基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

關(guān)于基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程一、植物基因工程碩果累累閱讀教材回答下列問題：1、哪些轉(zhuǎn)基因作物已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段?2、植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面?第2頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（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?2.現(xiàn)在已有哪些抗蟲植物問世?3.抗蟲基因有哪些？這些抗蟲基因的抗蟲機(jī)理是什么？4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?5.我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉取得了哪些進(jìn)展?第3頁,共34頁，2024年2月25日，星期天抗蟲轉(zhuǎn)基因植物的類型及作用原理基因類型來源作用原理應(yīng)用實(shí)例殺蟲蛋白基因(Bt毒蛋白基因)蘇云金芽孢桿菌Bt毒蛋白基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)入害蟲腸道，在消化酶的作用下，蛋白質(zhì)被降解成有毒的多肽，多肽結(jié)合在腸上皮細(xì)胞的特異性受體上，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞腫脹裂解，最后造成害蟲死亡轉(zhuǎn)基因抗蟲棉第4頁,共34頁，2024年2月25日，星期天基因類型來源作用原理應(yīng)用實(shí)例蛋白酶抑制劑基因大豆、豇豆、番茄和馬鈴薯等蛋白酶抑制劑基因控制產(chǎn)生的抑制劑，可與害蟲消化道中的蛋白酶結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻斷或降低蛋白酶的活性，使昆蟲不能正常消化食物中的蛋白質(zhì)。這種復(fù)合物還能刺激昆蟲分泌過量的消化酶，引起害蟲的厭食反應(yīng)轉(zhuǎn)基因煙草第5頁,共34頁，2024年2月25日，星期天基因類型來源作用原理應(yīng)用實(shí)例淀粉酶抑制劑基因禾谷類植物和豆科植物淀粉酶抑制劑基因控制產(chǎn)生的淀粉酶抑制劑，可以抑制昆蟲消化道中的淀粉酶活性，使害蟲不能消化淀粉，阻斷害蟲的能量來源轉(zhuǎn)基因煙草植物凝集素基因植物界中廣泛存在植物凝集素基因控制植物合成一種糖蛋白，與昆蟲腸道黏膜上的某些物質(zhì)結(jié)合，影響害蟲對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用抗蟲小麥、水稻第6頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（二）抗病轉(zhuǎn)基因植物1.什么是病原微生物？有哪些種類？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？4.在抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中使用什么基因？第7頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（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)？2.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關(guān)？3.在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？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？5.抗除草劑基因有何用途？

第8頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（四）利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)1.你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？2.如何用轉(zhuǎn)基因的方法加以改良？3.轉(zhuǎn)基因延熟番茄的目的基因是什么？4.轉(zhuǎn)基因矮牽牛的目的基因是什么？第9頁,共34頁，2024年2月25日，星期天總結(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

（2）抗逆性品種第10頁,共34頁，2024年2月25日，星期天二、動物基因工程前景廣闊（一）用于提高動物生長速度——動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、器官移植等導(dǎo)入外源生長激素基因（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。第11頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（三）用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物設(shè)問:就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場所是哪里？轉(zhuǎn)基因動物的乳腺。

原因：（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進(jìn)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)。（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)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。（3）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12頁,共34頁，2024年2月25日，星期天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(jìn)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(diǎn)：①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。第13頁,共34頁，2024年2月25日，星期天①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)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(dá)）。思考:用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？第14頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（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(jìn)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(dá)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15頁,共34頁，2024年2月25日，星期天將目的基因?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(dá)，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。總結(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16頁,共34頁，2024年2月25日，星期天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(diǎn):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17頁,共34頁，2024年2月25日，星期天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(dá)的菌類細(xì)胞株系。基因工程藥品包括：細(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18頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。1979年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%－50%?；蚬こ趟幤贰葝u素第19頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

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20頁,共34頁，2024年2月25日，星期天干擾素是動物或人體細(xì)胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980－1982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場?；蚬こ趟幤贰蓴_素第21頁,共34頁，2024年2月25日，星期天利用微生物生產(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(dá)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(dá)系統(tǒng)，表達(dá)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22頁,共34頁，2024年2月25日，星期天四、基因治療曙光初照1．概念把

導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因的

發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。2．成果將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的

中，治療復(fù)合型免疫缺陷癥。正?；虮磉_(dá)產(chǎn)物淋巴細(xì)胞第23頁,共34頁，2024年2月25日，星期天基因轉(zhuǎn)移組織細(xì)胞4．目前所處階段目前處于

階段。

初期的臨床試驗(yàn)第24頁,共34頁，2024年2月25日，星期天5．基因治療的過程第25頁,共34頁，2024年2月25日，星期天6．兩種治療途徑的比較途徑比較體外基因治療體內(nèi)基因治療不同點(diǎn)方法從患者體內(nèi)獲得某種細(xì)胞→體外完成基因轉(zhuǎn)移→篩選、細(xì)胞擴(kuò)增→輸入體內(nèi)直接向患者體內(nèi)組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因特點(diǎn)操作復(fù)雜，但效果可靠方法較簡單，但效果難以控制相同點(diǎn)都是將外源基因?qū)氚屑?xì)胞，以糾正缺陷基因，目前兩種方法都處于臨床試驗(yàn)階段第26頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

分析教材P23復(fù)合型免疫缺陷癥的基因治療，回答下列問題：(1)研究人員將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的什么細(xì)胞？為什么不能轉(zhuǎn)入其他的體細(xì)胞？(2)如何鑒定該患者是否治療成功？

提示：(1)淋巴細(xì)胞。腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的，淋巴細(xì)胞中具有這種酶才能產(chǎn)生抗體等免疫物質(zhì)。(2)鑒定患者產(chǎn)生抗體的能力是否明顯改善，免疫能力是否明顯提高。第27頁,共34頁，2024年2月25日，星期天DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。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(jìn)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。知識回顧：基因診斷第28頁,共34頁，2024年2月25日，星期天五、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(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(jì)、平行化、自動化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。第29頁,共34頁，2024年2月25日，星期天基因工程成果豐碩植物方面提高植物的抗蟲、抗病、抗逆性改良植物的品質(zhì)動物方面提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體研制藥物基因治療第30頁,共34頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)工程的崛起第31頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共34頁，2024年2月25日，星期天基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較基因工程蛋白質(zhì)工程操作環(huán)境(場所)生物體外生物體外操作核心基因基因操作起點(diǎn)