1.3基因工程的應(yīng)用52129ppt課件

1.3基因工程的應(yīng)用,基因工程的實際應(yīng)用領(lǐng)域有：農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等,應(yīng)用生物：植物、動物、微生物,學(xué)習(xí)目標(biāo)1、舉例說出植物基因工程的成果2、舉例說出動物基因工程的成果3、舉例說出基因工程藥品4、概括出基因治療的原理及過程5、說出基因芯片的概念,.,轉(zhuǎn)基因生物與目的基因的關(guān)系,Bt毒蛋白基因,幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因,調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因,抗凍蛋白基因,抗除草劑基因,富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因,控制番茄成熟的基因,甜味基因,腸乳糖酶基因,人胰島素基因,蘇云金芽孢桿菌,魚,人,一、植物基因工程,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),1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,優(yōu)點：減少環(huán)境污染、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量,例子：棉花、水稻、玉米、馬鈴薯、番茄等等,主要殺蟲基因：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,典型例子：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉Bt毒蛋白基因,1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,抗蟲棉,普通棉,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物,抗病基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復(fù)制酶基因.抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因.,3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物,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,特點：導(dǎo)入另一種生物的優(yōu)良性狀基因，獲得新性狀抵抗惡劣環(huán)境因素，從根本上改變作物的特性,4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆,優(yōu)點：改善糧食作物的營養(yǎng)成分含量，如氨基酸、蛋白質(zhì),使果品延熟，便于儲存,將控制番茄成熟的基因?qū)敕?，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄。,轉(zhuǎn)基因延熟番茄,豐富花卉品種顏色，提高觀賞價值。,將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ校D(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色。,轉(zhuǎn)基因矮牽牛,普通矮牽牛,玫瑰花沒有產(chǎn)生藍色色素的基因,無法生長藍色花瓣。雖然玫瑰有5000多年的人工栽培歷史,迄今已培育出2500多個品種,但始終沒有藍玫瑰的身影。日本三得利公司耗資30億日元培育成藍玫瑰。他們從藍三葉草中提取藍色素基因,將藍花基因植入玫瑰花,培植出藍玫瑰。這株玫瑰的花瓣中所含的色素為藍色,純度接近100%。,二、動物基因工程前景廣闊,特點：發(fā)展較遲，應(yīng)用方面廣,1、提高生長速度2、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)3、生產(chǎn)藥物4、作為器官移植的供體,1.用于提高動物生長速度,原因：外源生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快,轉(zhuǎn)基因鯉魚,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？,將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。,2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),優(yōu)點：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適,轉(zhuǎn)基因牛的乳汁，降低乳糖含量,.,轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。,就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？,是指把人或哺乳動物的某種基因?qū)氲讲溉閯游?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，細胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達，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。,什么叫轉(zhuǎn)基因動物？,3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（重點）,優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取,方法：乳腺生物反應(yīng)器膀胱生物反應(yīng)器,注意：雌性個體才能生產(chǎn)藥物,過程：1、重組藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子2、用顯微注射法導(dǎo)入到受精卵3、將受精卵送入母體生長發(fā)育4、轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，提取乳汁,產(chǎn)物：抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、-抗胰蛋白酶,為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。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。,4.用于轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,設(shè)想,建立器官移植工廠,動物基因工程,現(xiàn)實,用動物的器官解決人類器官來源問題,在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？藥品直接從生物的組織、細胞或血液中提取。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?？衫檬裁捶椒▉斫鉀Q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。,三、基因工程藥品異軍突起,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。,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%!,基因工程藥品胰島素,利用生物工程獲得胰島素,從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！,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2040mg干擾素,基因工程藥品干擾素,人造血液及其生產(chǎn),人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(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。,其它基因工程藥物,基因工程藥品生長激素,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。,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。,其它基因工程藥物,1.基因診斷：也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。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互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，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。,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：互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈，即能夠進行雜交。這種結(jié)合是特異的，即嚴格按照堿基互補配對進行。因此，當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，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。,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)可以對幾十種遺傳病進行產(chǎn)前診斷。舉例珠蛋白的DNA探針鐮刀狀細胞貧血癥苯丙氨酸羧化酶基因探針苯丙酮尿癥白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針白血病,2、基因治療,1）原理：,把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，達到治療疾病的目的。這是治療遺傳病的最有效的手段。,2）實例：,復(fù)合型免疫缺陷癥,病因：,腺苷酸脫氨酶基因缺失,缺乏腺苷酸脫氨酶,免疫功能下降,治療方法：,提取患者的淋巴細胞,導(dǎo)入正常的腺苷酸脫氨酶基因,篩選出能夠產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶的淋巴細胞,將該淋巴細胞擴增后轉(zhuǎn)入患者體內(nèi),半年后，血液檢測,被改造的淋巴細胞、腺苷酸脫氨酶,患者產(chǎn)生抗體的功能顯著改善,患者體內(nèi)含有轉(zhuǎn)基因淋巴細胞,基因治療：患半乳糖血癥的患者，由于細胞內(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胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些組織細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。,3）基因治療的方法,體外基因治療：,從病人體內(nèi)獲得某種細胞，進行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。,直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。,實例：,遺傳性囊性纖維化病,1994年美國科學(xué)家利用經(jīng)過修飾過的腺病毒作載體，將正常基因?qū)牖颊叻谓M織中。,體內(nèi)基因治療：,4）用于基因治療的基因種類正?；颍簭慕】等梭w上分離得到的功能正常的基因，用以取代病變基因，或依靠其表達產(chǎn)物。反義基因:即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的mRNA進行互補，來阻斷非正常蛋白質(zhì)的合成。自殺基因：即編碼可以殺死癌變細胞的蛋白酶基因。,閱讀書P24頁,基因工程與食品工業(yè),基因工程為食品工業(yè)提供了什么前景？基因工程為人類開辟新的食物來源。雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。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。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。,基因工程與環(huán)境保護,基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？用于環(huán)境監(jiān)測。用于被污染環(huán)境的凈化。通過基因工程方法怎樣進行環(huán)境監(jiān)測？例如：用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量。此方法的特點是快速、靈敏，1噸水中有10個病毒也能檢測出來。,通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？用基因工程產(chǎn)物“超級細菌”分解石油，可以大大提高細菌分解石油的效率。具體方法：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”。用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。通過基因重組構(gòu)建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。,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?；蛐酒\斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。,植物基因工程的成果【例1】運用現(xiàn)代生物技術(shù)的育種方法，將抗菜青蟲的Bt基因轉(zhuǎn)移到優(yōu)質(zhì)油菜中，培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲的油菜品種，這一品種在生長過程中能產(chǎn)生特異的殺蟲蛋白，對菜青蟲有顯著抗性，能大大減輕菜青蟲對油菜的危害，提高油菜產(chǎn)量，減少農(nóng)藥作用，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。根據(jù)以上信息，下列敘述正確的,是(,),ABt基因的化學(xué)成分是蛋白質(zhì)BBt基因中有菜青蟲的遺傳物質(zhì),C轉(zhuǎn)基因抗蟲油菜能產(chǎn)生殺蟲蛋白是由于Bt基因在其體,內(nèi)得以表達的結(jié)果,D轉(zhuǎn)基因抗蟲油菜產(chǎn)生的殺蟲蛋白是無機物,【名師點撥】Bt基因也被稱為Bt毒蛋白基因，在該基因指導(dǎo)下表達出的蛋白質(zhì)對害蟲有毒害作用，能夠殺死害蟲，但對哺乳動物無害。該基因來自蘇云金芽孢桿菌，把該基因通過基因工程手段導(dǎo)入植物體內(nèi)可培育成抗蟲植物，能產(chǎn)生殺蟲蛋白，從而減少農(nóng)藥的使用量，既增加了農(nóng)作物產(chǎn)量，也保護了環(huán)境。,【答案】C,【配對練習(xí)1】抗病毒轉(zhuǎn)基因植物成功表達后，以下說法,正確的是(,),A抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲B抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒C抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異D抗病毒轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性【答案】D,對動物基因工程的理解【例2】2012年4月1113日，在杭州舉行的2012干細胞技術(shù)與應(yīng)用講座中，多位專家對轉(zhuǎn)基因動物的研究作了專,題演講。請問“轉(zhuǎn)基因動物”是指(,),A提供外源基因的動物B能導(dǎo)入外源基因的動物C能產(chǎn)生特異蛋白的動物D基因組中增加外源基因的動物,【名師點撥】轉(zhuǎn)基因動物是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源基因而培育出能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。,【答案】D,【配對練習(xí)2】基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用有廣闊的前景，科學(xué)家將某些特定基因與病毒DNA構(gòu)成重組DNA，然,),后通過感染或顯微注射技術(shù)轉(zhuǎn)移到動物的(A去核細胞中B受精卵中C乳腺細胞中D任何體細胞中【答案】B,基因治療的應(yīng)用,【例3】基因治療是指(),A把健康外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的B對有缺陷的細胞進行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，達到治療疾病的目的C運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變，從而恢復(fù)正常D運用基因工程技術(shù)，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的,【名師點撥】基因治療只是將正常的基因?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，而細胞中的缺陷基因并未修復(fù)，而是和正常基因同時存在。,【答案】A,【配對練習(xí)3】治療白血病、苯丙酮尿癥等人類遺傳病的,根本途徑是(,),A口服化學(xué)藥物B注射化學(xué)藥物C利用輻射或藥物誘發(fā)缺陷基因突變D采用基因治療法糾正或彌補缺陷基因帶來的影響【答案】D,1.下列轉(zhuǎn)基因生物與所運用的目的基因正確是:()(多選)A抗蟲棉Bt毒蛋白基因B抗真菌立枯絲核菌的煙草抗毒素合成基因C抗鹽堿和干旱植物調(diào)節(jié)細胞滲透壓的基因D耐寒的番茄抗凍蛋白基因,正本作業(yè),ABCD,.,2在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯誤的是()A用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體C將重組DNA分子導(dǎo)入煙草原生質(zhì)體D用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞,A,3有關(guān)基因工程的說法，不正確的是()A.在基因工程操作中，只要在受體細胞中檢測到目的基因，就能表達B.基因工程操作的必須的工具有限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和運載體C.抗蟲棉的目的基因來自于蘇云金芽胞桿菌D.抗蟲棉的后代