公開(kāi)課基因工程及其應(yīng)用_.ppt

6 2基因工程及其應(yīng)用 青霉菌能產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)有用的抗生素 青霉素 豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮 家蠶能夠吐出蠶絲為人類(lèi)利用 豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮 資料一 目前 全球的氮肥生產(chǎn)耗費(fèi)世界總電力的3 4 且農(nóng)作物只能吸收氮肥的1 10 造成了大面積土壤和水質(zhì)的污染 資料分析 蜘蛛能夠吐出蛛絲 資料二 蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一 它具有極強(qiáng)的韌度 其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍 但與家蠶不同 蜘蛛不能家養(yǎng) 因?yàn)樗鼈儠?huì)互相吞食 所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場(chǎng) 30多年來(lái) 科學(xué)家們一直試圖找到利用其他生物體來(lái)制造蛛絲的辦法 資料三 以往 治療糖尿病的胰島素是從動(dòng)物胰腺中提取的 從100kg豬 牛等動(dòng)物的胰腺只能提取3 4g胰島素 治療一個(gè)患者需宰殺40 50頭牛 這種藥物的造價(jià)就可想而知了 微生物可以有分泌產(chǎn)物 且微生物繁殖速率快 定向基因改造設(shè)想 設(shè)想一 能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮 能否讓細(xì)菌 吐出 蛛絲或蠶絲 設(shè)想二 能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素 干擾素等珍貴的藥物 設(shè)想三 經(jīng)過(guò)多年的努力 科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù) 基因工程 基因工程 即基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù) 通俗的說(shuō) 就是按照人們的意愿 把一種生物的某種基因提取出來(lái) 加以修飾改造 然后放到另一種生物的細(xì)胞里 定向地改造生物的遺傳性狀 原理 操作水平 結(jié)果 基因重組 DNA分子水平 定向地改造生物的遺傳性狀 獲得人類(lèi)所需要的品種 操作環(huán)境 生物體外 操作對(duì)象 基因 DNA 1 基因工程的 指 限制性核酸內(nèi)切酶 主要存在于微生物中 一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列 并在特定切點(diǎn)切割DNA分子 已發(fā)現(xiàn)的有200多種 作用于 磷酸二酯鍵 限制性?xún)?nèi)切酶 EcoR 作用過(guò)程 被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端 思考 形成的黏性末端不同 不同的限制酶呢 具有 2 基因工程的 指 DNA連接酶 將互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)粘性末端連接起來(lái) 使之成為一個(gè)完整的DNA分子 DNA連接酶的作用過(guò)程 DNA連接酶的作用位點(diǎn) 相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸的切口 即生成磷酸二酯鍵 DNA連接酶 限制酶 解旋酶 3 基因的運(yùn)輸工具 運(yùn)載體 標(biāo)記基因 便于進(jìn)行檢測(cè) 大腸桿菌的質(zhì)粒 最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒 其中常含有抗藥基因 如四環(huán)素的標(biāo)記基因 有侵染或進(jìn)入宿主細(xì)胞的能力 運(yùn)載體的本質(zhì) DNA 運(yùn)載體的作用 運(yùn)輸工具 使目的基因在宿主細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制和表達(dá) 運(yùn)載體的條件 質(zhì)粒適于做運(yùn)載體的原因 質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物中 細(xì)胞染色體或擬核外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子 質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響 運(yùn)載體的種類(lèi) 質(zhì)粒 常用 噬菌體 動(dòng)植物病毒 能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn) 每種限制酶點(diǎn)最好只有一個(gè) 以便與外源基因連接 具有標(biāo)記基因 便于進(jìn)行篩選 1 目的基因提取 4 基因工程的操作步驟 目的基因 1 目的基因提取 用同一種限制酶切割質(zhì)粒 露出相同黏性末端 EcoR 切割質(zhì)粒 目的基因 2 構(gòu)成重組質(zhì)粒 重組質(zhì)粒 重組DNA 3 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 常用的受體細(xì)胞及轉(zhuǎn)化方法 1 植物細(xì)胞 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法2 動(dòng)物細(xì)胞 顯微注射技術(shù) 此方法常用的受體細(xì)胞多是受精卵 3 微生物細(xì)胞 微生物細(xì)胞常用做受體細(xì)胞的原因 繁殖快 多為單細(xì)胞生物 遺傳物質(zhì)相對(duì)較少 常用的原核細(xì)胞 大腸桿菌和土壤農(nóng)桿菌常用的方法 轉(zhuǎn)化感受態(tài)法 導(dǎo)入檢測(cè) DNA分子雜交技術(shù) 檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體上的DNA是否插入了目的基因 4 目的基因的檢測(cè)和表達(dá) 表達(dá)檢測(cè) 1 轉(zhuǎn)錄檢測(cè) 探針?lè)?檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA 2 翻譯檢測(cè) 抗原 抗體雜交法 檢測(cè)目的基因 個(gè)體生物學(xué)水平的檢測(cè) 利用相應(yīng)的性狀檢測(cè) 是否翻譯出了蛋白質(zhì) 處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少 必須將它從中檢測(cè)出來(lái) 將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落 檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物 淘汰無(wú)表達(dá)產(chǎn)物的菌落 保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng) 研究 不能 受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀 才能說(shuō)明目的基因完成了表達(dá) 受體細(xì)胞導(dǎo)入DNA分子后就說(shuō)明目的基因完成了表達(dá)嗎 若不能表達(dá) 要對(duì)抗蟲(chóng)基因再進(jìn)行修飾 1 基因工程與作物育種 基因工程的應(yīng)用 抗蟲(chóng)玉米 抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物 超級(jí)小鼠與超級(jí)魚(yú) 藍(lán)色妖姬 2 基因工程與藥物研制 我國(guó)生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物 許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的 受材料來(lái)源限制產(chǎn)量有限 其價(jià)格往往十分昂貴 微生物生長(zhǎng)迅速 容易控制 適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn) 若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi) 讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物 不但能解決產(chǎn)量問(wèn)題 還能大大降低生產(chǎn)成本 胰島素從豬 牛等動(dòng)物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取3 4g的胰島素 其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知 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(jià)格降低了50 70 3 基因工程與環(huán)境保護(hù)基因工程做成的 超級(jí)細(xì)菌 能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì) 通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類(lèi) 用基因工程培育成功的 超級(jí)細(xì)菌 卻能分解石油中的多種烴類(lèi)化合物 有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞 鎘等重金屬 分解DDT等毒害物質(zhì) 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)境污染而大量死亡 甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物 轉(zhuǎn)基因食品 安全嗎 轉(zhuǎn)基因食品的安全性爭(zhēng)論 支持派認(rèn)為 如果轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)生物技術(shù)得不到社會(huì)支持 這一研究將被扼殺 并且強(qiáng)調(diào) 迄今為止并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據(jù) 美國(guó)人食用轉(zhuǎn)基因食品已多年 超級(jí)市場(chǎng)上有4000多種商品是含有轉(zhuǎn)基因植物成分的 還沒(méi)有事例證明人吃了以后會(huì)得病 甚至?xí)鹚劳?加拿大 澳大利亞也是轉(zhuǎn)基因食品的生產(chǎn)大國(guó) 均有幾千萬(wàn)人在吃 到現(xiàn)在為止也沒(méi)有 個(gè)案例說(shuō)明它有問(wèn)題 反對(duì)派的觀點(diǎn) 一英國(guó)科學(xué)家聲稱(chēng) 轉(zhuǎn)基因馬鈴薯會(huì)減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能 美國(guó)康乃爾大學(xué)也發(fā)現(xiàn) 轉(zhuǎn)基因玉米會(huì)危害蝴蝶幼蟲(chóng)及其相關(guān)生態(tài)環(huán)境 環(huán)保團(tuán)體認(rèn)為這種違反自然的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品 未經(jīng)長(zhǎng)期安全測(cè)試 長(zhǎng)期食用可能對(duì)人類(lèi)及生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響 尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護(hù)的歐盟國(guó)家 對(duì)轉(zhuǎn)基因作物更加排斥 因而抵制美國(guó)GMO產(chǎn)品的進(jìn)口 要使目的基因與對(duì)應(yīng)的載體重組 所需的兩種酶是 限制酶 連接酶 解旋酶 還原酶 實(shí)施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來(lái) 這要利用限制性?xún)?nèi)切酶 一種限制性?xún)?nèi)切酶能識(shí)別 分子的 順序 切點(diǎn)在 和 之間 這是利用了酶的 高效性 專(zhuān)一性 多樣性 催化活性易受外界影響 3 2007廣東生物 現(xiàn)有一