第3節(jié)基因工程的應(yīng)用第3章基因工程本節(jié)聚焦1.基因工程的應(yīng)用有哪些？2.怎樣理性看待基因工程在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用？胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物－重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。已被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量等方面2016年世界范圍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了82%，作物產(chǎn)量增加了66×10t，增加經(jīng)濟(jì)收益近1.3萬億元植物方面：在轉(zhuǎn)基因動物方面，近些年幾乎每年都有令人瞰目的研究成果報道，有些成果正在進(jìn)入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段。2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物—轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市。動物方面：1、轉(zhuǎn)基因抗蟲植物從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性，是目前防治作物蟲害的發(fā)展趨勢。已問世的的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（被害蟲侵害的黃色植株）許多栽培作物由于自身缺少基因，因此用常規(guī)育種的方法很難培育出抗病的新品種?？茖W(xué)家將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤隽宿D(zhuǎn)基因抗病植物，如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒2、轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒3、轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的作物品種。這樣在噴灑除草劑時，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田4、改良植物的品質(zhì)隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改良這些品質(zhì)。例如，將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，可以提高這種氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。我國科學(xué)家成功地將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ校顾尸F(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。轉(zhuǎn)基因矮牽牛5、提高動物的生長速率由于外源生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，因此科學(xué)家將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。例如，我國科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)膈庺~，在同等養(yǎng)殖條件下，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%～115%。轉(zhuǎn)生長激素基因的鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）6、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱為乳糖不耐受。我國約有1/3的成年人對乳糖不耐受。為了解決這一問題，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物，是目前基因工程取得實際應(yīng)用成果非常多的領(lǐng)域。這些藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等，它們可以用來預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的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。1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1kg培養(yǎng)物中可以得到20～40mg干擾素。1993年，我國批準(zhǔn)生產(chǎn)重組人干擾素α-1b,它是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。干擾素對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物，是目前基因工程取得實際應(yīng)用成果非常多的領(lǐng)域。1.基因工程藥物（1)成果：細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。（2)應(yīng)用：預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。2.用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物（乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器）（1)科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物。（2)目前，科學(xué)家已經(jīng)在牛、山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。3.用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體（1)選擇豬的器官作為人體移植器官替代品的原因：豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似，而且與靈長類動物相比，豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要少得多。（2)器官移植的最大難題是免疫排斥，對豬器官進(jìn)行改造的方法：目前，科學(xué)家正嘗試在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(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，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。假如某位心臟病患者換上經(jīng)改造的豬心臟后，過上了健康人的生活，在生活中，他會遭到歧視嗎？對此你怎么看？想一想？基因工程制藥有何優(yōu)越性？思考：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系一般稱為“工程菌”，如含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株，含有抗蟲基因的土壤農(nóng)桿菌菌株都是“工程菌”。與傳統(tǒng)的制藥過程相比，“工程菌”生產(chǎn)藥物有以下優(yōu)越性：①利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量的藥品。②可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足，如胰島素、干擾素的生產(chǎn)等。③降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用基因工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類。利用基因工程菌除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。（1)阿斯巴甜是一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可以通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。（2)科學(xué)家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。凝乳酶是一種最早在未斷奶的小牛胃中發(fā)現(xiàn)的天門冬氨酸蛋白酶,可專一地切割乳中K-酪蛋白的Phe105-Met106之間的肽鍵，破壞酪蛋白膠束使牛奶凝結(jié)，凝乳酶的凝乳能力及蛋白水解能力使其成為干酪生產(chǎn)中形成質(zhì)構(gòu)和特殊風(fēng)味的關(guān)鍵性酶，被廣泛地應(yīng)用于奶酪和酸奶的制作。（3)相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，利用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的純度更高，而且它的生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。（4)利用基因工程還能培育出可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”來處理環(huán)境污染；利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源等。課堂練習(xí)1.下列有關(guān)抗病毒轉(zhuǎn)基因植物的敘述中，正確的有()①抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒②抗病毒轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性③抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲④抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會變異⑤幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因均不屬于抗病毒基因A.1項 B.2項 C.3項 D.4項B2.基因工程在農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)方面具有突出貢獻(xiàn),下列有關(guān)敘述正確的是()A.體外基因治療具有操作簡單，效果不夠可靠的缺點B.用含H1N1病毒堿基序列的DNA探針，可檢測發(fā)熱病人體內(nèi)是否含H1N1病毒C.用放射性同位素標(biāo)記DNA探針的作用是增加探針DNA的分子量D.利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的動物，目的基因只存在于特定的細(xì)胞中B3.1987年，美國科學(xué)家將螢火蟲的螢光素基因轉(zhuǎn)入煙草植物細(xì)胞的染色體上，獲得高水平的表達(dá)。長成的植物通體光亮，堪稱自然界的奇跡。這一研究成果表明（

）①螢火蟲與煙草植物的DNA結(jié)構(gòu)基本相同②螢火蟲與煙草植物共用一套遺傳密碼③煙草植物體內(nèi)合成了螢光素

④基因工程