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1、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
2、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
3、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
4、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)
5、、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
6、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
7、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
8、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，
9、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DN
10、A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
11、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。,
