基因工程應(yīng)用培訓(xùn)課件

基因工程的應(yīng)用專題１基因工程第一頁，共五十一頁。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第二頁，共五十一頁。一、植物基因工程碩果累累哪些轉(zhuǎn)基因作物已進入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段?轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜第三頁，共五十一頁。(一)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毒蛋白基因第四頁，共五十一頁。（二）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.第五頁，共五十一頁。（三）其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物第六頁，共五十一頁。（三）其他抗逆轉(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)胞滲透壓的基因第七頁，共五十一頁。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？目的基因從何而來？魚的抗凍蛋白基因第八頁，共五十一頁。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第九頁，共五十一頁。（四）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)第十頁，共五十一頁。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)的基因第十一頁，共五十一頁。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第十二頁，共五十一頁。

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%。

第十三頁，共五十一頁。植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?

提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）,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.我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有哪些優(yōu)點?優(yōu)點：減少環(huán)境污染、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量第十四頁，共五十一頁?？偨Y(jié)：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“向日葵豆”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。第十五頁，共五十一頁。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應(yīng)用前景：第十六頁，共五十一頁。（一）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)基因鯉魚第十七頁，共五十一頁。（二）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，獲得轉(zhuǎn)基因牛的乳汁，降低乳糖含量第十八頁，共五十一頁。（三）用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（重點）乳腺生物反應(yīng)器

如何利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物呢？第十九頁，共五十一頁。將藥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，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，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。乳腺生物反應(yīng)器乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。第二十頁，共五十一頁。思考：為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？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。第二十一頁，共五十一頁。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特異表達的啟動子）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）歸納: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？第二十二頁，共五十一頁。（四）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)基因克隆豬器官第二十三頁，共五十一頁。將目的基因?qū)氲絼游锏氖芫牙?，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細(xì)胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細(xì)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?？偨Y(jié)：什么叫轉(zhuǎn)基因動物？基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么？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。第二十四頁，共五十一頁。例1、繼哺乳動物乳腺發(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激素并分泌到尿液中。請回答：（1）將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是___________。（2）進行基因轉(zhuǎn)移是，通常要將外源基因轉(zhuǎn)____中，原因是

。（3）通常采用

技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組（4）在研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)使外源基因在小鼠的

細(xì)胞中特異表達。（5）為使外源基因在后代長期保持，可將轉(zhuǎn)基因小鼠細(xì)胞的

轉(zhuǎn)入

細(xì)胞中構(gòu)成重組細(xì)胞，使其發(fā)育成與供體具有相同性狀的個體。該技術(shù)稱為

。顯微注射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DNA分子雜交膀胱上皮細(xì)胞核去核的卵核移植（或克?。┑诙屙?，共五十一頁。例2、器官移植是治療人類某些疾病的有效治療方法，如對大面積燒傷病人采取的皮膚移植，腎衰竭病人的腎移植，冠心病人的心臟移植等。下面就器官移植的話題，回答相關(guān)問題：英國科學(xué)家已經(jīng)研究用動物的器官作為器官移植的器官來源，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)豬的內(nèi)臟器官與人的內(nèi)臟器官大小、形態(tài)均差不多，他們從20世紀(jì)80年代就開始研究。研究的重點是改造豬細(xì)胞膜。（1）豬細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)和人的細(xì)胞膜是相同的，但其上的

和人細(xì)胞膜有很多是不同的。（2）改造豬細(xì)胞膜主要是通過

技術(shù)進行，具體操作步驟：糖蛋白基因工程第二十六頁，共五十一頁。第一步，獲得控制目的基因（人體細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)合成的基因），所用的方法有

。

第二步，將目的基因與

結(jié)合；第三步，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，對豬來說，應(yīng)導(dǎo)入其

細(xì)胞最有效。在這項技術(shù)中，必須使用的兩種工具酶是

和

。鳥槍法、反轉(zhuǎn)錄法、化學(xué)合成法運載體受精卵限制酶DNA連接酶第二十七頁，共五十一頁。1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。2.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。三、基因工程藥品異軍突起第二十八頁，共五十一頁。3.可利用什么方法來解決上述問題？利用基因工程方法制造轉(zhuǎn)基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。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?；蚬こ趟幤钒ǎ杭?xì)胞因子（即淋巴因子如白細(xì)胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等第二十九頁，共五十一頁?；蚬こ趟幤贰葝u素胰島素從豬、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%!第三十頁，共五十一頁。

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?，F(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?；蚬こ趟幤贰L激素第三十一頁，共五十一頁。人造血液及其生產(chǎn)基因工程藥品——干擾素

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20—40mg干擾素第三十二頁，共五十一頁。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（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。第三十三頁，共五十一頁。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。四、基因診斷基因探針：基因探針就是一段與目的基因或被測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。第三十四頁，共五十一頁。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；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。第三十五頁，共五十一頁。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。1）β—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→白血病舉例第三十六頁，共五十一頁。1、基因治療概念：五、基因治療把正常基因?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，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）2、實例：將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。對嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的治療第三十七頁，共五十一頁。

1990年9月14日，安德森對一例患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。他們將這個女孩的白血球進行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。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)。第三十八頁，共五十一頁。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，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)移的治病方法。（如將治療囊性纖維病的正常基因轉(zhuǎn)入患者肺組織）4、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段5、用于基因治療的基因種類：正?；颉⒎戳x基因和自殺基因第三十九頁，共五十一頁?；蛐酒瑥恼Ｈ说幕蚪M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?；蛐酒\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)。第四十頁，共五十一頁?；蚬こ膛c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?；蚬こ虨槭称饭I(yè)中提供了什么前景？第四十一頁，共五十一頁。基因工程與環(huán)境監(jiān)測（一）基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來第四十二頁，共五十一頁。基因工程與環(huán)境監(jiān)測（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。第四十三頁，共五十一頁?；蚬こ膛c環(huán)境污染治理基因工程做成的“超級細(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)。第四十四頁，共五十一頁。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(xì)胞滲透壓的基因D．耐寒的番茄——抗凍蛋白基因ABCD第四十五頁，共五十一頁。2．小麥根尖細(xì)胞基因分布在（）

A.染色體，核糖體

B.染色體，葉綠體

C.染色體，線粒體

D.染色體，線粒體，葉綠體Ｃ第四十六頁，共五十一頁。3．有關(guān)基因工程的說法，正確的是(

)(多選)A.在基因工程操作中，只要在受體細(xì)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