基因工程的應(yīng)用

轉(zhuǎn)基因生物是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源基因培育出的能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。運(yùn)用基因工程改良動植物品種，最突出的優(yōu)點(diǎn)是能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限?；蚬こ淌股镏g的遺傳物質(zhì)相互重組和轉(zhuǎn)移成為可能，在農(nóng)、林、漁、醫(yī)療和環(huán)境等產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景十分廣闊。轉(zhuǎn)基因生物：一、植物基因工程碩果累累植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力，如：抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等，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、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物2、抗病轉(zhuǎn)基因植物3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)抗逆轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物：目前，已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物主要有水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花和白花三葉草等。①Bt毒蛋白基因②蛋白酶抑制劑基因③淀粉酶抑制劑基因④植物凝集素基因轉(zhuǎn)基因植物的抗蟲基因Bt毒蛋白基因是從蘇云金芽孢桿菌中分離出來的抗蟲基因。當(dāng)害蟲食用含有轉(zhuǎn)基因的植物時(shí)，Bt基因編碼的蛋白質(zhì)會進(jìn)入害蟲的腸道，在消化酶的作用下，蛋白質(zhì)能夠降解成相對分子質(zhì)量比較小的、有毒的多肽。多肽結(jié)合在腸道上皮細(xì)胞的特異性受體上，會導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞腫脹裂解，最后造成害蟲死亡。由于Bt毒蛋白對哺乳動物無毒害作用，因而廣泛用于抗蟲轉(zhuǎn)基因植物。①Bt毒蛋白基因：抗蟲棉葉子正常棉葉子蛋白酶抑制劑基因廣泛存在于植物中，它產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲消化道中的蛋白酶結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻斷或降低蛋白酶的活性，使蟲子不能正常消化食物中的蛋白質(zhì)。這種復(fù)合物還能刺激昆蟲分泌過量的消化酶，引起害蟲的厭食反應(yīng)。②蛋白酶抑制劑基因：淀粉酶抑制劑基因產(chǎn)生的淀粉酶抑制劑可以抑制昆蟲消化道中的淀粉酶活性，使害蟲不能消化所攝取的淀粉，從而阻斷害蟲的能量來源。③淀粉酶抑制劑基因：

植物凝集素基因控制植物合成一種糖蛋白，這種糖蛋白可與昆蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，從而影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。④植物凝集素基因：2、抗病轉(zhuǎn)基因植物：引起植物生病的微生物稱為病原微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌等。目前，人們已獲得抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草和抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等多種作物?？拐婢霓D(zhuǎn)基因抗病毒的轉(zhuǎn)基因病毒外殼蛋白基因病毒的復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因抗病毒轉(zhuǎn)基因西葫蘆抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物：環(huán)境條件對農(nóng)作物的生產(chǎn)會造成很大影響。例如，鹽堿、干旱、低溫、澇害等不利的環(huán)境條件，是造成低產(chǎn)、減產(chǎn)的常見因素。①培育抗鹽堿和抗干旱植物：利用可以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因②培育抗寒農(nóng)作物：轉(zhuǎn)魚的抗凍蛋白基因③培育抗除草劑農(nóng)作物：利用抗除草劑基因耐寒、耐旱轉(zhuǎn)基因水稻4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)：科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某些關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。（富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩字校颗；ǎɡ然ǎ?dǎo)入與植物花青素代謝有關(guān)的基因，形成轉(zhuǎn)基因矮牽牛，轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色的變異，提高了花卉的觀賞價(jià)值。矮牽牛（轉(zhuǎn)基因的牽?；ǎ┧{(lán)色妖姬二、動物基因工程前景廣闊轉(zhuǎn)基因動物：是指把人或哺乳動物的某種基因?qū)氲讲溉閯游铮ㄈ缡蟆⑼?、羊和豬）的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體上的DNA整合，細(xì)胞分裂時(shí)，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細(xì)胞中都帶有目的基因，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。這樣一種新的個體，稱為轉(zhuǎn)基因動物。1、用于提高動物生長速度：動物基因工程技術(shù)可以提高動物的生長速率。由于外源生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，因此，科學(xué)家們將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。轉(zhuǎn)生長激素基因的魚轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級小鼠”2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：動物基因工程技術(shù)的另一個重要作用是改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。例如，有些人食用牛奶后，對牛奶中的乳糖不能完全消化；也有些人食用牛奶后會出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀?？茖W(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，便獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。3、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物：乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：乳腺生物反應(yīng)器是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。①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。①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)。思考：為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？②從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，質(zhì)量好，成本低，易提取。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(shí)，轉(zhuǎn)基因動物又可不斷繁殖。①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乳腺蛋白基因的啟動子）③顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中；④形成早期胚胎；⑤將胚胎送入母體動物子宮內(nèi)；⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。（只有在產(chǎn)下的雌性個體的乳腺細(xì)胞中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)，其他的細(xì)胞雖然也有該基因，但不表達(dá)）思考：用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？4、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體：

左圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動物器官提供巨大的幫助。導(dǎo)入人基因的豬小豬免疫排斥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。供體動物：存在的難題：解決方法：因?yàn)樨i的內(nèi)臟結(jié)構(gòu)、大小、血管分布與人極為相似，而且豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物。三、基因工程藥物異軍突起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。利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物：1、利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。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。胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。1979年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價(jià)降低了30%－50%。基因工程藥品——胰島素

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。基因工程藥品——

生長激素干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。由于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。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980~1982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)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。基因工程藥品

——干擾素四、基因治療曙光初照1、基因治療：2、舉例：把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。但是由于尚未全面了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病的分子機(jī)理，基因治療尚處于初期的臨床試驗(yàn)階段。復(fù)合型免疫缺陷癥體外基因治療：體內(nèi)基因治療：3、基因治療的形式：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)。直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。（1）正?；颉Ｓ靡匀〈毕莼?，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物來彌補(bǔ)病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。（3）自殺基因。編碼可殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因。（2）反義基因。用mRNA分子與病變的mRNA分子進(jìn)行互補(bǔ)，阻斷蛋白質(zhì)的合成。4、用于基因治療的基因種類：植物基因工程動物基因工程基因工程的應(yīng)用抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物改良植