基因工程及其應(yīng)用

關(guān)于基因工程及其應(yīng)用從大腸桿菌說起質(zhì)?；虼竽c桿菌能合成人的胰島素嗎？能合成干擾素嗎？第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天從大腸桿菌說起胰島素每100kg豬或牛的胰腺中提取4~5g胰島素

79年，利用大腸桿菌的DNA分子重組，2000L培養(yǎng)液提取100g，相當(dāng)于2噸豬胰腺中提取的量第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天從大腸桿菌說起干擾素：一千克純的干擾素價值可達440億美元。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：血液中提出白細胞，然后用病毒去感染它，這時會產(chǎn)生干擾素，1個細胞最多生產(chǎn)100~1000個干擾素分子基因工程：改造的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)：一天內(nèi)便可生產(chǎn)20萬個干擾素分子。1KG培養(yǎng)物中可以得到20~40mg干擾素第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、基因工程——分子水平改變生命基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。這種技術(shù)是在生物體外，通地對DNA分子進行人工剪切和拼接，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞內(nèi)進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生人類所需要的基因產(chǎn)物。

通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的個別基因復(fù)制出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀（目的）。第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）（一）基因操作的工具限制酶是在生物體(主要是微生物)內(nèi)的一種酶，能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進行的，故名限制性內(nèi)切酶。特點：特異性。即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子。第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。限制酶第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）限制酶第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天什么叫黏性末端？被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天基因的針線——DNA連接酶（二）基因操作的工具

DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個重組的DNA分子就形成了。磷酸二酯鍵第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細胞(如棉花細胞)？（二）基因操作的工具導(dǎo)入過程需要運輸工具——運載體。運載體的作用有哪些？作用一：作為運載工具，將外源基因(抗蟲基因)轉(zhuǎn)移到受體細胞(棉花細胞)中去。作用二：利用運載體在受體細胞(棉花細胞)內(nèi)，對外源基因(抗蟲基因)進行大量復(fù)制。第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天基因的運載工具——運載體：常用的運載體主要有兩類：

1）細菌細胞質(zhì)的質(zhì)粒

2）噬菌體或某些動植物病毒第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天質(zhì)粒：質(zhì)粒是染色體外能夠進行自主復(fù)制的遺傳單位，包括真核生物的細胞器和細菌細胞中核區(qū)外的DNA分子?，F(xiàn)在習(xí)慣上用來專指細菌、酵母菌和放線菌等生物中核以外的DNA分子。

質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體。絕大多數(shù)細菌質(zhì)粒都是閉合環(huán)狀DNA分子。有的一個細菌中有一個，有的一個細菌中有多個。第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天大腸桿菌的質(zhì)粒：

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標(biāo)記基因。質(zhì)粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細胞內(nèi)成。第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天四個基本步驟：（三）基因操作的基本步驟1）提取目的基因2）目的基因與運載體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細胞4）目的基因的檢測和表達第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天目的基因（三）基因操作的基本步驟目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。直接分離基因人工合成基因目的基因的提取方法第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（三）基因操作的基本步驟步驟二：目的基因與運載體重組

1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。

2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。

3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）目的基因與運載體的結(jié)合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（三）基因操作的基本步驟常用的受體細胞：有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。將目的基因?qū)胧荏w細胞的原理借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。步驟三：目的基因?qū)胧荏w細胞第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（三）基因操作的基本步驟步驟四：目的基因的檢測和表達四環(huán)素抗性基因氨芐青霉素抗性基因第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天不能，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達。（三）基因操作的基本步驟受體細胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達嗎？若不能表達，要對抗蟲基因再進行修飾。第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、基因工程的應(yīng)用運用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)1、基因工程與作物育種第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)基因龍膽花色奇異轉(zhuǎn)基因藍豬耳改變花色轉(zhuǎn)基因牽?；ǜ淖兞嘶ㄉ?3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天A：紫外光照射下的轉(zhuǎn)綠色熒光蛋白的Eustoma(Lisianthus)花。B：轉(zhuǎn)沒有綠色熒光蛋白的空質(zhì)粒的花，第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天會發(fā)光的轉(zhuǎn)基因魚第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠超級動物特殊動物圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動物器官提供巨大的幫助。第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天首只轉(zhuǎn)基因猴誕生，人類未來憂喜參半第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2、

2002年，中國轉(zhuǎn)基因棉花達到150萬公頃，已經(jīng)占到棉花產(chǎn)量的1／3.

我國大豆食用油近七成是“轉(zhuǎn)基因”產(chǎn)品與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點有哪些？目的性強、克服遠源雜交不親和性、育種周期短第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

1993年我國科學(xué)工作者培育成的抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，其抗蟲基因來源于（）A、普通棉花的基因突變B、棉鈴蟲變異形成的致死基因C、寄生在棉鈴蟲體內(nèi)的線蟲D、蘇云金芽孢桿菌體內(nèi)的抗蟲基因D第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1、微生物基因工程：即把目的基因?qū)氪竽c桿菌等菌中，通過微生物表達目的基因的產(chǎn)物。2、細胞基因工程：即用哺乳動物細胞株表達目的產(chǎn)物3、轉(zhuǎn)基因動物：即將目的基因直接導(dǎo)入鼠、兔、羊和豬體內(nèi)，使目的基因在哺乳動物體內(nèi)表達，從兒獲得目的產(chǎn)物第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天產(chǎn)品名稱菌株或細胞應(yīng)用人胰島素大腸桿菌人生長激素大腸桿菌表皮生長因子大腸桿菌白細胞介素-2大腸桿菌a—干擾素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓劑哺乳動物細胞治療糖尿病治療生長缺陷癥治療燙傷、胃潰瘍治療某些癌癥治療癌癥或病毒感染預(yù)防病毒性肝炎治療心血管病（心臟?。┑?2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、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！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，還使其價格降低了30%-50%!第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天干擾素治療病毒感染簡直是“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。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。人造血液及其生產(chǎn)第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2、不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是（）A、干擾素B、白細胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗

C第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3、基因工程與環(huán)境保護⑴環(huán)境監(jiān)測：

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、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天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37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天⑵環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細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38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

2006年3月14日綠色和平組織發(fā)布消息,稱亨氏營養(yǎng)米粉含有轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻成分。

那么轉(zhuǎn)基因食品到底安全嗎？什么樣的轉(zhuǎn)基因食品才能上市？如何面對市場上的轉(zhuǎn)基因食品呢？

第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天四、基因食品的安全性1、轉(zhuǎn)基因生物可能對人體健康產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重的可以致癌和其他疾病。2、轉(zhuǎn)基因生物可能對環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。3、基因武器可能給人類帶來毀滅性的危險。第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1）以下說法正確的是（）

A、所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列

B、質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體

C、運載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接

D、基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來C練習(xí)2）有關(guān)基因工程的敘述正確的是（）

A、限制酶只在獲得目的基因時才用

B、重組質(zhì)粒的形成在細胞內(nèi)完成

C、質(zhì)粒都可作為運載體

D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料D第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3）有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（）

A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來

B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得

C、目的基因須由運載體導(dǎo)入受體細胞

D、人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶A第42頁,共52頁，2024年