高中三年級上學期生物《基因工程的應用》教學課件

基因工程的應用

胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程物---重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應用。

除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有那些應用呢？醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應用基因工程的應用基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用概述1.植物方面①1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物

種植面積增加了一百多倍；②美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積

最大的國家③世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花；④我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，

商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜；⑤轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)點：

減少化學殺蟲劑使用量（生物防治）

增加作物產(chǎn)量

增加經(jīng)濟收益（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用概述2.動物方面①有些成果正在進入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段；②2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用（二）具體內(nèi)容

基因工程被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應用轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物①實例

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯②相關(guān)基因

具有抗蟲功能的基因基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用2.轉(zhuǎn)基因抗病植物①實例

轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草②相關(guān)基因

來源于某些病毒、真菌等的抗病基因基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物①培育目的

噴灑除草劑時，雜草會被殺死而作物不會受到損傷②實例

轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等③相關(guān)基因

___________________降解或抵抗某種除草劑的基因基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用4.改良植物的品質(zhì)①目的

提高植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等②實例

高賴氨酸玉米、轉(zhuǎn)基因矮牽?；ǖ娶巯嚓P(guān)基因

必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、與植物花青素代謝相關(guān)的基因等基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)①實例

轉(zhuǎn)基因牛（分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低）②解決的問題

有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受③相關(guān)基因

____________腸乳糖酶基因基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體基因改造微生物或動植物的細胞生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用1.基因改造微生物或動植物的細胞生產(chǎn)藥物①常見藥物類型

細胞因子、抗體、疫苗和激素等②應用

可以用來預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風濕關(guān)節(jié)炎等；③實例

我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞刺激因子等基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用資料卡——干擾素

干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對于治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。

傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的白細胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。

1980-1982年，科學家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素，從1Kg培養(yǎng)物中可以得到20—40mg干擾素。

1993年我國批準生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國批準生產(chǎn)的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物①實例

乳腺（乳房）生物反應器（牛、山羊）②相關(guān)基因

藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件重組③過程藥用蛋白基因乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植早期胚胎基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物④應用

目前，已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品注意：1.乳腺生物反應器并不是指轉(zhuǎn)基因動物的，而是這個轉(zhuǎn)基因生物。2.將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起的目的是讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中特異性表達。3.藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的幾乎所有細胞中。4.生物反應器除了用乳腺，還可以用膀胱。5.膀胱生物反應器相對于乳腺生物反應器的優(yōu)點是不局限于性別與生長期（乳腺生物反應器必須是雌性，且泌乳期才會分泌）。6.研制膀胱生物反應器時，應將目的基因與膀胱上皮細胞中特異表達的基因的啟動子重組。7.用生物反應器生產(chǎn)藥物，產(chǎn)物容易提取?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體①實例

用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題②選擇豬作為器官供體的優(yōu)點：a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似b.豬體內(nèi)隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物③選擇豬器官移植給人最大的難題是免疫排斥，

3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體④對豬的器官進行改造的方法：在器官供體的基因組中導入某種調(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，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應的轉(zhuǎn)基因克隆助器官。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用基因工程在食品工業(yè)方面的應用1.基因工程菌①概念

用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類，一般稱為基因工程菌②步驟

③應用

利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)基因工程在食品工業(yè)方面的應用2.實例（1）凝乳酶①應用

奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)②相關(guān)基因

編碼牛凝乳酶的基因③具體操作

將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶基因工程在食品工業(yè)方面的應用2.實例（2）淀粉酶、脂酶①具體操作

構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)②基因工程獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點

純度更高、生產(chǎn)成本顯著降低、生產(chǎn)效率較高乳腺生物反應器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較比較項目乳腺（房）生物反應器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細胞目的基因?qū)敕绞缴a(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異與天然蛋白質(zhì)完全相同細菌細胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動物的受精卵微生物細胞顯微注射法感受態(tài)細胞法不需要嚴格的滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH