基因工程的基本操作程序,獲取目的基因從基因文庫利用PCR化學(xué)方法人工合成構(gòu)建基因表達(dá)載體目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因?qū)⒛康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射法、Ca2+處理法目的基因的檢測與鑒定檢測：是否插入、轉(zhuǎn)錄、翻譯鑒定：個體生物學(xué)水平的鑒定,基因工程的應(yīng)用,1.植物基因工程碩果累累,抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,方法：,目的基因：,從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲性,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等,成果：,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉；轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等。,抗蟲棉（左）和普通棉（右）的葉子,轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（黃色枯萎植株）,1.植物基因工程碩果累累,目的基因：,病毒外殼蛋白基因（CP基因）病毒的復(fù)制酶基因,成果：,抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等。,1.植物基因工程碩果累累,抗病轉(zhuǎn)基因植物,抗病毒基因：,幾丁質(zhì)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、真菌和細(xì)菌,1.植物基因工程碩果累累,抗逆轉(zhuǎn)基因植物,成果：,A.利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，提高作物抗旱和抗鹽堿能力；B.將魚的抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄，提高番茄的抗凍能力。C.將抗除草劑基因?qū)朕r(nóng)作物中，在噴灑除草劑時，殺死雜草而不殺死農(nóng)作物。,1.植物基因工程碩果累累,利用轉(zhuǎn)基因改良農(nóng)作物品質(zhì),成果：,A.將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)的編碼基因?qū)胗衩?，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米賴氨酸含量提高30。B.將控制番茄成熟的基因帶入番茄，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄，儲存期可以達(dá)2個月。C.將與植物花青素有關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛出現(xiàn)顏色變異。,2.動物基因工程前景廣闊,用于提高動物生長速度,目的基因？舉例說明,用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì),舉例說明,用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物,如何操作？生產(chǎn)出哪些藥物？,用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體,如何操作？,2.動物基因工程前景廣闊,用于提高動物生長速度,目的基因：,生長激素基因,例如：,將外源生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)，9個月后轉(zhuǎn)基因鯉魚比對照組重1.5Kg。,腸乳糖酶基因,例如：,將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使轉(zhuǎn)基因奶牛中乳糖含量大大降低。,用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì),目的基因：,2.動物基因工程前景廣闊,藥用蛋白基因,用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物（生物反應(yīng)器或乳腺生物反應(yīng)器）,目的基因：,過程：,獲取目的基因（藥用蛋白基因）,構(gòu)建基因表達(dá)載體（藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組）,顯微注射（哺乳動物受精卵中）,形成胚胎,將胚胎送入母體動物,發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性動物個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）,動物進(jìn)入泌乳期（分泌的乳汁中包含所需要的藥物）,為什么乳腺能成為基因藥物最理想,（1）乳腺是一個外分泌腺器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。（3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可大量繁殖。,2.動物基因工程前景廣闊,乳腺生物反應(yīng)器：,用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物,指以轉(zhuǎn)基因雌性動物個體的乳腺分泌乳汁來生產(chǎn)所需藥品。,優(yōu)點(diǎn)：,產(chǎn)量高 質(zhì)量好成本低 易提取,成果：,抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、抗胰蛋白酶,2.動物基因工程前景廣闊,用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體,供體動物：,豬,存在難題：,解決方法：,將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。,免疫排斥,3. 基因工程藥物,在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。如胰島素從生物胰腺中提取，干擾素從血液中提取。,傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn)：,由于受原料來源的限制，數(shù)量少且價格十分昂貴。,可利用什么方法來解決上述問題？,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。,一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會需要。1979年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)實(shí)現(xiàn)了表達(dá)。,基因工程藥品 胰島素,3. 基因工程藥物,干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白。幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。,基因工程藥品 干擾素,3. 基因工程藥物,治療侏儒癥的唯一方法，是注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。 現(xiàn)利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。 人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品 生長激素,3. 基因工程藥物,目前我國生產(chǎn)的基因工程藥物有白細(xì)胞介素2、干擾素、乙肝疫苗等。,18,4. 基因治療,基因治療：,基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。這是治療遺傳病的最有效的手段。,體外基因治療：從病人體內(nèi)獲取某種細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。,4. 基因治療,體內(nèi)基因治療：,例如：,CFTR基因缺失3個堿基對,CFTR蛋白缺少一個苯丙氨酸，導(dǎo)致CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常,CFTR蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的功能異常,患者支氣管內(nèi)黏液增多,黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染,囊性纖維病,直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因,4. 基因治療,治療方法：,利用修飾的腺病毒作為載體，將治療囊性纖維病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者的肺部組織中。,體內(nèi)基因治療：,直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因,基因芯片,環(huán)境監(jiān)測：基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來基因診斷：基因診斷是用反射性同位素（如32P）、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標(biāo)本上的遺傳信息從正常人的基因組中分離出DNA與基因芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與基因芯片雜交就可以得出病變圖譜通過比較、分析兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。