1.3基因工程的應(yīng)用74561

基因工程的應(yīng)用專題１基因工程

1.3基因工程的應(yīng)用74561

基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，在短短的30年間，得到了飛速的發(fā)展，目前已成為生物科學(xué)的核心技術(shù)。基因工程在實際應(yīng)用領(lǐng)域——農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源和醫(yī)藥衛(wèi)生等方面，也展示出美好的前景。1.3基因工程的應(yīng)用74561（一）植物基因工程（二）動物基因工程（三）基因工程藥物（四）基因工程藥物異軍突起（五）基因芯片1.3基因工程的應(yīng)用74561一、植物基因工程碩果累累轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面.1.3基因工程的應(yīng)用745611、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物的培育植物害蟲：主要是昆蟲類抗蟲基因：

Bt毒蛋白、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因抗蟲轉(zhuǎn)基因植物：水稻、棉花、玉米、馬鈴薯、大豆、煙草等意義：減少化學(xué)農(nóng)藥使用，降低對環(huán)境的污染，節(jié)約成本1.3基因工程的應(yīng)用745612、抗病轉(zhuǎn)基因植物引起植物生病的微生物：病毒、細(xì)菌、真菌抗病基因病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因抗病轉(zhuǎn)基因植物：甜椒、小麥等（這些基因的轉(zhuǎn)化植物表現(xiàn)出對同種病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性

）1.3基因工程的應(yīng)用74561拓展：在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關(guān)于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導(dǎo)入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。1.3基因工程的應(yīng)用745613、抗逆轉(zhuǎn)基因植物植物生長的不利環(huán)境（逆境）：干旱、鹽堿、低溫、澇害等植物抗逆基因：調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因等抗逆轉(zhuǎn)基因植物：大豆、玉米、番茄、煙草等1.3基因工程的應(yīng)用745614、利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)①玉米中缺少賴氨酸，改良方法為：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参锔淖儽匦璋被岷铣赏緩街心撤N關(guān)鍵酶的活性②轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？控制番茄果實成熟的基因③轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么？與植物花青素代謝有關(guān)的基因1.3基因工程的應(yīng)用74561異想天開：發(fā)光樹能做路燈嗎？發(fā)光基因：指導(dǎo)合成熒光素和熒光素酶的基因1.3基因工程的應(yīng)用74561總結(jié)：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量。如“轉(zhuǎn)基因高賴氨酸玉米”植株。2）抗逆性品種將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。1.3基因工程的應(yīng)用74561二、動物基因工程前景廣闊（一）用于提高動物生長速度——動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等導(dǎo)入外源生長激素基因1.3基因工程的應(yīng)用74561（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)舉例說明將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。（三）用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物設(shè)問:就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場所是哪里？轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。1.3基因工程的應(yīng)用745611）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。

2）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)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。

3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？1.3基因工程的應(yīng)用74561將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。乳腺生物反應(yīng)器乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。1.3基因工程的應(yīng)用74561①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子）③顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？1.3基因工程的應(yīng)用74561（四）用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬的器官進(jìn)行改造方法：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官1.3基因工程的應(yīng)用74561三、基因工程藥品異軍突起利用轉(zhuǎn)基因工程菌來生產(chǎn)細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等等。1.3基因工程的應(yīng)用74561在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提?。克幤分苯訌纳锏慕M織、細(xì)胞或血液中提取。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點由于受原料來源的限制，價格十分昂貴?？衫檬裁捶椒▉斫鉀Q上述問題？

利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。1.3基因工程的應(yīng)用74561胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。胰島素分子結(jié)構(gòu)基因工程胰島素（一）1.3基因工程的應(yīng)用74561將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!胰島素生產(chǎn)車間基因工程胰島素（一）1.3基因工程的應(yīng)用74561基因工程干擾素（一）干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產(chǎn)車間干擾素分子結(jié)構(gòu)1.3基因工程的應(yīng)用74561基因工程干擾素(二）基因工程人干擾素α-2b（安達(dá)芬）是我國第一個全國產(chǎn)化基因工程人干擾素α-2b，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種腫瘤的治療，是當(dāng)前國際公認(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。1.3基因工程的應(yīng)用74561

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰L激素1.3基因工程的應(yīng)用74561其它基因工程藥物人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(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)1.3基因工程的應(yīng)用74561熱點論壇利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?

所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。1.3基因工程的應(yīng)用74561轉(zhuǎn)基因工程菌的其它應(yīng)用利用轉(zhuǎn)基因微生物分解和降解污染物。1）用基因工程產(chǎn)物——“超級細(xì)菌”分解石油，可以大大提高細(xì)菌分解石油的效率。具體方法：將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細(xì)菌”。2）用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌。3）通過基因重組構(gòu)建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。1.3基因工程的應(yīng)用74561基因診斷：

也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進(jìn)行診斷。探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子；原理：利用DNA分子雜交原理；四、基因治療曙光初照1.3基因工程的應(yīng)用74561基因探針：

基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。1.3基因工程的應(yīng)用74561基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？

在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷。1）β—珠蛋白的DNA探針→鐮刀狀細(xì)胞貧血癥

2）苯丙氨酸羧化酶基因探針→苯丙酮尿癥

3）白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因制備的DNA探針→白血病舉例1.3基因工程的應(yīng)用745611、基因治療概念：

向有基因缺陷細(xì)胞(靶細(xì)胞)或組織中引入外源基因DNA或RNA片段,以糾正或補償基因的缺陷,關(guān)閉或抑制異常表達(dá)的基因,從而達(dá)到治療的目的2、實例：

將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。(1)對嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療患者生存在無菌環(huán)境中1.3基因工程的應(yīng)用745613、基因治療的類型體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移的治病方法。（如將治療囊性纖維病的正常基因轉(zhuǎn)入患者肺組織）4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段1.3基因工程的應(yīng)用74561基因治療SCID的過程體外基因治療1.3基因工程的應(yīng)用74561體內(nèi)基因治療1.3基因工程的應(yīng)用74561用于基因治療的基因種類1。用正?；虼嫒毕莼?，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物來彌補病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。2。反義基因。用mRNA分子與病變的mRNA分子進(jìn)行互補，阻斷蛋白質(zhì)的合成。3。自殺基因。編碼可殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因。1.3基因工程的應(yīng)用74561將目的DNA用自動化設(shè)備點在固體支持物上，DNA經(jīng)固定后，用不同顏色的熒光標(biāo)記的探針對這些DNA同時進(jìn)行雜交。五、基因芯片1.3基因工程的應(yīng)用74561基本原理：DNA分子雜交應(yīng)用：研究基因型（利用基因芯片進(jìn)行序列分析，包括識別DNA序列的突變和研究基因的多態(tài)性）；分析基因表達(dá)（利用基因芯片檢測轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,研究基因功能）;基因診斷(針對靶基因而特別設(shè)計,利用分子雜交進(jìn)行特定基因的確定)優(yōu)點：實現(xiàn)基因信息的大規(guī)模檢測1.3基因工程的應(yīng)用74561基因工程與食品業(yè)基因工程為人類開辟新的食物來源。

1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達(dá)獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產(chǎn)人類所需要的卵清蛋白。

2）用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產(chǎn)品。基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？1.3基因工程的應(yīng)用74561基因工程與環(huán)境監(jiān)測（一）基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來1.3基因工程的應(yīng)用74561基因工程與環(huán)境監(jiān)測（二）利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)