Nothing is impossible for a willing heart. （心之所愿，无所不成）,今日赠言：,基因工程的应用,学习目标： 1、举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果 2、指出抗虫棉、金米的培育过程 3、列举应用于临床治疗的基因工程药物 4、概述镰刀型细胞贫血症的治疗方案,一、基因工程在农业上的应用,哪些转基因作物已进入大规模商业化应用?,转基因大豆、玉米、棉花和油菜,植物基因工程技术主要用于哪些方面?,抗虫转基因植物,抗病转基因植物,抗逆转基因植物,利用转基因改良作物品质，提高产量,（一）、抗虫转基因植物,方法：,从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,成果：,转基因抗虫棉；转基因抗虫水稻等。,思考： 作用机理 Bt毒蛋白基因表达出的蛋白质本身 有毒吗？它对哺乳动物有毒害吗？,优点：减少环境污染，降低生产成本,目的基因：,转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（黄色枯萎植株）,抗虫棉（左）和普通棉（右）,回顾：,病毒外壳蛋白基因 病毒的复制酶基因,成果：,抗烟草花叶病毒的转基因烟草 抗病毒的转基因小麦等。,（二）、 抗病转基因植物,抗病毒基因：,几丁质酶基因、抗毒素合成基因,抗真菌基因：, 引起植物生病的病原微生物有： 病毒、真菌和细菌,注意：没有出现“抗细菌基因”,目的基因,（三）、抗逆转基因植物,抗盐碱 抗干旱,与细胞内的渗透压调节有关 目的基因：调节细胞渗透压的基因,抗寒：将鱼的 抗冻蛋白基因 导入烟草、 番茄, 抗除草剂：相关基因为：抗除草剂基因,人体必不可少，而机体内又不能合成的， 必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。 必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。 如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。 另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。,（四）、改良农作物品质，提高产量,如何用转基因的方法加以改良？, 将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物 改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性， 提高氨基酸含量,转基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果实成熟的基因,转基因矮牵牛的目的基因 是什么？,与植物花青素代谢有关的基因,转基因蓝玫瑰,异想天开：,能发荧光的热带斑马鱼,普通热带斑马鱼是不发荧光的,如何让普通热带斑马鱼也发荧光?,二、动物基因工程前景广阔,什么叫转基因动物？,将目的基因导入到动物的受精卵里，目的基 因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。,（一）用于提高动物生长速度,导入外源生长激素基因,（二）用于改善畜产品的品质,举例说明：,将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。 作用：转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,（三）用转基因的动物生产药物,设问:就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的乳腺。,（1）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。 （2）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。 （3）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。,设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,药用蛋白基因,构建基因表达载体,哺乳动物受精卵中,形成早期胚胎,母体动物子宫,发育成转基因动物,动物进入泌乳期 （分泌的乳汁中包含所需要的药物）,优点：,产量高、质量好、成本低、易提取,乳腺蛋白基因 的启动子,运载体,显微注射,体外,移入,乳腺生物反应器（或乳房生物反应器）（操作过程）,受性别限制，受精卵只能发育为雌性,产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶,点击：返回至37页,缺点：, 注意： 受体细胞为受精卵，不是乳腺 细胞 获得的转基因动物所有细胞是否均有药 用蛋白基因？ 药用蛋白基因表达的部位？ 设想：若从尿液中提取药物，不受性别 限制；可以采用一定方法让药用 蛋白基因在膀胱上皮细胞中表达。,是,乳腺,想一下：构建过程中，以什么为受体细胞？,思考：乳房生物反应器的操作过程与转基因 动物操作过程有何不同之处？并阐述原因？,要在药用蛋白质基因序列前加上乳腺蛋白 基因的启动子（乳腺组织中特异表达的启动子） 构成表达载体。,因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异 表达的启动子。（基因的选择性表达）,IMN,供体动物：,存在的难题：,解决方法：,在供体基因组中导入某种基因调节因子， 以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原 决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免 疫排斥反应的转基因克隆猪器官。,免疫排斥,用转基因动物作器官移植的供体动物、存在的 难题和解决的方法分别是什么？,猪（内脏构造与人相似、致病基因少）,（四）用转基因动物作器官移植的供体,设想具体步骤：,1、导入某种基因调节因子,某种基因调节因子,构建基因表达载体,显微注射,猪的受精卵,早期胚胎,移入,母体子宫,转基因猪,2、设法除去抗原决定基因,取猪的体细胞,除去抗原决定基因,对该体细胞采用克隆技术,转基因克隆猪,总结：,基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。 该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。,三、 基因工程药物异军突起,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？,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和转基因动物，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,1、什么是工程菌？ 2、用基因工程生产的药品的化学成分应该是 什么？ 举例： 细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素2、干扰 素）、 抗体、疫苗、某些激素等 3、干扰素化学本质是什么？能否选择原核生 物作为受体细胞？ 4、青霉素高产菌株的育种方法是？,用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。,一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。 1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。,基因工程药品 胰岛素,干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。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，每300L血液只能提取出1mg干扰素。,基因工程药品 干扰素,治疗侏儒症的唯一方法，是注射生长激素。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 450 L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。,基因工程药品 生长激素,目前我国生产的基因工程药物有胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。,练一练,1、利用细菌大量生产人胰岛素，下列有关叙述不正确的是 A、需有适当载体将人胰岛素基因导入细菌 B、需有适当的酶对载体与人胰岛素基因进行切割与黏合 C、重组后的DNA分子，须在细菌体内转录、翻译成人胰岛素 D、利用细菌生产人胰岛素的过程需要核糖体、内质网、高尔基体的参与,2、下列不属于利用基因工程技术制取的药物是 A、在酵母菌体内获得干扰素 B、从大肠杆菌体内制取白细胞介素 C、在青霉菌体内获取青霉素 D、在大肠杆菌细胞内获得胰岛素,D,C,33,四. 基因治疗,策略主要有基因置换、基因修复、基因增补、基因失活。,1、 把正常基因导入病人体内，使该基因 的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病 的目的。 这是治疗遗传病的最有效的手段。,2、原理：见提纲,1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，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输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。,实例：,3、基因治疗的类型,4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段,方法简单，效果难以控制,体外基因治疗（步骤）,健康的正常基因,运载体,构建基因表达载体,导入,患者体内取出的特定功能的细胞（如：淋巴细胞等）,筛选,成功转移的细胞,输入,患者体内,注意： 1、受体细胞是否为受卵？ 2、特点：操作复杂，效果 可靠,点击：比较“乳腺生物反应器”,IMN,5. 用于基因治疗的基因种类,1）用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产 物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地 中海贫血病的治疗。,2）反义基因。用mRNA分子与病变的mRNA 分子进行互补，阻断蛋白质的合成。,3）自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶 基因。,练一练,3、2009年4月29日人类基因治疗报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指 A、把健康外源基因导入有缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。 B、对有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。 C、运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常。 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。,A,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；,五、基因诊断与基因芯片,DNA分子杂交原理： DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,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。 举例 珠蛋白的DNA探针 镰刀状细胞贫血症 苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症 白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 白血病,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,注意：不能用于改造基因,基因工程与食品业,基因工程为食品工业中提供了什么前景？ 基因工程为人类开辟新的食物来源。 鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。 用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,基因工程与环境保护,基因工程在环保方面有什么应用？ 用于环境监测。 用于被污染环境的净化。 通过基因工程方法怎样进行环境监测？ 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。,