基因工程第八章基因工程應(yīng)用實(shí)例

基因工程第八章基因工程應(yīng)用實(shí)例第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第八章基因工程應(yīng)用實(shí)例

2教學(xué)目的與要求：1）了解轉(zhuǎn)基因作物應(yīng)用現(xiàn)狀2）了解轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究狀況3）了解基因工程藥物研究現(xiàn)狀第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)全球轉(zhuǎn)基因作物的推廣應(yīng)用

第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TargetBenefit(s)抗蟲抗逆基因增加產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入減少化學(xué)農(nóng)藥使用，對(duì)耕種者和食用者來(lái)講更健康減少耕作和管理抗鹽、抗冷增加產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入抑制光呼吸增加產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入氮素營(yíng)養(yǎng)增加產(chǎn)量耐儲(chǔ)存作物品質(zhì)更優(yōu)異顏色、尺寸等基因營(yíng)養(yǎng)更豐富轉(zhuǎn)基因作物第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的應(yīng)用一、為什么要做轉(zhuǎn)基因動(dòng)物1改造動(dòng)物的品質(zhì)2用動(dòng)物生產(chǎn)人類需要的藥品及人類器官3給實(shí)驗(yàn)提供模式動(dòng)物第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、如何生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物particularmonoclonalantibodies(includingonethatiseffectiveagainstaparticularcoloncancer).Animalsmostlyusedforthisworkarepigs,cows,sheep,andgoats.Transgenicanimal第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)基因診斷與基因治療

Medicalandforensicapplicationsofgeneanipulation

一、基因診斷（Medicaldiagnostics(asDNAprobesandPCRfordetectHIVofAIDS)1．基因診斷概念是用已知序列的DNA或RNA片段作為探針與待測(cè)樣品的DNA或RNA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)，是基因診斷最基本的技術(shù)之一。條件：（1）必須是單鏈；（2）帶有容易被檢測(cè)出來(lái)的標(biāo)記物。2、基因診斷的技術(shù)方法（1）基因診斷的核酸分子雜交技術(shù)實(shí)質(zhì)上是用已知序列的DNA或RNA片段作為探針與待測(cè)樣品的DNA或RNA序列進(jìn)行核酸分子雜交。是基因診斷最基本的技術(shù)之一。第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Medicaldiagnostics(asDNAprobesandPCRfordetectHIVofAIDS)（2）基因診斷的PCR法第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Forensic

diagnosticsMid-1980s:TheColinPitchforkCaseTwoyoungwomenrapedandmurderedinNarborough,England5,000localmenareaskedtoprovideblood/salivasamples.1stexonerationandconvictiononforensicDNAevidence第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）基因診斷探針核酸分子探針是指特定的已知核酸片段，能與互補(bǔ)核酸序列退火雜交，用于對(duì)待測(cè)核酸樣品中特定基因順序的探測(cè)。也是滿足：（1）必須是單鏈，（2）帶有容易被檢測(cè)出來(lái)的標(biāo)記物。（4）基因診斷—生物芯片技術(shù)從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜；從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜通過(guò)比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。基因芯片診斷技術(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)。

第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Genechip第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Microarraytechnology第12頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、基因治療1．定義基因治療即利用基因工程技術(shù)治療人類遺傳性疾病。正常的人類基因可以克隆并引入遺傳病患者的體細(xì)胞，以替代、修復(fù)或糾正有缺陷的基因。通常使用一種反轉(zhuǎn)錄病毒作為基因治療的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，重組載體可以感染人的組織和細(xì)胞，但不自我復(fù)制。第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.“基因病”概念：

1．定義基因相關(guān)論：所有疾病都與人類基因有關(guān)；基因修飾論：所有藥物都是通過(guò)修飾基因本身結(jié)構(gòu)、改變基因的表達(dá)調(diào)控、影響基因產(chǎn)物的功能而起作用的；基因的外調(diào)性；基因的多態(tài)性。人類疾病相關(guān)的基因是人類基因組中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。單基因?。?定位克隆"和"定位候選克隆"的全新思路，導(dǎo)致了亨廷頓舞蹈病、遺傳性結(jié)腸癌和乳腺癌等一大批單基因遺傳病致病基因的發(fā)現(xiàn)，為這些疾病的基因診斷和基因治療奠定了基礎(chǔ)。多基因疾?。盒难芗膊　⒛[瘤、糖尿病、神經(jīng)精神類疾?。ɡ夏晷园V呆、精神分裂癥）、自身免疫性疾病，是目前疾病基因研究的重點(diǎn)。健康相關(guān)研究是人類基因組計(jì)劃的重要組成部分，并于1997年相繼提出了："腫瘤基因組解剖計(jì)劃"、“環(huán)境基因組學(xué)計(jì)劃"。第14頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Genetherapy1990年9月14日，安德森對(duì)一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進(jìn)行基因治療。這個(gè)4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，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，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個(gè)月內(nèi)她又接受了7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，能夠走出隔離帳，過(guò)上了正常人的生活，并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四取患者骨髓分離干細(xì)胞病毒正?；?qū)胝；虻母杉?xì)胞注入患者體內(nèi)第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

利用基因工程菌生產(chǎn)生化藥物。目前已規(guī)模生產(chǎn)的有：胰島素、生長(zhǎng)激素、干擾素、乙肝疫苗等。生產(chǎn)1克胰島素450頭豬胰臟傳統(tǒng)工藝基因工程菌20L發(fā)酵液1200L人血干擾素的量1L發(fā)酵液第四節(jié)基因工程藥物及應(yīng)用

第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四SSSSSSDisulphidelinkB-chainA-chainBAA-chainpurifiedfromLactose-inducedcultureB-chainpurifiedfromseparatecultureAandBchainscombinedtogivefunctionalinsulinBantingandBestDevelopedtheuseofinsulintherapyin1921Humulin,recombinantDNAproduct,EliLillyCompanyinthelate1970sandearly1980sDiabetesmellitus(DM):Pancreasfailingtoproduceadequateamountsofthehormoneinsulin.

第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四傳統(tǒng)疫苗的種類有哪些？傳統(tǒng)疫苗包括滅活疫苗、減毒疫苗和亞單位疫苗。滅活疫苗是用致病的微生物或其代謝產(chǎn)物，接種到動(dòng)物、雞胚、組織或細(xì)胞培養(yǎng)物中，經(jīng)生長(zhǎng)繁殖后，用化學(xué)（丙酮、甲醛、酚等）或物理（加熱、紫外線照射）等方法將病原體殺死的疫苗，因此，又稱為“死”疫苗。減毒疫苗是通過(guò)適當(dāng)方法，以降低毒性或無(wú)毒的全病原體為抗原的疫苗。天然微生物的某些成分的亞單位作為疫苗的，稱為亞單位疫苗。recombinantvaccine

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基因工程疫苗還包括基因亞單位疫苗、基因工程載體疫苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗和抗獨(dú)特型抗體疫苗。根據(jù)它們的基本特征，也可分為活疫苗和滅活疫苗兩大類。利用基因工程技術(shù)制成的疫苗稱為基因工程亞單位疫苗，可歸為滅活疫苗。例如，乙型肝炎抗體疫苗，就是將乙肝抗原基因轉(zhuǎn)入酵母或動(dòng)物細(xì)胞，通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)大量生產(chǎn)乙肝抗原，該抗原作為基因工程疫苗用于乙型肝炎預(yù)防。人們甚至將乙肝抗原基因轉(zhuǎn)到西紅柿中，經(jīng)栽培，獲得轉(zhuǎn)乙肝抗原基因西紅柿，食用后可預(yù)防乙肝。第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四乙肝疫苗第一代乙肝疫苗，屬血源疫苗，由無(wú)癥狀乙型肝炎表面抗原陽(yáng)性者的血漿制備而得。血源疫苗曾對(duì)防止乙肝流行發(fā)揮了重要作用，但是，疫苗的成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)(65周)，還存在傳播艾滋病和肝炎的潛在危險(xiǎn)。第二代乙肝疫苗，將編碼乙型肝炎表面抗原的基因在哺乳動(dòng)物細(xì)胞或酵母菌中高效表達(dá)，得到乙肝基因工程疫苗，接種者中約有10%不產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng)；另有5%～15%接種者屬低應(yīng)答者，低應(yīng)答者不能獲得完全保護(hù)作用。第三代乙肝疫苗，乙肝病毒包膜的抗原性主要由S抗原和前S1、前S2抗原組成組成，美國(guó)Medeva制藥公司利用基因重組技術(shù)，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞成功地表達(dá)了包含S抗原和前S1、前S2抗原的第三代重組疫苗，1998年用于臨床，能誘導(dǎo)更高的血清陽(yáng)轉(zhuǎn)率和抗體應(yīng)答反應(yīng)。第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四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)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基因工程藥物干擾素生產(chǎn)車間第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基因工程試劑的高回報(bào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子231元/ug紅細(xì)胞生成素1072元/ug白細(xì)胞介素-2410元/ug巨細(xì)胞粒細(xì)胞集落刺激因子1960元/ug胰島素10.2元/mg第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

二、蛋白質(zhì)工程的理論設(shè)計(jì)

指通過(guò)改造與蛋白質(zhì)相應(yīng)的基因中的堿基順序，或設(shè)計(jì)合成新的基因，將它克隆至受體細(xì)胞中，通過(guò)基因表達(dá)而獲得具有新的特性的蛋白質(zhì)（酶）技術(shù)。這是一門從改變基因入手，定做新的蛋白質(zhì)的技術(shù)。故有人將其稱為“第二代基因工程”。

1983年，美國(guó)生物學(xué)家額爾默首先提出了“蛋白質(zhì)工程”的概念。第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四不同動(dòng)物胰島素在A鏈中的差異

羧基端蛋白質(zhì)工程的理論設(shè)計(jì)：包括活性設(shè)計(jì)、專一性設(shè)計(jì)、框架（構(gòu)象）設(shè)計(jì)等。由于對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系認(rèn)識(shí)還不系統(tǒng)，目前的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)僅僅是對(duì)天然蛋白質(zhì)的修飾。如：異常血紅蛋白的氨基酸取代，去羧基端胰島素等。第26頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)基因結(jié)構(gòu)基因終止基因連接酶完整基因⑴基因的全化學(xué)合成按照所需蛋白質(zhì)的氨基酸順序，先后合成結(jié)構(gòu)基因、轉(zhuǎn)錄的起始信號(hào)及終止信號(hào)、限制酶切位點(diǎn)等核酸片段，然后用連接酶將各片段連接起來(lái)，通過(guò)基因工程轉(zhuǎn)移到細(xì)菌中進(jìn)行目標(biāo)蛋白質(zhì)的表達(dá)。目前用此法已合成了：人血細(xì)胞干擾素、胰島素、生長(zhǎng)激素釋放抑制激素等基因。第27頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期四⑵基因直接修飾法