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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 轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力 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 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應(yīng)用 IMN 1 抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 1 使用化學(xué)農(nóng)藥的弊端 3 目的基因 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 4 例子 轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻 抗蟲棉 2 培育轉(zhuǎn)基因植物的方法 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應(yīng)用 IMN 2 抗病轉(zhuǎn)基因植物 1 目的基因 病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因 最多 幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因 抗真菌轉(zhuǎn)基因植物 2 例子 抗病毒轉(zhuǎn)基因小麥 抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒 2 抗病轉(zhuǎn)基因植物 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應(yīng)用 IMN 3 其它抗逆轉(zhuǎn)基因植物 1 造成低產(chǎn)和減產(chǎn)的常見因素 2 鹽堿和干旱對(duì)農(nóng)作物的危害與什么有關(guān) 與細(xì)胞內(nèi)滲透壓調(diào)節(jié)有關(guān) 3 目的基因 抗鹽堿和干旱作物 調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因 耐寒的番茄 魚的抗凍蛋白基因 抗除草劑的大豆 抗除草劑基因 3 其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物 轉(zhuǎn)魚抗寒蛋白基因的番茄 轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒 轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯 不會(huì)引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應(yīng)用 IMN 4 利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì) 1 豆類中哪種必需氨基酸較少 大米 玉米 小麥中哪種必需氨基酸較少 蛋氨酸 2 如何培育富含賴氨基酸氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米 轉(zhuǎn)基因延熟番茄 具觀賞價(jià)值的轉(zhuǎn)基因矮牽牛 賴氨酸 4 利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì) 提高觀賞價(jià)值 基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 1 高產(chǎn) 穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質(zhì)的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質(zhì)含量 如 轉(zhuǎn)基因高賴氨酸玉米 植株 2 抗逆性品種將細(xì)菌的抗蟲 抗病毒 抗除草劑 抗鹽堿 抗干旱 抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi) 將從根本上改變作物的特性 如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉 繁殖具有抗病能力 高產(chǎn)仔率 高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重組DNA轉(zhuǎn)移到動(dòng)物受精卵中 基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么 將人的生長(zhǎng)激素基因和牛的生長(zhǎng)素基因分別注射到小白鼠受精卵中 得到的 超級(jí)小鼠 二動(dòng)物基因工程前景廣闊 IMN 1 動(dòng)物基因工程的應(yīng)用體現(xiàn)在那些方面 用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物 用于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體 二動(dòng)物基因工程前景廣闊 IMN 2 如何利用動(dòng)物基因工程技術(shù)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率 3 怎樣能在其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響的情況下 降低乳糖的含量 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M 二 動(dòng)物基因工程前景廣闊 1 用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度 2 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 3 用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物 如轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁 乳糖含量降低 營(yíng)養(yǎng)成分不變 轉(zhuǎn)基因牛 乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛 阿根廷 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺 就基因藥物而言 最理想的表達(dá)場(chǎng)所是哪里 是指把人或哺乳動(dòng)物的某種基因?qū)氲讲溉閯?dòng)物 如鼠 兔 羊和豬 的受精卵里 目的基因若與受精卵染色體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(gè)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(gè)體 稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 什么叫轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 1 乳腺是一個(gè)外分泌器官 乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán) 不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(shí) 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可繁殖 為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所呢 二動(dòng)物基因工程前景廣闊 IMN 4 簡(jiǎn)述乳房生物反應(yīng)器的操作過程 獲取目的基因 例如血清蛋白基因 構(gòu)建基因表達(dá)載體 在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子 顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中 形成胚胎 將胚胎送入母體動(dòng)物 發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中 轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá) 二動(dòng)物基因工程前景廣闊 IMN 5 乳房生物反應(yīng)器的操作過程與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物操作過程有何不同之處 并闡述原因 要在編碼蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子 乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子 構(gòu)成表達(dá)載體 因?yàn)楫a(chǎn)品在奶中形成 需要乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子 基因的選擇性表達(dá) 二動(dòng)物基因工程前景廣闊 IMN 供體動(dòng)物 存在的難題 解決方法 在供體基因組中導(dǎo)入某種基因調(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 免疫排斥 6 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體動(dòng)物 存在的難題和解決的方法分別是什么 小型豬 三基因工程藥品異軍突起 在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中 某些藥品如胰島素 干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提取 藥品直接從生物的組織 細(xì)胞或血液中提取 傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn) 由于受原料來源的限制 價(jià)格十分昂貴 可利用什么方法來解決上述問題 利用基因工程方法制造 工程菌 可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量 低成本的藥品 基因工程胰島素 一 胰島素是治療糖尿病的特效藥 長(zhǎng)期以來只能依靠從豬 牛等動(dòng)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(jià)格之高可想而知 胰島素分子結(jié)構(gòu) 基因工程胰島素 二 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 大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題 還使其價(jià)格降低了30 50 胰島素生產(chǎn)車間 干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(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(duì)治療某些癌癥和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(chǎng) 基因工程藥品 干擾素 基因工程干擾素 一 干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是 萬能靈藥 過去從人血中提取 300L血才提取1mg 其 珍貴 程度自不用多說 干擾素生產(chǎn)車間 干擾素分子結(jié)構(gòu) 基因工程干擾素 二 基因工程人干擾素 2b 安達(dá)芬 是我國(guó)第一個(gè)全國(guó)產(chǎn)化基因工程人干擾素 2b 具有抗病毒 抑制腫瘤細(xì)胞增生 調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用 廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療 是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物 其它基因工程藥物 人造血液 白細(xì)胞介素 乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 均為解除人類的病苦 提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用 人造血液及其生產(chǎn) 治療侏儒癥的唯一方法 是向人體注射生長(zhǎng)激素 而生長(zhǎng)激素的獲得很困難 以前 要獲得生長(zhǎng)激素 需解剖尸體 從大腦的底部摘取垂體 并從中提取生長(zhǎng)激素 現(xiàn)可利用基因工程方法 將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌中 使其生產(chǎn)生長(zhǎng)激素 人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長(zhǎng)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(zhǎng)激素 基因診斷 也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù) 即在DNA水平分析檢測(cè)某一基因 從而對(duì)特定的疾病進(jìn)行診斷 探針制備 放射性同位素 如32P 熒光分子等標(biāo)記的DNA分子 原理 利用DNA分子雜交原理 四 基因治療曙光初照 基因探針 基因探針就是一段與目的基因或DNA互補(bǔ)的特異核苷酸序列 它包括整個(gè)基因 或基因的一部分 可以是DNA本身 也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA 分子探針 核酸分子探針是指特定的已知核酸片段 能與互補(bǔ)核酸序列退火雜交 用于對(duì)待測(cè)核酸樣品中特定基因順序的探測(cè) 滿足 1 必須是單鏈 2 帶有容易被檢測(cè)出來的標(biāo)記物 DNA分子雜交原理 DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一 其基本原理是 互補(bǔ)的DNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈 即能夠進(jìn)行雜交 這種結(jié)合是特異的 即嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對(duì)進(jìn)行 因此 當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針 與被測(cè)基因進(jìn)行接觸 若兩者的堿基完全配對(duì)成雙鏈 則表明被測(cè)基因中含有已知的基因序列 基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速 在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速 目前已經(jīng)可以對(duì)幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷 1 珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細(xì)胞貧血癥2 苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥3 白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病 舉例 基因治療 是指是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中 達(dá)到治療疾病的目的 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(guó)科學(xué)家在體外做了試驗(yàn) 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 1 體外基因治療 2 體內(nèi)基因治療 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 SCID的基因工程治療 重癥聯(lián)合免疫缺陷 SCID 患者缺乏正常的人體免疫功能 只要稍被細(xì)菌或者病毒感染 就會(huì)發(fā)病死亡 這個(gè)病的機(jī)理是細(xì)胞的一個(gè)常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶 簡(jiǎn)稱ADA 的基因 ada 發(fā)生了突變 可以通過基因工程的方法治療 SCID患者生存在無菌環(huán)境中 基因治療SCID的過程 體外基因治療 體內(nèi)基因治療 下頁 返回 用于基因治療的基因種類 1 用正?；虼嫒毕莼?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 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 3 自殺基因 編碼可殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因 用口徑為1 m的DNA注射器 將大量的目的基因片段注入到受精卵的核內(nèi) 然后把經(jīng)過注射的受精卵移植到另一只雌性動(dòng)物的子宮內(nèi) 使受精卵發(fā)育為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 什么叫顯微注射技術(shù) 基因工程與食品業(yè) 基因工程為人類開辟新的食物來源 1 雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達(dá)獲得成功 這表明 未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產(chǎn)人類所需要的卵清蛋白 2 用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類 脂肪和維生素等產(chǎn)品 基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景 基因工程與環(huán)境監(jiān)測(cè) 一 基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒 細(xì)菌等污染 1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測(cè)出來 基因工程與環(huán)境監(jiān)測(cè) 二 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 基因工程與環(huán)境污染治理 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 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) 例題分析 一 農(nóng)業(yè)上大量使用化肥存在許多負(fù)面影響 生物固氮已成為一項(xiàng)重要研究課題 實(shí)驗(yàn)證明 生物固氮是某些微生物 如根瘤菌 藍(lán)藻等 將空氣中的N2固定為NH3的過程 1 與人工合成NH3所需的高溫 高壓條件相比 生物固氮的順利進(jìn)行是因?yàn)楦鼍?藍(lán)藻體內(nèi)含有特定的 這類物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是 酶 蛋白質(zhì) 例題分析 一 續(xù) 2 人們正在著力研究轉(zhuǎn)基因固氮植物 如固氮水稻 固氮小麥等 某科學(xué)家將根瘤菌 細(xì)胞中的固氮基因 通過基因工程方法轉(zhuǎn)移到水稻植株細(xì)胞中 經(jīng)檢測(cè) 轉(zhuǎn)基因水稻具備了固氮功能 據(jù)上述材料分析 固氮基因已經(jīng)整合到水稻