率。第五十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（七）其他方法 除了以上方法之外，動(dòng)物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)還有電脈沖法、染色體片段注入法、磷酸鈣共沉淀法、微彈轟擊法、原生質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因剔除和基因嵌入等。這些方法大多具有一些特殊的優(yōu)勢(shì)。第五十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9222轉(zhuǎn)基因動(dòng)物鑒定技術(shù) 早期采用的、

27、也是目前具有權(quán)威性的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物鑒定技術(shù)是southern blotting。 具體步驟是：提取待檢動(dòng)物組織的染色體(一般選擇導(dǎo)入基因中的單一限制酶位點(diǎn))，消化后電泳，轉(zhuǎn)膜后選擇適當(dāng)?shù)奶结樳M(jìn)行雜交，通過(guò)放射自顯影獲得結(jié)果。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果可靠，但缺點(diǎn)是工作量大、操作繁瑣。第五十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 另外一種比較常見(jiàn)的方法是斑點(diǎn)雜交；主要步驟包括：動(dòng)物DNA的提取、點(diǎn)于硝酸纖維素膜、探針雜交、放射自顯影。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便， 缺點(diǎn)：當(dāng)動(dòng)物體內(nèi)整合的外源基因與內(nèi)源基因有同源時(shí)，往往出現(xiàn)假陽(yáng)性。另外由于提取的染色體DNA濃度較高，雜交效果往往不十分理想。因此這種方法用于轉(zhuǎn)

28、基因動(dòng)物的篩選并不多。第五十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)在分子生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的篩選工作大大簡(jiǎn)化。 只需設(shè)計(jì)一對(duì)特異性引物，以組織提取的DNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增，通過(guò)對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行序列分析就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的鑒定。 缺點(diǎn)：有時(shí)也會(huì)存在假陽(yáng)性，對(duì)篩選工作影響較大，必須加以克服。第六十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 除了以上方法，近年來(lái)不斷出現(xiàn)一些新技術(shù)。例如，可用染色體原位雜交的方法鑒定轉(zhuǎn)基因豬，雖然操作比較繁瑣、但其獨(dú)到之處是可確定出外源基因在染色體上的整合位點(diǎn)以及整合狀態(tài)。第六十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)

29、作于2022年6月 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)是在20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的。從這項(xiàng)技術(shù)誕生的那天起，它就在改良畜禽生產(chǎn)性狀、提高畜禽抗病力以及利用轉(zhuǎn)基因畜禽生產(chǎn)非常規(guī)畜牧產(chǎn)品(如人類藥用蛋白)等方面顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。 9.2.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的意義與最新進(jìn)展第六十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將人工分離和修飾過(guò)的基因?qū)氲缴矬w基因組中，由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體性狀的可遺傳修飾。 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物就是基因組中含有外源基因的動(dòng)物。通過(guò)生長(zhǎng)素基因、多產(chǎn)基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生蟲基因、抗病毒基因等基因轉(zhuǎn)移，可能育成生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)仔、生蛋多、泌

30、乳量高或抗病性強(qiáng)的動(dòng)物 目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)已在牛、羊、豬、雞、魚等家養(yǎng)動(dòng)物中取得一定成果9.2.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的意義與最新進(jìn)展第六十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熒光鼠2007年末，熒光鼠腦細(xì)胞的圖片傳遍世界各地，從“福利客”超市的宣傳海報(bào)到“自然”雜志的封面。這些五彩斑斕的腦細(xì)胞是單個(gè)的神經(jīng)元，鮮艷的色彩幫助科學(xué)家將它們區(qū)分開(kāi)來(lái)。英國(guó)哈佛大學(xué)的杰夫-里奇曼為首的科研小組在實(shí)驗(yàn)鼠的基因組中導(dǎo)入水母的綠色熒光蛋白基因，使其在紫色光線的照射下呈現(xiàn)出綠色熒光。這種綠色熒光基因?qū)π∈鬅o(wú)害，只起到標(biāo)記作用。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物第六十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月這種轉(zhuǎn)基

31、因山羊是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗鼈兡墚a(chǎn)生普通的蜘蛛絲。這種構(gòu)成蜘蛛網(wǎng)的同樣物質(zhì)由它們的乳腺產(chǎn)生。很多科學(xué)家把蜘蛛絲叫做“生物鋼”，有著超強(qiáng)的抗張強(qiáng)度。研究人員稱，如果把很多蜘蛛絲擰成一股繩的話，它足夠強(qiáng)韌，可制成防彈背心、降落傘繩，或者從飛機(jī)到航母等設(shè)備。 蜘蛛絲還可被制成人造韌帶和人造腱，支撐組織、骨骼和神經(jīng)細(xì)胞，讓它們?cè)谏L(zhǎng)期間保持穩(wěn)定。隨著細(xì)胞的逐漸生長(zhǎng)，這些人造絲部分會(huì)逐漸分解。幫助“生產(chǎn)”這些山羊的懷俄明大學(xué)分子生物學(xué)家蘭迪-劉易斯說(shuō)：“從概念上講，這個(gè)過(guò)程非常簡(jiǎn)單。用于絲蛋白的蜘蛛絲基因與控制蛋白質(zhì)構(gòu)成組織的山羊的DNA有關(guān)。在這種情況下，它是乳腺，只形成于哺乳期。然后，細(xì)胞與卵結(jié)合生成

32、胚胎，胚胎有著合成其DNA的基因。當(dāng)母羊開(kāi)始分泌乳汁時(shí)絲蛋白就產(chǎn)生了十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物蜘蛛羊 第六十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月美國(guó)研究人員通過(guò)一項(xiàng)新技術(shù)，使得老鼠具有了抵抗各種癌癥的能力，而這個(gè)科學(xué)突破將使癌癥患者有望接受無(wú)副作用的治療。這些老鼠內(nèi)產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)是未來(lái)療法的關(guān)鍵，它能消滅腫瘤細(xì)胞，卻不會(huì)傷害體內(nèi)的健康組織。通常情況下，一般的癌癥治療會(huì)使患者出現(xiàn)疼痛、惡心和掉頭發(fā)等情況?？茖W(xué)家們希望有朝一日把這種蛋白質(zhì)用于癌癥患者身上，使他們擺脫這些痛苦。這個(gè)突破取決于一種叫Par-4的老鼠基因，它生產(chǎn)這種蛋白質(zhì)。研究人員讓一組老鼠擁有比正常情況下更多的蛋白質(zhì)。后來(lái)他們發(fā)

33、現(xiàn)，這些老鼠對(duì)許多癌癥類型產(chǎn)生免疫力，像肝癌和前列腺癌等。測(cè)試顯示，這種蛋白質(zhì)還能抵抗乳腺癌、胰腺癌和頭頸癌等。美國(guó)的這些科學(xué)家們表示，至關(guān)緊要的一點(diǎn)是這些老鼠沒(méi)有出現(xiàn)任何明顯的副作用。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物抗癌老鼠第六十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月翡翠海參看起來(lái)更像一片樹(shù)葉，而不是黏滑的腹足軟體動(dòng)物，但它卻是已知第一種在自然演化過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)基因現(xiàn)象的物種。能夠利用水藻食物中的葉綠體進(jìn)行光合作用以產(chǎn)生能量。沒(méi)有任何其他動(dòng)物能夠這樣利用葉綠體。朗波研究發(fā)現(xiàn)海參中的一種基因與水藻中具有光合作用的基因類似，這表明在過(guò)去的漫長(zhǎng)歲月中，該基因或許通過(guò)自然進(jìn)化的方式從水藻轉(zhuǎn)移到海參的DNA

34、中。雖然目前還很難證實(shí)海參身上的這種基因轉(zhuǎn)移，但朗波仍表示“我們正致力于探究這種轉(zhuǎn)移是如何發(fā)生的”，這將有利于科學(xué)家探索動(dòng)植物間的基因轉(zhuǎn)移是否會(huì)發(fā)生在其他的物種上十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物翡翠海參第六十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2003年，美國(guó)得克薩斯的一家公司宣布，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)他們已經(jīng)研制出能發(fā)熒光的小型熱帶魚“熒光魚”。這種“光芒四射”的紅色熒光魚，是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到商標(biāo)注冊(cè)的第一種商業(yè)性熒光寵物魚。改基因后的斑馬魚散發(fā)出粉紅色熒光，遠(yuǎn)看像金魚一樣。目前，公司以GloFish的商標(biāo)對(duì)紅色熒光魚進(jìn)行了注冊(cè)，這標(biāo)志著轉(zhuǎn)基因熒光魚可以被當(dāng)作家庭寵物出售。斑馬魚是一種常見(jiàn)的觀賞魚

35、，身上有黑白相間的條紋。熒光斑馬魚被分別轉(zhuǎn)入了水母綠色熒光蛋白或者珊瑚蟲紅色熒光蛋白的基因，在紫外線的照射下，能夠發(fā)出綠光或紅光。熒光魚作為觀賞魚在市場(chǎng)上銷售，是第一種上市的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物熒光魚第六十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一種超級(jí)老鼠可以不知疲倦地奔跑數(shù)小時(shí)、壽命更長(zhǎng)、擁有更強(qiáng)繁殖能力、吃得更多而不增加體重美國(guó)科學(xué)家培育出的這種轉(zhuǎn)基因老鼠震撼了世界，引起人們的遐想：培育超級(jí)老鼠的技術(shù)手段能否應(yīng)用于人類，改善人類的能力？研究者將高度活躍的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK-C)基因注入老鼠胚胎?；蜣D(zhuǎn)化的老鼠在運(yùn)動(dòng)時(shí)有效利用身體脂肪產(chǎn)生能量，同時(shí)避免產(chǎn)生大

36、量乳酸?？茖W(xué)家漢森教授說(shuō)，超級(jí)老鼠主要利用脂肪轉(zhuǎn)化能量，體內(nèi)只產(chǎn)生非常微量的乳酸，它們不吃不喝也能跑4到5個(gè)小時(shí)。這種老鼠最多能以每分鐘20米的速度奔跑6公里，也就是說(shuō)，它能連續(xù)不間斷奔跑5個(gè)小時(shí)甚至更多?？茖W(xué)家說(shuō)，這相當(dāng)于一個(gè)人不間斷地高速騎自行車翻越阿爾卑斯山，只有人類頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員可以做到，比如環(huán)法自行車賽七冠王蘭斯-阿姆斯特朗。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物超級(jí)老鼠第六十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月近年來(lái)，全世界科學(xué)家都在努力研究轉(zhuǎn)基因蚊子，以降低其對(duì)人類的危害。倫敦帝國(guó)學(xué)院的科研小組培育了一種轉(zhuǎn)基因蚊子，其中的雄性具有熒光睪丸，很容易被識(shí)別，然后令其不育。研究者稱，可以將大量這樣

37、的轉(zhuǎn)基因蚊子放到野外與普通的雌蚊交配，減少瘧蚊的產(chǎn)卵量，從而慢慢減少瘧蚊的數(shù)目。這種轉(zhuǎn)基因蚊子沒(méi)有生育能力，所以不會(huì)將基因遺傳給野生蚊子。美國(guó)科學(xué)家通過(guò)基因改造，在實(shí)驗(yàn)室中培育出了一種蚊子，它具備了不再感染瘧疾的能力，將這些蚊子放入野外可以有效切斷人與蚊子之間的瘧疾傳播途徑。這些經(jīng)過(guò)基因改造的蚊子被飼以未感染瘧原蟲的血液時(shí)并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，不過(guò)在飼以含有瘧原蟲的血液后，比普通蚊子更能適應(yīng)環(huán)境。這意味著，跟普通的蚊子相比，這種轉(zhuǎn)基因蚊子的繁殖能力和生存能力更強(qiáng)，死亡率更低。被瘧原蟲感染不會(huì)殺死普通蚊子，但是會(huì)降低其繁殖率。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因蚊子第七十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

38、月一曾培育出世界上第一只克隆羊“多利”的英國(guó)羅斯林研究所，近日又取得了一項(xiàng)重大的科學(xué)突破：該研究所的科學(xué)家成功培育出世界上第一批能下“神奇雞蛋”的小雞。這種經(jīng)過(guò)基因改造的小雞所下的蛋能用來(lái)制造治療癌癥和其他疾病的藥物。這一重大科學(xué)突破無(wú)疑為大規(guī)模生產(chǎn)藥物提供了非常廣闊的前景。科學(xué)家用于研究的小雞名為“依沙褐殼蛋雞”，這種法國(guó)品種雞每年可下約300顆雞蛋。經(jīng)過(guò)基因改造后的“依沙褐殼蛋雞”，其DNA中含有人為加入的人類基因，當(dāng)母雞生下蛋后，科學(xué)家就能從雞蛋的蛋白中提取用來(lái)制造藥物的蛋白質(zhì)。牛津生物醫(yī)藥公司的研究人員安德魯-伍德表示：“從理論上來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)適用于不同種類的基因，因此這些母雞也可以被

39、用于制造許多不同的蛋白質(zhì)。未來(lái)，這種技術(shù)有望用于治療包括帕金森癥、糖尿病和多種癌癥在內(nèi)的各種疾病十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)藥的小雞第七十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直認(rèn)為，動(dòng)物的恐懼可能是由它們靈敏的嗅覺(jué)喚起的。老鼠擁有大約1000個(gè)嗅覺(jué)感受器基因，而人類只有400個(gè)起作用的和大約800個(gè)不活躍的嗅覺(jué)感受器基因。在用老鼠所做的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員確認(rèn)并移除了老鼠大腦嗅球上的某些感受器，結(jié)果這些老鼠變成了一群無(wú)所畏懼的嚙齒動(dòng)物，在天敵面前轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去，顯示出極強(qiáng)的好奇心，永遠(yuǎn)不知道危險(xiǎn)的存在。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物無(wú)所畏懼的老鼠第七十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2

40、022年6月攜帶細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)基因豬可產(chǎn)生更清潔，污染更少的綠肥。這些基因，可幫助豬除去食物中的磷酸鹽，從而有助減少豬畜牧業(yè)中產(chǎn)生的對(duì)農(nóng)業(yè)有害的廢物。在加拿大圭爾夫大學(xué)的豬研究小組成員Serge Golovan說(shuō)：“植物含有許多有機(jī)磷，而普通豬不能使用它?！睕](méi)吸收的磷流散在環(huán)境中，危害溪流中的生物，產(chǎn)生溫室氣體。轉(zhuǎn)基因豬經(jīng)過(guò)遺傳修飾，在唾液中產(chǎn)生肌醇六磷酸酶，從而可以吸收植物中的磷，而普通豬是不能消化磷的。對(duì)轉(zhuǎn)基因豬產(chǎn)生的肥料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，他們比普通豬的排磷量減少了75%。圭爾夫大學(xué)研究小組使用來(lái)自大腸桿菌的肌醇六磷酸酶基因，將該基因插入到豬基因組中，豬的唾液中產(chǎn)生這種酶。這種污染性小的豬所排泄

41、的磷比食用肌醇六磷酸酶的豬要少得多。十大神奇轉(zhuǎn)基因動(dòng)物有利于改善環(huán)境的基因豬第七十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 由于外源基因可在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物細(xì)胞中整合表達(dá)，并接受受體基因組遺傳背景的調(diào)控，因此可以把轉(zhuǎn)基因作為一個(gè)理想的功能標(biāo)記建立相應(yīng)的動(dòng)物模型；目前所取得的一些成就都得益于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的建立，如：基因協(xié)同表達(dá)、復(fù)合型啟動(dòng)子/增強(qiáng)子、外源基因的反饋調(diào)節(jié)以及染色體重組等。 迄今，利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的研究已深入到生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的各個(gè)方面，如遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、胚胎學(xué)、組織學(xué)、免疫學(xué)、藥理學(xué)、生理學(xué)、生物進(jìn)化學(xué)等。此外，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物也為病毒研究提供了一個(gè)新的體系。9.2.2.1

42、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型與基因治療第七十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 目前，可以通過(guò)精確地失活某些基因或增強(qiáng)某些基因的表達(dá)來(lái)制作各種研究人類疾病的動(dòng)物模型。 已建立的遺傳疾病轉(zhuǎn)基因小鼠模型有：動(dòng)脈粥樣硬化、鐮刀形細(xì)胞貧血癥、老年癡呆癥、自身免疫病、淋巴系統(tǒng)病、皮炎和前列腺癌等。 Snyder等將人CD4融合基因?qū)爰彝没蚪M成功地制作了可用于研究HIV-1感染宿主的動(dòng)物模型。 通過(guò)這些模型的建立，將有助于預(yù)防和治療這些疾病。第七十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 具有廣闊發(fā)展前景的基因治療也是依賴于相關(guān)動(dòng)物模型的建立的。 Cline于1980年最早采用基因治療方法對(duì)兩

43、名重癥-地中海貧血癥進(jìn)行治療，并獲得成功。 我國(guó)首次基因治療疾病是在1991年成功治療血友病。盡管基因治療前景廣闊，但是一些遺傳疾病由于找不到安全有效的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)和合適的受體細(xì)胞而進(jìn)展緩慢。第七十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9222 優(yōu)良動(dòng)物育種 1982年轉(zhuǎn)基因“碩鼠”的誕生，為運(yùn)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)改良畜禽經(jīng)濟(jì)性狀帶來(lái)了曙光。人們可以通過(guò)外源基因的導(dǎo)入達(dá)到使畜禽生長(zhǎng)速度加快、產(chǎn)量(肉、蛋、奶)提高、耗料減少和品質(zhì)改進(jìn)的目的。此后，轉(zhuǎn)基因羊、牛和雞等畜禽也相繼獲得成功，第七十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 采用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物育種技術(shù)具有常規(guī)育種技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：

44、周期短、成本低、選擇效率高、不受有性繁殖的限制等。因此這方面的應(yīng)用也是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物最具經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。 但是，最需解決的首要問(wèn)題是如何確保外源基因的穩(wěn)定表達(dá)和遺傳。目前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已被用于提高生長(zhǎng)速度、動(dòng)物抗病育種、提高綿羊等的產(chǎn)毛性能、抗凍品種培育等領(lǐng)域。第七十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）快速生長(zhǎng)與肉質(zhì)改善 生長(zhǎng)激素(GH)基因是轉(zhuǎn)基因研究中應(yīng)用最早的基因。繼Palmiter將大鼠的GH基因?qū)胄∈蠡蚪M中獲得巨型小鼠后，牛、綿羊、人的GH基因也先后導(dǎo)入小鼠基因組中，得到的轉(zhuǎn)基因小鼠在快速生長(zhǎng)期(5-11周齡)的生長(zhǎng)速度可達(dá)對(duì)照組的4倍左右。1985年，科

45、學(xué)家第一次將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胴i的受精卵并獲得成功，轉(zhuǎn)基因豬與同窩非轉(zhuǎn)基因豬比較，生長(zhǎng)速度和飼料利用效率顯著提高，酮體脂肪率也明顯降低。第七十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 我國(guó)學(xué)者用構(gòu)建的GH基因表達(dá)載體進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移，獲得的轉(zhuǎn)基因豬比同類非轉(zhuǎn)基因豬的生長(zhǎng)速度提高11.8142，飼料利用率提高10%，瘦肉率也有所增加，外源GH調(diào)節(jié)生長(zhǎng)的機(jī)制被認(rèn)為是可以刺激宿主動(dòng)物胰島素生長(zhǎng)因子的合成與分泌。第八十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)抵抗疾病 理論上，對(duì)一些種屬特異性的疾病，如果可以從抗該病的動(dòng)物體中克隆出有關(guān)的基因，并將其轉(zhuǎn)移給易感染動(dòng)物品種，則有希望培育出

46、抗病品系。 1988年有人將小鼠抗流感基因轉(zhuǎn)入了豬體內(nèi)，使轉(zhuǎn)基因豬增強(qiáng)了對(duì)流感病毒的抵抗能力。第八十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）增加羊毛產(chǎn)量和性能 由于羊毛是角蛋白通過(guò)二硫鍵緊密交聯(lián)組成的，而角蛋白對(duì)半胱氨酸的需求量很高，因此半胱氨酸是制約羊毛產(chǎn)量的限制性氨基酸。 但是羊胃里的微生物可以降解半胱氨酸，成為二硫化物而損失掉。研究發(fā)現(xiàn)來(lái)源于細(xì)菌的絲氨酸轉(zhuǎn)移酶(SAT)、D-乙酰絲氨硫化氫解酶(DAS)可以將二硫化物重新轉(zhuǎn)化成半胱氨酸。因此澳大利亞的研究者以SAT、DAS基因建立轉(zhuǎn)基因羊，并將其定位表達(dá)于胃腸道上皮，從而提高胃腸道中半胱氨酸的量并加以利用，達(dá)到提高羊毛產(chǎn)量的

47、目的。第八十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 此外，將毛角蛋白中間細(xì)絲基因?qū)刖d羊基因組，得到的轉(zhuǎn)基因羊毛光澤亮麗，而且羊毛中的羊毛脂含量明顯提高。第八十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (四)抗凍品種培育 美洲擬蝶等魚由于其體內(nèi)存在抗凍蛋白基因(AFP)而能在寒冷環(huán)境中生存，而羅非魚和鯪魚等熱帶魚則抗寒能力低下而不能在溫度較低的地區(qū)生存。建立AFP轉(zhuǎn)基因魚無(wú)疑將使熱帶魚對(duì)低溫的耐受性增強(qiáng)。第八十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 9223 在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人類藥用蛋白等非常規(guī)畜牧產(chǎn)品，是目前世界上轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的熱點(diǎn)之一。其中

48、，通過(guò)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人類藥用蛋白的研究已取得了初步成功。此時(shí)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物不在于動(dòng)物本身，而是它們身上產(chǎn)出的乳汁可以提取一系列活性物質(zhì)，它們中的每一只都可稱為一座天然基因藥物制造廠。第八十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月目前利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳腺定位表達(dá)生產(chǎn)的藥物主要包括：（一）抗出血性藥物 我國(guó)學(xué)者構(gòu)建了人凝血因子的表達(dá)載體，并通過(guò)顯微注射轉(zhuǎn)入山羊受精卵的雄原核中，經(jīng)受精卵短期培養(yǎng)，將早期胚胎移植進(jìn)母體山羊發(fā)育，獲得轉(zhuǎn)基因山羊，發(fā)現(xiàn)乳汁中含有凝血因子的濃度為9.17ngm1，凝血生物活性為5087。盡管濃度仍比較低，但是畢竟是一良好的開(kāi)端。第八十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，

49、創(chuàng)作于2022年6月(二)抗凝血藥物 美國(guó)Genzyme公司已成功在山羊乳腺中高效表達(dá)抗凝血蛋白Antithrombin，其活性、結(jié)構(gòu)與天然產(chǎn)物相同，并巳進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段。第八十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)血栓治療藥物 人體血液中的纖維溶酶能降解纖維蛋白，使血凝塊水解，從而保持血管通暢。纖維溶酶是通過(guò)纖維溶酶原激活物(PA)激活其前體纖維溶酶原而形成的。 PA主要有兩種：uPA和tPA。我國(guó)已開(kāi)展了uPA和tPA轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究，目前巳在轉(zhuǎn)基因小鼠乳腺中得以表達(dá)uPA。第八十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(四)肺氣腫治療藥物 1-抗胰蛋白酶(1-A

50、A T)可以抑制肺氣腫釋放的蛋白酶對(duì)肺組織的破壞。因此科學(xué)家將含有人類抗胰蛋白酶的基因轉(zhuǎn)入羊中，在其乳汁中得到抗胰蛋白酶。第八十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(五)免疫治療藥物 干擾素、白細(xì)胞介素等具有抗病毒、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力等活性，但它們的常規(guī)生產(chǎn)方法是微生物基因工程菌發(fā)酵。近幾年來(lái)，人們已經(jīng)開(kāi)始了采用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)這類藥物的研究。第九十張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（六）人型化單克隆抗體 利用人免疫球蛋白重鏈c區(qū)的基因建立轉(zhuǎn)基因小鼠后，再用特定抗原免疫小鼠，就可以獲得人型化單克隆抗體。 除了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳腺制藥外，動(dòng)物血液制藥也是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器的另外

51、一個(gè)重要組成部分。如人造血液的開(kāi)發(fā)就有廣闊的應(yīng)用前景。將人血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入豬，定位表達(dá)于血液，這樣豬血就成為人血的代用品，并可避免輸血時(shí)的交叉感染。但目前還有一些技術(shù)問(wèn)題尚未解決，如轉(zhuǎn)基因血紅蛋白與O2結(jié)合過(guò)于牢固，不易釋放，因此難以發(fā)揮輸送O2的功能。第九十一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 盡管目前動(dòng)物生物反應(yīng)器的生產(chǎn)投入和風(fēng)險(xiǎn)都很大，但其誘人的商業(yè)前景和潛在的巨額利潤(rùn)還是吸引了不少投資者和科學(xué)家。有學(xué)者預(yù)言，利用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)生物活性蛋白將有望發(fā)展為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。第九十二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 9234 在異種器官移植中的應(yīng)用 人類同種異體

52、器官移植近幾十年來(lái)已取得了不錯(cuò)的效果，但由于其供體來(lái)源嚴(yán)重不足，再加上非正常死亡率的下降和人類壽命的延長(zhǎng)，人供體器官將更加貧乏。因此，異種器官移植將是解決此問(wèn)題的主要途徑：第九十三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 任何器官的移植，包括腦在內(nèi)，在外科手術(shù)上都已經(jīng)不成問(wèn)題。移植的主要障礙在于免疫排斥。使器官失去功能。 一旦抗排斥治療失敗，便會(huì)導(dǎo)致前功盡棄。 要讓家豬真正成為本來(lái)人體器官的生產(chǎn)工廠，把器官?gòu)呢i身上移植到人體，首先要克服的障礙是移植后發(fā)生的免疫排斥反應(yīng)。這可通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到解決，即建立免疫排斥相關(guān)基因轉(zhuǎn)基因豬，如：可先將少量的人類基因注入一至兩個(gè)細(xì)胞階段的豬胚胎中去，得

53、到一兩只會(huì)天然產(chǎn)生這些保護(hù)性蛋白的轉(zhuǎn)基因小豬。 這些特別培育的家豬的器官組織，因而也就可以存活動(dòng)在人類的血液中間了。當(dāng)然受體的排斥反應(yīng)是多樣和復(fù)雜的，對(duì)此科學(xué)家正在積極尋找解決此類反應(yīng)的辦法。第九十四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月該領(lǐng)域的一些其他代表性的例子如下：(一)建立異種抗原缺失或其表達(dá)水平低下的轉(zhuǎn)基因豬 由異種抗原介導(dǎo)的超敏反應(yīng)是異種移植臨床應(yīng)用的主要障礙，如異種抗原1，3-半乳糖。方法：1、可以通過(guò)基因敲除技術(shù)靶向性地使與1，3-半乳糖的合成密切相關(guān)的基因(如，1，3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因)失活從而使1，3-半乳糖缺失；2、轉(zhuǎn)入一些相關(guān)酶基因下調(diào)1，3-半乳糖的合成。這

54、種可降低超敏反映的效果已在動(dòng)物模型中得以證實(shí)。第九十五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)建立HLA轉(zhuǎn)基因豬 采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將人體相容性抗原如HLA-D、HLA-G等的基因轉(zhuǎn)移至豬體內(nèi)并獲表達(dá)，建立HLA轉(zhuǎn)基因豬，這樣的轉(zhuǎn)基因豬用于人體器官移植的供體，將會(huì)具有較低的免疫排斥反應(yīng)：第九十六張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)建立人補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白CD55、CD59的轉(zhuǎn)基因豬 通過(guò)將人體CD55、CD59基因轉(zhuǎn)入豬的基因組中，其仔豬的血管內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)表達(dá)CD55、CD59。當(dāng)攜帶這種基因的豬器官(如心臟)移植到人體內(nèi)后，將不會(huì)激活人體的補(bǔ)體系統(tǒng)，因此就可以克服超急性排斥反

55、應(yīng)。第九十七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 目前，通過(guò)采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)已使一些超敏反應(yīng)得以克服。由于異種移植的免疫排斥反應(yīng)涉及很多方面，比較復(fù)雜。不能僅考慮一方面的因素。因此建立聯(lián)合型轉(zhuǎn)基因豬的效果會(huì)更好，即同時(shí)轉(zhuǎn)入多個(gè)相關(guān)基因到一只豬體內(nèi)，或者通過(guò)不同轉(zhuǎn)基因豬之間的自然交配，使其形成抗異種免疫排斥的特性組合。今后面臨的主要問(wèn)題是如何克服抗異種免疫排斥的能力，增強(qiáng)被移植器官的存活能力。第九十八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9235 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的最新進(jìn)展 日前轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究日新月異，主要體現(xiàn)在新型外源基因的轉(zhuǎn)入和新型制作方法兩個(gè)方面。一些代表性的進(jìn)展如下：第九

56、十九張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一)轉(zhuǎn)線粒體（基因）動(dòng)物 線粒體是普遍存在于動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器。轉(zhuǎn)線粒體的嘗試最早可遲溯到1989年，埃伯特(Ebert)將異源線粒體轉(zhuǎn)入小鼠胚胎，經(jīng)過(guò)注射的胚胎移植后發(fā)育正常。但在出生的仔鼠種檢測(cè)不到異源線粒體。 轉(zhuǎn)線粒體基因與轉(zhuǎn)核基因存在許多明顯的不同之處，這主要是因?yàn)楹嘶蚺c線粒體基因的表達(dá)特征不同。目前這方面的研究報(bào)道還不多見(jiàn)。第一百?gòu)?，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體注射MII期的卵母細(xì)胞 這種方法是對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體感染發(fā)育早期的動(dòng)物胚胎方法的改進(jìn)。逆轉(zhuǎn)錄病毒栽體介導(dǎo)的基因整合的關(guān)鍵在于有絲分裂時(shí)

57、出現(xiàn)核膜分解。 由于處于減數(shù)分裂中期(M)的卵母細(xì)胞無(wú)核膜的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于處于有絲分裂M期的細(xì)胞，因此為反轉(zhuǎn)錄病毒載體介導(dǎo)的基因插入提供了更大的可能性。第一百零一張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）精子與外源基因合并注射卵母細(xì)胞 以前采用將精子與外源基因共孵育一段時(shí)間，然后通過(guò)人工受精的方法制備轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，最近， Anthony報(bào)道了一種新方法：首先將精子與外源基因共孵育1min，然后將精子的頭部顯微注射進(jìn)M期的小鼠卵母細(xì)胞。結(jié)果證實(shí)可以提高轉(zhuǎn)基因效率，而且操作程序得以簡(jiǎn)化。第一百零二張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月93 轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器 生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了3

58、個(gè)不同的歷史階段。 最早期是天然藥物,如中草藥(或加工成中成藥),這是第一步。 但人類并不滿足于此,以后通過(guò)化學(xué)方法合成新的藥物。合成的藥物成份單純,有些是天然沒(méi)有的,有些是對(duì)天然藥物的改進(jìn),使它更為有效。第一百零三張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 到了70年代后期,隨著DNA重組技術(shù)的問(wèn)世,誕生了基因工程藥物或簡(jiǎn)稱基因藥物。高產(chǎn)值、高效率的基因藥物的出現(xiàn)給藥物生產(chǎn)帶來(lái)了一場(chǎng)革命,推動(dòng)了整個(gè)醫(yī)藥業(yè)的發(fā)展。 1982年美國(guó)Lilly公司首先將重組胰島素投放市場(chǎng)。標(biāo)志著世界第一個(gè)基因工程藥物的誕生。第一百零四張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月基因工程藥物1、定義：通過(guò)轉(zhuǎn)基

59、因技術(shù)利用某一種生物體生產(chǎn)這種外源基因表達(dá)的活性物質(zhì)2、生產(chǎn)基因工程藥物的基本方法是： 1）、將目的基因用DNA重組的方法連接在載體上 2）、將載體導(dǎo)入靶細(xì)胞(微生物、哺乳動(dòng)物細(xì)胞或人體組織靶細(xì)胞) 3）、使目的基因在靶細(xì)胞中得到表達(dá) 4）、將表達(dá)的目的蛋白質(zhì)提純、加工成制劑，從而成為蛋白類藥或疫苗。第一百零五張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 現(xiàn)有或正在開(kāi)發(fā)中的基因工程約物大致有以下幾類：?jiǎn)慰寺】贵w、疫苗、基因治療藥物、干擾素、白介素、生長(zhǎng)因子、重組可溶性受體、反義藥物、人生長(zhǎng)激素、織纖溶酶原激活劑、凝血因子、集落細(xì)胞刺激因子、促紅細(xì)胞生成素。第一百零六張，PPT共一百六十一頁(yè)，

60、創(chuàng)作于2022年6月 這里討論的生物反應(yīng)器是指通過(guò)基因改造的生物體。 顯然，它是有別于傳統(tǒng)的化工和生物工程領(lǐng)域的反應(yīng)器。第一百零七張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段即：細(xì)菌基因工程、細(xì)胞基因工程、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 若按照自然界生物的種類，生物反應(yīng)器主要包括轉(zhuǎn)基因微生物(主要是細(xì)菌)生物反應(yīng)器、轉(zhuǎn)基因植物生物反應(yīng)器轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器。 生物反應(yīng)器可以使用不同的生物體，其中以微生物居多。最早的轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器是通過(guò)原核生物來(lái)表達(dá)目的基因蛋白。 目前市場(chǎng)上的基因工程藥物絕大多數(shù)是采用這一方法。第一百零八張，PPT共一百六十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 對(duì)于細(xì)