基因工程應(yīng)用課件+-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

3.3基因工程的應(yīng)用抗病毒基因魚類的抗凍蛋白基因螢火蟲的熒光基因烏龜?shù)拈L壽基因人類胰島素的合成基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)合成基因植物花青素（花色）代謝有關(guān)的基因根據(jù)基因工程的原理我們可以利用下面這些基因培育什么樣的個體呢？受體細胞=導(dǎo)入？腦洞大開基因工程自20世紀70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，展示出廣闊的前景。1.農(nóng)牧業(yè)2.醫(yī)藥衛(wèi)生3.食品工業(yè)基因工程的應(yīng)用1996—2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積變化全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積/（×106hm2）189.81.7全世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積呈增加趨勢100多倍1996年1.7×106hm22017年1.898×108hm2一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因作物的種植使施用化學(xué)殺蟲劑量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟收益近1.3萬億元。化學(xué)殺蟲劑使用不斷下降美國轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的國家，轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米的種植面積比例都超過了90%。2017年，我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改善產(chǎn)品的品質(zhì)一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1、轉(zhuǎn)基因抗蟲植物方法：從某些生物中分離出抗蟲基因?qū)胱魑?，使之具有抗蟲性狀。成果：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。Bt毒蛋白基因淀粉酶抑制劑基因蛋白酶抑制劑基因植物凝集素基因阻斷或降低蛋白酶的活性，使害蟲不能正常消化食物，還會引起厭食反應(yīng)。導(dǎo)致細胞膜穿孔，細胞腫脹裂解。產(chǎn)生的抑制劑可與害蟲消化道內(nèi)的淀粉酶結(jié)合。可與害蟲腸道黏膜上的某種物質(zhì)結(jié)合，影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。主要的抗蟲基因轉(zhuǎn)基因抗蟲植物和普通植物相比有哪些優(yōu)點？優(yōu)點：減少因化學(xué)農(nóng)藥的使用而造成的環(huán)境污染和對人類健康的損害、

降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用2、轉(zhuǎn)基因抗病植物方法：將源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胱魑?，培育出抗病作物。成果：抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒轉(zhuǎn)基因番木瓜抗病基因：抗病毒的目的基因病毒外殼蛋白基因病毒復(fù)制酶基因抗真菌的目的基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因花葉病一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用3、轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物方法：將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，培育出抗除草劑的作物品種。成果：轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米/大豆/油菜/甜菜施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田種植轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的農(nóng)田一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用4、改良植物的品質(zhì)營養(yǎng)價值觀賞價值提高方法：必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏袑嵗焊哔嚢彼嵊衩追椒ǎ簩⒅参锘ㄇ嗨卮x相關(guān)的基因?qū)胫参镏袑嵗恨D(zhuǎn)基因矮牽?？拱┛顾ダ系淖仙骷t柿轉(zhuǎn)基因矮牽牛高賴氨酸玉米轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米轉(zhuǎn)基因藍玫瑰其他轉(zhuǎn)基因抗逆植物抗鹽堿、抗干旱轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄抗逆性基因：調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因（提高作物抗鹽堿、抗干旱）；魚的抗凍蛋白基因；抗除草劑基因施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米2015年11月，美國食品和藥物管理局批準一種生長速度快的轉(zhuǎn)基因三文魚用于人類消費，這是全球第一種獲準上市供人類食用的轉(zhuǎn)基因動物。基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用價值動物基因工程顯示出誘人的應(yīng)用前景一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用5、提高動物的生長速率方法：將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)成果：轉(zhuǎn)基因鯉魚轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級小鼠”

一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用6、改善產(chǎn)品的品質(zhì)方法：將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，成果：大大降低牛奶中乳糖含量，解決乳糖不耐受問題轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1、對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物藥物類型：細胞因子（干擾素、白細胞介素等）、抗體、疫苗和激素（胰島素、生長激素等）應(yīng)用：可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關(guān)節(jié)炎等。實例：我國：重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子在傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類藥物生產(chǎn)中，是直接從生物的組織、細胞或血液中提取而來的，因為受到原料來源的限制，產(chǎn)量低，價格貴，遠不能滿足患者的需求。思考：1.為什么要對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產(chǎn)藥物？

通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取20—40mg干擾素干擾素

干擾素治療病毒感染是“萬能靈藥”！過去從人血提取，300L血才提取1mg！“珍貴”程度自不用多說。人干擾素α-2b（安達芬）第一個基因工程藥物胰島素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！使其價格降低了30%-50%!

胰島素從豬、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。思考：干擾素生產(chǎn)的操作流程？不能直接利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)干擾素/胰島素。因為大腸桿菌屬于細菌，細菌中只有核糖體這一種細胞器，沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等其他細胞器，不能加工形成有活性的干擾素/胰島素。干擾素基因質(zhì)粒重組質(zhì)粒大腸桿菌或酵母菌可大量生產(chǎn)干擾素的大腸桿菌或酵母菌構(gòu)建導(dǎo)入培養(yǎng)思考：能直接利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)干擾素/胰島素嗎？為什么？思考：與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的干擾素有什么優(yōu)勢？酵母菌為真核生物，有生物膜系統(tǒng)，可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體對產(chǎn)生的干擾素進行加工和修飾，從而產(chǎn)生有活性的干擾素。大腸桿菌酵母菌①干擾素Ⅰ.干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。注意：抗生素（抗細菌藥物）≠干擾素（抗病毒藥物）基因工程肝炎疫苗重組人生長激素基因工程藥品------其他人造血液

生長激素、乙肝疫苗、人造血液干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？糖蛋白干擾病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等從人血液中的白細胞內(nèi)提取用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得重組人干擾素α-1b主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等復(fù)習干擾素的作用機理是怎樣的？干擾素用于哪些疾病的治療？傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？我國批準生產(chǎn)的第一個基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾?。慷?、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用2、讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物實例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器培育過程：藥用蛋白基因乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物胚胎移植我的奶不是一般的奶！早期胚胎培養(yǎng)早期胚胎思考：藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的哪些細胞中？培育乳腺生物反應(yīng)器時為什么要選用乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？藥用蛋白基因幾乎存在于轉(zhuǎn)基因動物的所有細胞中。目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中表達。成果：在牛、山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α－抗胰蛋白酶等醫(yī)藥產(chǎn)品。乳腺生物反應(yīng)器優(yōu)點Ⅰ.乳腺組織有全面的蛋白質(zhì)修飾和加工能力，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)量好、更穩(wěn)定Ⅱ.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對容易Ⅲ.生產(chǎn)成本低。Ⅳ.制備乳腺反應(yīng)器的方法成熟不足A.動物泌乳期有間隔B.有些蛋白不能在乳腺里表達C.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢有哪些？乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)抗凝血酶、血清白蛋白、ɑ-抗胰蛋白酶等二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3、用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體器官移植難題：器官短缺解決途徑：尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題豬的優(yōu)點：豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物最大難題：免疫排斥器官改造方法：在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，抑制抗原決定基因的表達，或設(shè)法除去抗原決定基因，結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3、用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體2022年1月7日，馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院進行了世界首例活人成功植入基因編輯豬心臟的手術(shù)，57歲的心臟病患者大衛(wèi)·貝內(nèi)特（DavidBennett）接受了一顆經(jīng)過基因編輯的豬心臟以挽救生命。2022年3月8日，大衛(wèi)·貝內(nèi)特因病情惡化而不幸去世，這顆豬心臟讓他延長了2個月壽命。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1、基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。利用基因工程菌除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。2、應(yīng)用：食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等應(yīng)用：奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶制備方法：一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。實例——阿斯巴甜實例——凝乳酶傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的黏膜取出來提取。基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。應(yīng)用：制備方法：加工轉(zhuǎn)化糖漿需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)優(yōu)點：實例——淀粉酶、脂酶基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來1、環(huán)境監(jiān)測：四、基因工程在其他方面的應(yīng)用2、凈化污染的環(huán)境：有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。基因工程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“超級細菌”。四、基因工程在其他方面的應(yīng)用生物乙醇生物柴油植物淀粉/纖維素提取可發(fā)酵糖糖化微生物乙醇發(fā)酵微生物淀粉酶生物乙醇的生產(chǎn)流程基因工程改造思路：A.改造植物B.改造微生物3、生產(chǎn)清潔能源：四、基因工程在其他方面的應(yīng)用4、基因治療：

把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。（把特定的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，從而達到治療疾病的目的）2、實例：(1)對復(fù)合型免疫