第四节 基因工程的发展前景v提高农作物光能利用率的方法有：提高农作物光能利用率的方法有： 1 1、控制光照；、控制光照； 2 2、控制温度；、控制温度； 3 3、提供适量的二氧化碳；、提供适量的二氧化碳； 4 4、提供适量的水分、提供适量的水分二磷酸核二磷酸核酮糖糖羧化化酶/加氧加氧酶， CO2的固定的固定阶段段反反应是在是在二磷酸核二磷酸核酮糖糖羧化化酶催化下催化下完成完成,提高提高羧化酶活性羧化酶活性,降低加氧酶活性降低加氧酶活性.在基因工程方面的最新尝试在基因工程方面的最新尝试光合作用光合作用生物固氮生物固氮氮在植物体中的作用氮在植物体中的作用1)、氮是构成、氮是构成蛋白质蛋白质的主要成分，的主要成分，2)、核酸、辅酶、磷脂、叶绿素核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等都含有氮等都含有氮 所以氮为所以氮为基本生命元素基本生命元素，必须不断补充必须不断补充植物体氮吸收的形式：植物体氮吸收的形式：主要是主要是无机态氮无机态氮，即，即铵态氮铵态氮和和硝态氮硝态氮，也可，也可以吸收利用以吸收利用有机态氮有机态氮，如，如尿素尿素等。等。生物固氮生物固氮什么叫做生物固氮？什么叫做生物固氮？固氮微生物固氮微生物将将N N2 2还原为还原为含含N N化合物化合物的过程。的过程。根瘤菌根瘤菌豆科植物豆科植物 将固氮细菌体内的将固氮细菌体内的固氮基因转移固氮基因转移到到非豆科粮食作物非豆科粮食作物的细胞内，让非豆科粮食的细胞内，让非豆科粮食作物的细胞内作物的细胞内合成出固氮酶合成出固氮酶并且并且固氮固氮固氮基因工程：固氮基因工程：生物反应器生物反应器 利用转基因的植物和动物来生产蛋利用转基因的植物和动物来生产蛋白质药物或疫苗白质药物或疫苗热点热点1植物植物生产生产疫苗疫苗2001-62001-6中国农科院经过十年研究，培育出的抗乙中国农科院经过十年研究，培育出的抗乙中国农科院经过十年研究，培育出的抗乙中国农科院经过十年研究，培育出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试 抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫苗。苗。苗。苗。 这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在2 2元左右。元左右。元左右。元左右。 如荷兰的如荷兰的GenPharm公司用公司用转基因牛生产乳铁蛋转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的生产出来营养奶粉的销售额是销售额是50亿美元。亿美元。热点热点2转基因转基因动物乳腺动物乳腺生产生产蛋白质药物蛋白质药物蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程崛起的缘由v1 1、基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋、基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。白质。v2 2、天然蛋白质不一定完全符合人类的需要。、天然蛋白质不一定完全符合人类的需要。v生产符合人们需要的并非自然界已存在的蛋白质。生产符合人们需要的并非自然界已存在的蛋白质。v对天然的蛋白质进行改造，你认为应对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？通过对基因的操作来实现？蛋白质工程流程图：蛋白质工程流程图：预期预期功能功能DNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠蛋白质工程蛋白质工程:通过基因修饰或基因合成，通过基因修饰或基因合成，对现对现有蛋白质进行改造有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，或制造一种新的蛋白质，中心法则v在在基基因因工工程程中中，科科学学家家常常用用细细菌菌、酵酵母母菌菌等等微微生物作为受体细胞，原因是生物作为受体细胞，原因是v A.结构简单，操作方便结构简单，操作方便 B.遗传物质含量少遗传物质含量少 vC. 繁殖速度快繁殖速度快 D.性状稳定，变异少性状稳定，变异少v1976年年，美美国国的的H.Boyer教教授授首首次次将将人人的的生生长长抑抑制制素素释释放放因因子子的的基基因因转转移移到到大大肠肠杆杆菌菌，并并获获得得表表达，此文中的达，此文中的“表达表达”是指该基因在大肠杆菌是指该基因在大肠杆菌 vA能进行能进行DNA复制复制 B能传递给细菌后代能传递给细菌后代vC能能合合成成生生长长抑抑制制素素释释放放因因子子 D能能合合成成人人的生长素的生长素CC例：分析表例：分析表T4溶菌酶的修饰溶菌酶的修饰结果，说明修饰的目的。结果，说明修饰的目的。酶酶半胱氨酸的位置和数目半胱氨酸的位置和数目 二硫二硫键数目数目 相相对活活性性热稳定定性性 野生型野生型T4T4溶菌溶菌酶酶突突变酶酶A A突突变酶酶B B突突变酶酶C C突突变酶酶D D突突变酶酶E E突突变酶酶F F Cys54,Cys97Cys54,Cys97CysCys，Cys97Cys97Cys9Cys9，Cys164Cys164Cys21Cys21，Cys142Cys142Cys3Cys3，Cys9Cys9，Cys97Cys97，Cys164Cys164Cys9Cys9，Cys21Cys21，Cys164Cys164， Cys142Cys142CysCys，Cys9Cys9，Cys21Cys21，Cys97Cys97，Cys142Cys142，Cys164Cys164 无无1 11 11 12 22 23 3 1001001961961061060 095950 00 0 41.941.946.746.748.348.352.952.957.657.658.958.965.5 65.5 T4溶菌酶及其溶菌酶及其6个突变体的性质个突变体的性质 T4溶菌酶的修饰属于氨基酸置换修饰。如表所示，人们通过定点诱变产生突变型的T4溶菌酶，再进行酶活性的测定，实验结果表明，有二硫键存在时，酶的热稳定性升高，二硫键越多酶就越稳定。 目的：提高酶的稳定性。目的：提高酶的稳定性。利用已知基因利用已知基因制备探针制备探针(单链单链DNA或或RNA)将待测基因经热处理将待测基因经热处理成成单链单链DNADNA, ,并扩增得并扩增得到大量到大量DNADNA单链单链探针与突变基因结合形探针与突变基因结合形成特定颜色的成特定颜色的杂交斑杂交斑两者在一种特两者在一种特制的尼龙膜上制的尼龙膜上进行进行混合混合2 2、基因诊断、基因诊断DNA附着在膜上附着在膜上硝化纤维素硝化纤维素加探针加探针报告基因（含荧光素分子）报告基因（含荧光素分子）变性变性DNA杂交杂交（如检测（如检测SARS病毒等）病毒等）abcd基因诊断的原理：基因诊断的原理： DNADNA分子杂交分子杂交基因诊断：基因诊断： 也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即，即在在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。的疾病进行诊断。 探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素( (如如3232P)P)、荧、荧光分子光分子等标记的等标记的DNADNA分子；分子； 原原 理：利用理：利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理v在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自贵，而且产量低，临床供应明显不足。自70年代遗年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以并以重组重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：请分析回答：v（ 1） 在在 基基 因因 工工 程程 中中 ， 质质 粒粒 是是 一一 种种 最最 常常 用用 的的 ，它它广广泛泛地地存存在在于于细细菌菌细细胞胞中中，是是一一种种很很小小的的环环状状 分子。分子。v（2）在在用用目目的的基基因因与与质质粒粒形形成成重重组组DNA过过程程中中，一般要用到的工具酶是一般要用到的工具酶是 和和 。运载体，运载体， DNA限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶切切 DNA连接接酶酶v在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自贵，而且产量低，临床供应明显不足。自70年代遗年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以并以重组重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：请分析回答：v（3）将将含含有有“某某激激素素基基因因”的的质质粒粒导导入入细细菌菌细细胞胞后后，能能在在细细菌菌细细胞胞内内直直接接合合成成“某某激激素素”，则则该该激激素素在在细细菌菌体体内内的的合合成成包包括括 和和 两两个个阶段。阶段。v（4）在将质粒导入细菌时，一般要用）在将质粒导入细菌时，一般要用 处理细处理细菌，以增大菌，以增大 。 转录转录 翻译翻译 CaCl2细菌细胞细胞壁的通透性。细菌细胞细胞壁的通透性。乙肝疫苗v1980年，法国科学家首先用基因工程方法，在细菌和小鼠细胞中诱导产生乙肝病毒的蛋白质，并且证明该蛋白质具有免疫原性。v1982年，乙肝疫苗首次在美国面世，但由于是从人携带者的血液中分离出的病毒经灭活后作为疫苗，因而受到血液的来源和技术的限制。制成的疫苗数量少、价格昂贵、难于推广。并且由于血源制品，安全上没有保障。为避免受爱滋病毒的污染，有些国家已经禁止使用乙肝血源性疫苗。v目前主要采用基因工程的方法获得疫苗。目前所用的疫苗主要指：美国和日本等国采用的将重组DNA导入酵母，有酵母菌产生乙肝抗原而制成疫苗，另一种是以色列等国采用的，将重组DNA导入仓鼠细胞中，有仓鼠细胞产生疫苗。 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入乳汁不进入体内循环，不会影响体内循环，不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生理生理代谢反应。代谢反应。 2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量高，产量高，易提纯易提纯，表达的，表达的蛋白质已经过充分的修饰加蛋白质已经过充分的修饰加工工，具有，具有稳定的生物活性稳定的生物活性。 3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产获得目的基因的产物的同时，物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？所呢？ 在经济效益方面，应用转基因动物乳腺生物反应器技术来制造基因药物也是一种可以获取巨额经济利润的新型产业。 英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊，其乳汁中含有a,1抗胰蛋白酶，可治疗肺气肿病。这种病在北美比较常见，病人以前只能依赖于注射人的a,1抗胰蛋白酶做替代疗法， 价格昂贵，而现在用转基因羊来生产，每升这种羊奶可售6000美元。