基因工程應(yīng)用

1、練習(xí)練習(xí)1：(2008理綜山東卷理綜山東卷)為擴(kuò)大可耕地面積，增為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。水稻新品系。（2）將重組）將重組DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和 法。法。（3）由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要）由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用利用 技術(shù)，該技術(shù)的核心是技術(shù)，該技術(shù)的核心是 和和 。（4）為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既）為了確

2、定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的要用放射性同位素標(biāo)記的 作探針進(jìn)行作探針進(jìn)行分子雜交檢測(cè)，又要用分子雜交檢測(cè)，又要用 方方法從個(gè)體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。法從個(gè)體水平鑒定水稻植株的耐鹽性?；驑尫ǎɑǚ酃芡ǖ婪ǎ┗驑尫ǎɑǚ酃芡ǖ婪ǎ┲参锝M織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)脫分化和再分化脫分化和再分化耐鹽基因耐鹽基因一定濃度鹽水澆灌一定濃度鹽水澆灌基因工程的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有：基因工程的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有：農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等學(xué)衛(wèi)生等應(yīng)用生物：植物、動(dòng)物、微生物應(yīng)用生物：植物、動(dòng)物、微生物 轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于提高提高農(nóng)作物

3、的農(nóng)作物的抗逆能抗逆能力力（如抗除草劑，抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿（如抗除草劑，抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）等）, ,以及以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物和利用植物生產(chǎn)藥物生產(chǎn)藥物等方面。等方面。1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物2、抗病轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物、抗逆轉(zhuǎn)基因植物4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入外源基因外源基因的植（動(dòng)）物的植（動(dòng)）物轉(zhuǎn)基因植（動(dòng)）物：轉(zhuǎn)基因植（動(dòng)）物：Bt毒蛋白基因毒蛋白基因蘇云金芽孢桿菌蘇云金芽孢桿菌病毒外殼基因和病毒復(fù)制酶基因病毒外殼基因和病毒復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因幾丁質(zhì)酶基因

4、和抗毒素合成基因調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因抗凍蛋白基因抗凍蛋白基因魚魚抗除草劑基因抗除草劑基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因控制番茄果實(shí)成熟的基因控制番茄果實(shí)成熟的基因植物花青素代謝有關(guān)的基因植物花青素代謝有關(guān)的基因乳糖酶基因乳糖酶基因人胰島素基因人胰島素基因人人1、提高生長(zhǎng)速度、提高生長(zhǎng)速度2、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)3、生產(chǎn)藥物、生產(chǎn)藥物4、作為器官移植的供體、作為器官移植的供體過程：過程：1、重組重組藥用蛋白基因與藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子啟動(dòng)子等等2、用、用顯微注射法顯微注射法導(dǎo)入導(dǎo)入到受精卵到受精卵3、將受精卵、將受

5、精卵送入送入母體生長(zhǎng)發(fā)育母體生長(zhǎng)發(fā)育4、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，提取提取乳汁乳汁產(chǎn)物：抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素、產(chǎn)物：抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素、-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶3.3.用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物 乳腺（房）生物反應(yīng)器乳腺（房）生物反應(yīng)器 1）乳腺是一個(gè)外分泌器官，）乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)生理代謝反應(yīng)。2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工蛋白質(zhì)已經(jīng)

6、過充分的修飾加工，具有，具有穩(wěn)定穩(wěn)定的生物活性。的生物活性。3）從乳汁中）從乳汁中源源不斷源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可又可無限繁殖無限繁殖。雌性動(dòng)物的乳腺是基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)雌性動(dòng)物的乳腺是基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所，原因是所，原因是例例1、繼哺乳動(dòng)物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)、繼哺乳動(dòng)物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培養(yǎng)出一生器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培養(yǎng)出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答

7、：并分泌到尿液中。請(qǐng)回答：（1）將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方）將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是法是_。（2）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移是，通常要將外源基因轉(zhuǎn)）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移是，通常要將外源基因轉(zhuǎn)_中，中，原因是原因是 。（3）通常采用）通常采用 技術(shù)檢測(cè)外源基因是技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的基因組否插入了小鼠的基因組（4）在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠）在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的的 細(xì)胞中特異表達(dá)。細(xì)胞中特異表達(dá)。顯微注射顯微注射受精卵受精卵受精卵具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá)受精卵具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá)DNA分子雜

8、交分子雜交膀胱上皮膀胱上皮導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的器官做移植的供體最大的問題是用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的器官做移植的供體最大的問題是免疫排斥免疫排斥，科，科學(xué)家正在試圖學(xué)家正在試圖導(dǎo)入某些調(diào)節(jié)因子導(dǎo)入某些調(diào)節(jié)因子來抑制抗原決定基因的表達(dá)或來抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)法設(shè)法去掉抗原決定基因去掉抗原決定基因，以期培育出無免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆，以期培育出無免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。豬器官。例例3、1997年，科學(xué)家年，科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的能夠合成將動(dòng)物體內(nèi)的能夠合成胰島素的基因與大腸桿胰島素的基因與大腸桿菌的菌的DNA分子重組，并分子重組，并且在大腸桿菌中表達(dá)成

9、且在大腸桿菌中表達(dá)成功。如右圖，請(qǐng)據(jù)圖回功。如右圖，請(qǐng)據(jù)圖回答問題。答問題。(1)此圖表示的是采取此圖表示的是采取_方法方法獲取獲取_基基因的過程。因的過程。人工合成基因人工合成基因胰島素（目的）胰島素（目的）(2)圖中圖中DNA是以是以_為模板，為模板，_形成單鏈形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈在酶的作用下合成雙鏈DNA，從，從而獲得了所需要的而獲得了所需要的_。(3)圖中代表的是圖中代表的是_酶，酶，在它的作用下將質(zhì)粒切出在它的作用下將質(zhì)粒切出_末端。末端。(4)圖中代表重組圖中代表重組DNA，含，含_基因?；颉?(5)圖中表示的過程是圖中表示的過程是_。胰島素胰島素mRNA逆轉(zhuǎn)錄逆

10、轉(zhuǎn)錄胰島素（目的）基因胰島素（目的）基因 限制限制黏性黏性胰島素基因胰島素基因重組重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞 在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接干擾素直接從生物的從生物的組織組織、細(xì)胞細(xì)胞或或血液血液中提中提取。由于受原料來源的限制，取。由于受原料來源的限制，價(jià)格價(jià)格十分十分昂貴昂貴。 可利用什么方法來解決上述問題？可利用什么方法來解決上述問題？ 利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效高效率率地生產(chǎn)出各種地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量高質(zhì)量、低成本低成本的藥品。的藥品。二、基因工程與疾病治療二、基因工程與疾病治療1、

11、基因工程藥物、基因工程藥物項(xiàng)目項(xiàng)目本質(zhì)本質(zhì)功能功能傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法現(xiàn)代方法現(xiàn)代方法胰島素胰島素干擾素干擾素（ 、 、 ）乙型肝炎乙型肝炎疫苗疫苗蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)治療糖治療糖尿病尿病動(dòng)物胰臟中動(dòng)物胰臟中提取提取大腸桿菌大腸桿菌細(xì)胞細(xì)胞糖糖蛋蛋白白治療病毒治療病毒性肝炎和性肝炎和腫瘤腫瘤人血液中人血液中提取提取酵母菌酵母菌細(xì)胞細(xì)胞乙肝乙肝抗原抗原預(yù)防預(yù)防乙肝乙肝酵母菌酵母菌細(xì)胞細(xì)胞是指是把是指是把正?；颍ń】档耐庠椿颍┱；颍ń】档耐庠椿颍?dǎo)入有導(dǎo)入有基基因缺陷因缺陷的細(xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。的細(xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。 基因治療曙光初照基因治療曙光初照1、基因治療的概念、基因治療的概念

12、2、基因治療的類型、基因治療的類型體內(nèi)基因治療和體外基因治療體內(nèi)基因治療和體外基因治療DNADNA分子雜交技術(shù)分子雜交技術(shù)基因診斷：基因診斷：二、基因工程與疾病治療二、基因工程與疾病治療基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？ 在在診斷遺傳性疾病診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對(duì)幾十種遺傳病進(jìn)行可以對(duì)幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷產(chǎn)前診斷。舉例舉例珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探針探針 鐮刀狀細(xì)胞貧血癥鐮刀狀細(xì)胞貧血癥苯丙氨酸羧化酶基因探針苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥苯丙酮尿癥白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因制備的白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因

13、制備的DNADNA探針探針 白血病白血病基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？ 用于用于環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)。 用于被污染用于被污染環(huán)境的凈化環(huán)境的凈化。通過基因工程方法怎樣進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)？通過基因工程方法怎樣進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)？ 例如：用例如：用DNADNA探針探針可以檢測(cè)可以檢測(cè)飲用水中病毒飲用水中病毒的的含量。此方法的特點(diǎn)是含量。此方法的特點(diǎn)是快速快速、靈敏靈敏，1 1噸水中有噸水中有1010個(gè)病毒也能檢測(cè)出來。個(gè)病毒也能檢測(cè)出來。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)?；蚬こ虒⒛芊纸馊N烴類的基因工程將能分解三種烴類的假單孢桿菌假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到的基因都

14、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(shí)分解能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時(shí)分解四種烴類的四種烴類的“超級(jí)細(xì)菌超級(jí)細(xì)菌”。用于被污染用于被污染環(huán)境的凈化環(huán)境的凈化通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？例例5、患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或病毒感染，、患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或病毒感染，就會(huì)性病死亡。經(jīng)過研究證實(shí)，就會(huì)性病死亡。經(jīng)過研究證實(shí)，SCID病人細(xì)胞的一個(gè)常染色體病人細(xì)胞的一個(gè)常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶的基因發(fā)生了突變。上編碼腺苷酸脫氨酶的基因發(fā)生了突變。（1）請(qǐng)你利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)想一個(gè)治療）請(qǐng)你

15、利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)想一個(gè)治療SCID病的方案。病的方案。第一步：發(fā)現(xiàn)人體正常第一步：發(fā)現(xiàn)人體正常ada基因克隆后用來替換反轉(zhuǎn)錄病毒的原基因克隆后用來替換反轉(zhuǎn)錄病毒的原有基因，構(gòu)建重組載體；有基因，構(gòu)建重組載體；第二步：從第二步：從SCID病人體內(nèi)分離出免疫系統(tǒng)有缺陷的病人體內(nèi)分離出免疫系統(tǒng)有缺陷的T淋巴細(xì)胞淋巴細(xì)胞第三步：第三步： ；第四步：第四步： ；（2）還有哪些遺傳病可用基因治療的方案進(jìn)行治療？試舉例。）還有哪些遺傳病可用基因治療的方案進(jìn)行治療？試舉例。 將這些將這些T淋巴細(xì)胞與攜帶了正常淋巴細(xì)胞與攜帶了正常ada基因的反轉(zhuǎn)錄酶病毒混合在一起，讓基因的反轉(zhuǎn)錄酶病毒混合在一起，讓病毒感染病毒

16、感染T淋巴細(xì)胞，使正常的淋巴細(xì)胞，使正常的ada基因擴(kuò)增并插入到基因擴(kuò)增并插入到T細(xì)胞的基因中；細(xì)胞的基因中； 在實(shí)驗(yàn)室中通過細(xì)胞培養(yǎng)并確認(rèn)轉(zhuǎn)入的基因成功表達(dá)后，用注射器將成在實(shí)驗(yàn)室中通過細(xì)胞培養(yǎng)并確認(rèn)轉(zhuǎn)入的基因成功表達(dá)后，用注射器將成千上萬個(gè)重組的轉(zhuǎn)基因千上萬個(gè)重組的轉(zhuǎn)基因T細(xì)胞注射到細(xì)胞注射到SCID患者的個(gè)體組織中?；颊叩膫€(gè)體組織中。 血友病，鐮刀型細(xì)胞貧血癥。血友病，鐮刀型細(xì)胞貧血癥。例例6、應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使、應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。這里的基因用基因探針才能達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。這里的基因探針是指（探針是指（ ）A、用

17、于檢測(cè)疾病的醫(yī)療器械、用于檢測(cè)疾病的醫(yī)療器械B、用放射性同位素或螢光分子等標(biāo)記的、用放射性同位素或螢光分子等標(biāo)記的DNA分子分子C、合成球蛋白的、合成球蛋白的DNAD、合成苯丙羥化酶的、合成苯丙羥化酶的DNA片段片段B一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1 1基因工程的局限性：基因工程的局限性：a、基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然 界已存在的蛋白質(zhì)界已存在的蛋白質(zhì)b、天然蛋白質(zhì)不一定完全符合人類、天然蛋白質(zhì)不一定完全符合人類 生產(chǎn)和生活的需要生產(chǎn)和生活的需要2 2蛋白質(zhì)工程的目的：蛋白質(zhì)工程的目的：生產(chǎn)符合人們生活需要的并生產(chǎn)符合人們生活需要的并非自然界非自然界已存在已存在的蛋白質(zhì)

18、的蛋白質(zhì)例如：改造改造干擾素（半胱氨酸）干擾素（半胱氨酸）體外很難保存體外很難保存干擾素（絲氨酸）干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （異亮氨酸）（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1 1蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程的概念2 2前提：前提：原理：原理：目的

19、：目的：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因（基因修飾或基因合成改造基因（基因修飾或基因合成）定向改造或制造蛋白質(zhì)定向改造或制造蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程流程圖：蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈基因基因DNA預(yù)期預(yù)期功能功能DNA合成合成分子分子設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)mRNA生物生物功能功能轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列比較基因工程和蛋白質(zhì)工程：基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程相同點(diǎn)相同點(diǎn)產(chǎn)生新的產(chǎn)生新的產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聯(lián)系聯(lián)系比較基因工程和蛋白質(zhì)工程：基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程相同點(diǎn)相同點(diǎn)都要改造基因，都屬于分子水平都要改造基因，都屬于分子水平產(chǎn)生新的產(chǎn)生新的基因型，無新基因基因型，無新基因基因（型）基因（型）產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)原有的原有的新的新的聯(lián)系聯(lián)系蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，是基因工程的應(yīng)用和延伸是基因工程的應(yīng)用和延伸蛋白質(zhì)改造工程的實(shí)例：3 3胰島素改造胰島素改造天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部