基因工程的應(yīng)用新

基因工程的應(yīng)用新第1頁/共36頁(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?3.現(xiàn)在已有哪些抗蟲植物問世?2.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物的優(yōu)點？減少環(huán)境污染、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量棉花、水稻、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆等第2頁/共36頁Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等轉(zhuǎn)基因抗蟲棉——Bt毒蛋白基因抗蟲基因，抗蟲的原理？(一)抗蟲轉(zhuǎn)基因植物當(dāng)害蟲食用含有轉(zhuǎn)基因的植物時，Bt基因編碼的蛋白質(zhì)會進入害蟲的腸道，在消化酶的作用下，蛋白質(zhì)能夠降解成相對分子質(zhì)量比較小的、有毒的多肽。多肽結(jié)合在腸上皮細(xì)胞的特異性受體上，會導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞腫脹裂解，最后造成害蟲死亡。主要殺蟲基因：Bt毒蛋白對哺乳動物無毒害？第3頁/共36頁（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？3.在抗病轉(zhuǎn)基因植物中使用最多的是什么基因？病毒外殼蛋白（coatprotein，CP）基因；病毒的復(fù)制酶基因許多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因4.抗真菌基因有？第4頁/共36頁（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物第5頁/共36頁（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)？細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)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)胞滲透壓的基因第6頁/共36頁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？魚的抗凍蛋白基因（三）抗逆轉(zhuǎn)基因植物第7頁/共36頁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（三）抗逆轉(zhuǎn)基因植物第8頁/共36頁（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)人體必不可少，而機體內(nèi)又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有８種：甲硫氨酸（蛋氨酸）、纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸。另外12種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。第9頁/共36頁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？①將必需氨基酸含量多的植物中的相關(guān)的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参铫诟淖儽匦璋被岷铣赏緩街心撤N關(guān)鍵酶的活性（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)第10頁/共36頁轉(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（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)可延長儲存時間1~2個月第11頁/共36頁大大提高花卉的觀賞價值轉(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)的基因藍(lán)色妖姬（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)第12頁/共36頁異想天開發(fā)光樹第13頁/共36頁二、動物基因工程應(yīng)用前景廣闊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等方面應(yīng)用的方面：第14頁/共36頁1.用于提高動物生長速度原因：外源生長激素基因表達產(chǎn)生生長激素，可以使轉(zhuǎn)基因動物生長更快轉(zhuǎn)基因鯉魚將外源生長激素基因?qū)胂鄳?yīng)動物體內(nèi)第15頁/共36頁2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)點：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低。第16頁/共36頁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/乳房生物反應(yīng)器注意：雌性個體才能生產(chǎn)藥物第17頁/共36頁

將藥用/物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，將受精卵移植入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物（雌性個體）進入泌乳期后，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/乳房生物反應(yīng)器3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（重點）第18頁/共36頁★為什么乳腺能成為轉(zhuǎn)基因藥物理想的表達場所呢？⑴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)。⑵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。⑶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。3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（重點）第19頁/共36頁①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構(gòu)建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加上在乳腺中特異性表達的啟動子，如乳腺蛋白基因的啟動子）③顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動物⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達）思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？膀胱生物反應(yīng)器→更理想的生物反應(yīng)器第20頁/共36頁4.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬？的器官進行改造方法：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達或設(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)基因克隆豬器官人體器官移植面臨的問題：①供體器官短缺②免疫排斥/異反應(yīng)（受體排斥）第21頁/共36頁三、基因工程藥物異軍突起藥品直接從生物的相關(guān)組織、細(xì)胞或血液中提取。由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。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。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點可利用什么方法來解決上述問題？在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，像胰島素、干擾素等特效藥物是如何制備的？第22頁/共36頁工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細(xì)胞株系。常見基因工程藥物：細(xì)胞因子（白細(xì)胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、B細(xì)胞生長因子）、抗體、疫苗（乙肝疫苗）、激素（促腎上腺皮質(zhì)激素、生長激素、胰島素）、酶（α-抗胰蛋白酶）等三、基因工程藥物異軍突起第23頁/共36頁傳統(tǒng)方法中，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，如此，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將胰島素基因?qū)氪竽c桿菌制備的工程菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!基因工程藥物——胰島素第24頁/共36頁

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。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。獲取非常的困難。而現(xiàn)在可以利用基因工程方法，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，就相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幬铩L激素第25頁/共36頁從人血中提取干擾素，300L血液中才能提取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20—40mg干擾素基因工程藥物——干擾素（抗病毒的特效藥）第26頁/共36頁利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。第27頁/共36頁1、基因治療概念：四、基因治療曙光初照

把正?；?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，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，從而達到治療疾病的目的）第28頁/共36頁

1990年9月14日，安德森對一例患腺苷酸脫氨酶(ADA)缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。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。他們將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，然后把這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入體內(nèi)。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療。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，并進入普通小學(xué)上學(xué)。2、實例①：2、實例①：對嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療

1994年美國科學(xué)家，用經(jīng)過修飾的腺病毒做載體，將治療囊性纖維病的正?；颍晒D(zhuǎn)入患者肺組織中，從而治療了該遺傳病。

實例②：對囊性纖維化病的治療第29頁/共36頁3、基因治療的類型體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移（轉(zhuǎn)化），再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段；進行基因治療十分困難；存在安全、倫理方面的困難。5、用于基因治療的基因種類：正常基因、反義基因和自殺基因第30頁/共36頁基因診斷：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分子雜交原理第31頁/共36頁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(yán)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。（堿基互補配對）第32頁/共36頁基因診斷技術(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。例如：白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因制備的DNA探針→診斷白血病第33頁/共36頁五、基因芯片概念：DNA芯片；寡核苷酸芯片；DNA微陣列原理：DNA分子雜交應(yīng)用：基因測序

基因診斷||疾病診斷：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。基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。第34頁/共36頁典例：基因芯片測序基因芯片的測序原理是DNA分子雜交測序方法，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定的方法．先在一塊基片表面固定序列