動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)

22動物細胞工程221動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)怎樣才能獲得大量的自體健康皮膚？許多動物的細胞能夠分泌蛋白質(zhì)。但是，單個細胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)量是很少的，怎樣才能獲得大量的分泌蛋白？一、動物細胞培養(yǎng)技術(shù)動物細胞培養(yǎng)：就是從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。閱讀教材P44~45頁，了解動物細胞培養(yǎng)的過程。（一）動物細胞培養(yǎng)的過程原代培養(yǎng)：動物組織細胞的初次培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)：隨著細胞的生長和增殖，培養(yǎng)瓶中的細胞越來越多，需要定期地用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫落下來，配制成細胞懸浮液，分裝到兩個或多個培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，這稱為傳代培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)的細胞一般傳至10代后就不易傳下去了。一般來說，細胞在傳至10~50代左右時，增殖會逐漸緩慢，以至于完全停止，這時部分細胞的細胞核型可能會發(fā)生變化。當繼續(xù)傳代培養(yǎng)時，少部分細胞會克服細胞壽命的自然極限，獲得不死性，這些細胞已經(jīng)發(fā)生了突變，正在朝著等同于癌細胞的方向發(fā)展。有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去，這種傳代細胞稱為細胞系。目前使用的或冷凍保存的正常細胞通常為10代以內(nèi)，以保持細胞正常的二倍體型。思考題：1進行動物細胞傳代培養(yǎng)時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環(huán)境pH為72～84。多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為72～74，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養(yǎng)時的消化。2、胰蛋白酶真的不會把細胞消化掉嗎？為什么？胰蛋白酶除了可以消化細胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細胞膜蛋白，對細胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。討論：多細胞動物和人體的細胞都生活在內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)你所學的內(nèi)環(huán)境的知識以及閱讀教材P46內(nèi)容，思考并討論以下問題：1、體外培養(yǎng)細胞時需要提供哪些物質(zhì)？2、體外培養(yǎng)細胞需要什么樣的環(huán)境條件？1、體外培養(yǎng)細胞時需要提供哪些物質(zhì)？細胞體外培養(yǎng)所需營養(yǎng)物質(zhì)與體內(nèi)基本相同，需要有糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。合成培養(yǎng)基：將細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按其種類和所需數(shù)量嚴格配制而成的培養(yǎng)基。由于人們對細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)還沒有完全搞清楚，因此，在使用合成培養(yǎng)基時，通常需加入血清、血漿等一些天然成分。（二）動物細胞培養(yǎng)的條件思考題：為什么對動物細胞進行培養(yǎng)時通常要添加血清？血清中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質(zhì)主要為白蛋白和球蛋白。氨基酸有多種，是細胞合成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有些氨基酸動物細胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養(yǎng)液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、類胰島素生長因子等）；血清還含有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質(zhì)，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養(yǎng)時，要保證細胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%～20%的血清。2、體外培養(yǎng)細胞需要什么樣的環(huán)境條件？無菌、無毒的環(huán)境：對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行無菌處理；在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中污染；定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物，防止細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害。溫度和PH值：細胞體外培養(yǎng)的適宜溫度一般與動物的體溫相近，哺乳動物多以365±05℃為宜。多數(shù)細胞生存的適宜PH值為72~74。氣體環(huán)境：細胞培養(yǎng)的氣體主要有氧氣和二氧化碳。氧氣是細胞代謝所必需，二氧化碳的主要作用是維持培養(yǎng)液的PH值。（三）動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的應用1、大規(guī)模生產(chǎn)有重要價值的生物制品。如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。2、為基因工程技術(shù)提供受體細胞。3、用培養(yǎng)的動物細胞檢驗有毒物質(zhì)，判斷某種物質(zhì)的毒性。4、培養(yǎng)正?；蚋鞣N病變細胞，用于勝利、病理、藥理等方面的研究。1二、動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物閱讀教材：思考以下問題。1、目前，是否能象植物組織培養(yǎng)技術(shù)一樣將高產(chǎn)奶牛的一個體細胞培育成一頭高產(chǎn)奶牛？為什么？2、什么是動物核移植技術(shù)？什么動物叫克隆動物？3、哺乳動物核移植包括哪幾類？哪種最難實現(xiàn)？1、目前，是否能象植物組織培養(yǎng)技術(shù)一樣將高產(chǎn)奶牛的一個體細胞培育成一頭高產(chǎn)奶牛？為什么？不能。動物細胞的全能性會隨著動物細胞分化程度的提高而逐漸受到限制，分化潛能逐漸變?nèi)酢?、什么是動物核移植技術(shù)？什么動物叫克隆動物？動物核移植是將動物的一個細胞的細胞核，移入到一個已經(jīng)去掉細胞核的卵母細胞中，使其重組并發(fā)育成一個新的胚胎，這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體。用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物。3、哺乳動物核移植包括哪幾類？哪種最難實現(xiàn)？胚胎細胞核移植和體細胞核移植；體細胞核移植最難實現(xiàn)。（一）體細胞核移植的過程討論：1在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的遺傳物質(zhì)去掉或?qū)⑵淦茐摹?用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細胞，想一想，這是為什么？培養(yǎng)的動物細胞一般當傳代至10～50代左右時，部分細胞核型可能會發(fā)生變化，其細胞遺傳物質(zhì)可能會發(fā)生突變，而10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎，通常采用傳代10代以內(nèi)的細胞。3你認為用上述體細胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復制。此外，即便動物的遺傳基礎完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環(huán)境有很大關(guān)系，核供體動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其形成的行為、習性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100%的復制。（二）體細胞核移植技術(shù)的應用前景閱讀教材，思考以下問題。1、體細胞核移植技術(shù)主要應用在哪幾個方面？2、體細胞核移植技術(shù)在畜牧業(yè)生產(chǎn)中有何應用？3、體細胞核移植技術(shù)在動物保護方面有何應用？4、體細胞核移植技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域有何應用？1、體細胞核移植技術(shù)主要應用在哪幾個方面？在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生，以及其他領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。2、體細胞核移植技術(shù)在畜牧業(yè)生產(chǎn)中有何應用？利用體細胞克隆技術(shù)可以加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群的繁育。3、體細胞核移植技術(shù)在動物保護方面有何應用？可望利用體細胞核移植技術(shù)增加瀕危動物的存活數(shù)量。4、體細胞核移植技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域有何應用？轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白。轉(zhuǎn)基因克隆動物細胞、組織和器官可以作為異種移植的供體。人的核移植胚胎干細胞經(jīng)過誘導分化，形成相應的組織、器官后，可以用于組織器官的移植。研究克隆動物和克隆細胞可使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程。用克隆動物做疾病模型，能使人們更好的追蹤研究疾病的發(fā)展過程和治療疾病。（三）體細胞核移植技術(shù)存在的問題1、利用體細胞核移植克隆動物成功率仍然很低，產(chǎn)下的活克隆動物占移植克隆胚胎的比率平均不到10%2、克隆技術(shù)的各個環(huán)節(jié)有待進一步改進。3、絕大多數(shù)克隆動物存在健康問題，許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷、免疫失調(diào)等。4、對克隆動物食品的安全性問題也存在爭議。思考與探究：1幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養(yǎng)？思考一下，這是什么道理？細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關(guān)系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養(yǎng)。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養(yǎng)。2動物細胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？為什么？脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只毎匦缘倪^程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發(fā)育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發(fā)育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物細胞培養(yǎng)主要用于農(nóng)林生產(chǎn)中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養(yǎng)有各種用途，一般而言，動物細胞培養(yǎng)不需經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養(yǎng)時的脫分化過程了。要想使培養(yǎng)的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。31997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產(chǎn)奶量為308t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4t。（1）能利用體細胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達嗎？請說明理由?？梢杂皿w細胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達。盧辛達的產(chǎn)奶量很高，說明它有高產(chǎn)奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質(zhì)基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產(chǎn)的遺傳基礎，如果精心培育和飼養(yǎng)，有可能在世界范圍內(nèi)推廣，克隆牛再與高產(chǎn)的公牛自然繁殖，可得到很多高產(chǎn)的后代，從而加快奶牛改良進程。但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數(shù)量不宜過多，尤其是在小范圍內(nèi)不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現(xiàn)近親繁殖而引起種質(zhì)衰退。（2）如果將克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克隆？首先從