现代生物科技专题 基因工程的应用(第一章第三节).ppt

第三节 基因工程的应用,一、植物基因工程,转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。,1、抗虫转基因植物 2、抗病转基因植物 3、抗逆转基因植物 4、利用转基因改良植物的品质,二、动物基因工程前景广阔,特点：发展较迟，应用方面广,1、提高生长速度 2、改善畜产品的品质 3、生产药物 4、作为器官移植的供体,乳腺生物反应器,将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。,乳腺生物反应器,本质：,优点：,转基因动物,1、安全可靠 2、产量高 3、成本低 4、无污染,用转基因的动物生产药物（重点）,优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取,乳腺生物反应器,过程： 1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子 2、用显微注射法导入到受精卵 3、将受精卵送入母体生长发育 4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁,注意： 雌性个体才能生产药物,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、生长激素直接生物体的哪些结构中提取？,药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。,传统生产方法的缺点,由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。,可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,基因工程药品 生长激素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药品 胰岛素,利用生物工程获得胰岛素,干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。 传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取。,基因工程药品 干扰素,从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素。,人造血液及其生产,基因工程药品 干扰素,三、基因工程药物,蛋白质,治疗糖尿病,动物胰脏中提取,大肠杆菌细胞,糖蛋白,治疗病毒性肝炎和肿瘤,人血液中 提取,酵母菌 细胞,乙肝抗原,预防乙肝,酵母菌 细胞,基因诊断：,也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。 探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子； 原 理：利用DNA分子杂交原理,四、基因治疗曙光初照,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。,1）珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病,举例,基因治疗： 是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。 患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。 1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。,基因治疗的方法,体外基因治疗：,从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。,实例:,遗传性囊性纤维化病,1994年美国科学家利用经过修饰过的腺病毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。,体内基因治疗：,4）用于基因治疗的基因种类 正常基因：从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。 反义基因:即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA 进行互补(杂交)，来阻断非正常蛋白质的合成。 自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。,阅读书P24页,基因工程与环境保护,1）用于环境监测。 2）用于被污染环境的净化。,基因工程在环保方面有什么应用？,例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,通过基因工程方法怎样进行环境监测？,1）用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。 2）用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。 3）通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。,通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？ 乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。 从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,1基因治疗是指（ ） A.对有基因缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的 B.把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 C.运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常 D.运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的,B,1. DNA分子杂交技术可比较不同种生物DNA分子的差异。将来自不同种生物的两条DNA单链进行杂交，两种生物 的DNA分子碱基序列越相似，形成的杂合双链区的部位就越多。某人用甲乙丙三种生物的DNA单链进行杂交实验，结果如右图所示，根据图判断，下列叙述中错误的是 （多选） A游离的单链所对应的原物种DNA片段均不含遗传信息 B杂合双链区的存在表示两种生物携带的遗传密码相同 C甲与乙的亲缘关系比甲与丙的亲缘关系远 D甲与乙的亲缘关系比乙与丙的亲缘关系近,ABD,现有储备苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因的cDNA文库。简述培育抗虫棉的操作过程。, 用限制酶从cDNA文库中获取Bt毒蛋白基因； 将Bt毒蛋白基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA,构建基因表达载体； 通过农杆菌转化法导入棉花受体细胞； 检测筛选出成功转化的棉花细胞； 通过植物组织培养形成抗虫棉植株。,简述培育可以生产乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原)的转基因牛的方法步骤。, 用限制酶从乙肝病毒DNA中获取表面抗原基因; 将抗原基因和乳腺蛋白基因的启动子等 调控组件同时插入质粒，构建基因表达载体； 通过显微注射的方法导入山羊的受精卵； 检测筛选出成功转化的受精卵,培养成胚胎； 将胚胎植入代孕母牛,使其生长发育转基因牛.,用工程酵母菌生产乙肝疫苗(乙肝病毒表面抗原), 用限制酶从乙肝病毒基因文库中获取抗原 蛋白基因; 将抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达 载体； 用Ca+处理酵母菌使之成为感受态细胞， 将重组质粒导入酵母菌； 检测筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵 培养。,复合型免疫缺陷症患者缺失腺苷酸脱氨酶基因（A基因）,造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶。简述用基因治疗方法治疗复合型免疫缺陷症的过程。, 从患者体内分离出淋巴细胞进行培养； 用限制酶从正常人体细胞中获取A基因，插入 质粒构建基因表达载体； 用显微注射法将重组质粒导入淋巴细胞； 检测筛选出成功转化的淋巴细胞，转入患者 体内； 一段时间内，检测患者体内是否产生腺苷酸 脱氨酶。,