講課——基因工程的應(yīng)用.ppt

1、1.什么是基因工程? 2.培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的主要步驟需要哪些工具？,3.培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的基本過程？,復(fù)習(xí)：,抗蟲棉,普通棉花 抗蟲棉,能發(fā)熒光的轉(zhuǎn)基因豬,基因工程的應(yīng)用,專題基因工程,一、植物基因工程碩果累累,植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?,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） 改良農(nóng)作物的品質(zhì) 利用植物生產(chǎn)藥物等方面.,(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,1.蟲害給農(nóng)作物帶來了哪些影響? 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何 防治害蟲? 有哪些不足?,2.如何獲得抗蟲植物？現(xiàn)在有哪些抗蟲植物問世?,3. 抗蟲基因有哪些？,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、 淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等,1

2、.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?對哺乳動物有害嗎？ 2.將抗蟲基因?qū)胫参锛?xì)胞中用的最多的方法是什么？我國的科學(xué)家將抗蟲基因?qū)朊藁ㄓ昧耸裁椽殑?chuàng)的方法?,思考： 1.細(xì)菌的基因之所以能“嫁接”到棉花細(xì)胞內(nèi)，原因是什么？,組成細(xì)菌和棉花的DNA分子的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成相同,2.利用基因工程培育抗蟲棉，與誘變育種和雜交育種相比，有什么優(yōu)點？是屬于哪種變異？ 3.抗蟲棉能抗病嗎？,（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物,1.什么是病原微生物？有哪些種類？,引起生物生病的微生物， 主要有病毒、真菌和細(xì)菌等,2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？,4.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因？,幾丁質(zhì)酶基因

3、抗毒素合成基因,3.在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外殼蛋白基因； 病毒的復(fù)制酶基因,（三）抗逆轉(zhuǎn)基因植物,1.哪些環(huán)境條件會造成農(nóng)作物低產(chǎn)、減產(chǎn)？,鹽堿、干旱、低溫和澇害等,2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？,與細(xì)胞內(nèi)的滲透壓有關(guān),3.在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？,調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因,4.轉(zhuǎn)基因耐寒的煙草和番茄中哪種目的基因提高了其抗寒能力？目的基因從何而來？,抗凍蛋白基因,魚體內(nèi),5.抗除草劑基因有何用途？,噴灑除草劑時，殺死田間的雜草而不損傷作物,什么是必需氨基酸？你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？ 如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良？,將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)

4、編碼基因?qū)胫参?(改變必需氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性),（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),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,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,異想 天開,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,（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),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，而其他營養(yǎng)成分不變。,（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)場所在哪里？,轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。,（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進(jìn)入

5、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。,設(shè)問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？,將 基因與 等調(diào)控組件重組在一起，通過 等方法，導(dǎo)入哺乳動物的 中，將其送入母體，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：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。,藥物蛋白,乳腺蛋白基因的啟動子,顯微注射,受精卵

6、,（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 以抑制的 表達(dá)或設(shè)法除去 ，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,某種調(diào)節(jié)因子,抗原決定基因,抗原決定基因,1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？,從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。,2.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。,三、基因工程藥品異軍突起,3.可利用什么方法來解決上述問題？,利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。,工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌

7、類細(xì)胞株系。,基因工程藥品包括：細(xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等,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45g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，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

8、體，并從中提取生長激素。 現(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 450 L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。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。19801982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

9、 干擾素,1、基因治療概念：,四、基因治療曙光初照,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，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?xì)胞中，從而達(dá)到治療疾病的目的）,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,1990年9月14日，安德森對一例患嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的4歲女孩進(jìn)行基因治療。這個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，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進(jìn)行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后

10、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個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活，并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。,基因治療途徑,取患者骨髓,分離的干細(xì)胞,病毒載體,正?；?并入正?；虻母杉?xì)胞,注入患者體內(nèi),患半乳糖血癥的患者，由于細(xì)胞內(nèi)半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶，使過多的半乳糖在體內(nèi)積聚，引起肝、腦等功能受損。 1971年，美國科學(xué)家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些組織細(xì)胞能夠利用半乳糖了。這表明，用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的。,(2)半乳糖血癥,3、基因治療的類型,4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床 試驗階段,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進(jìn)行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。,知識回顧：基因診斷,五、基因芯片,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。 通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息