1、1.3 基因工程的應(yīng)用,一、植物基因工程碩果累累,植物基因工程技術(shù)：1.提高農(nóng)作物的抗逆能力 2.改良農(nóng)作物的品質(zhì) 3.利用植物生產(chǎn)藥物,植物基因工程在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用發(fā)展迅速，1996年-2001年，短短5年中，全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增長(zhǎng)了30倍。其中轉(zhuǎn)基因大豆，棉花，油菜，玉米已經(jīng)入了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段。,1.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。,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：,

2、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。,2.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,抗煙草花葉病毒轉(zhuǎn)基因甜椒,抗病毒轉(zhuǎn)基因西葫蘆,抗病毒轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后，以下說法正確的是 A抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，可以抵抗所有病毒 B抗病毒轉(zhuǎn)基因植物，對(duì)病毒的抗性具有局限性或特異性 C抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲 D抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳，不會(huì)變異,3.其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物,耐寒、耐旱轉(zhuǎn)基因水稻,3.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

3、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(shí)，殺死雜草而不殺死農(nóng)作物。,4.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)胗衩祝@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(chǔ)存期可以達(dá)2個(gè)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。,含大量維生素的轉(zhuǎn)基因玉米,抗癌抗衰老的紫色西紅柿,轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米,轉(zhuǎn)基因矮牽牛,轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰,轉(zhuǎn)入熒光酶的轉(zhuǎn)基因煙草苗,5.利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物,可用于生產(chǎn)治療罕見疾病的蛋白藥物的轉(zhuǎn)基因玉米,二.動(dòng)物基因工程-前景廣

4、闊,1.用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度,2.用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì),3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物,4.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體,1.用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度,轉(zhuǎn)入外源生長(zhǎng)激素基因的“超級(jí)小鼠”,目的基因：,生長(zhǎng)激素基因,2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),“乳糖不耐癥” 乳糖含量低的奶牛： 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,(1）乳腺（房）生物反應(yīng)器：,指以轉(zhuǎn)基因雌性動(dòng)物個(gè)體的乳腺分泌乳汁來生產(chǎn)所需藥品。,成果：,抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素、抗胰蛋白酶,3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物,藥用蛋白基因,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啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組）,顯微注射

5、 （哺乳動(dòng)物受精卵中）,形成胚胎,將胚胎送入母體動(dòng)物,發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 （只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）,動(dòng)物進(jìn)入泌乳期 （分泌的乳汁中包含所需要的藥物）,優(yōu)點(diǎn)：,產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取,生物學(xué)家通過基因工程培育出了能夠通過乳房生物反應(yīng)器生產(chǎn)人的血清蛋白。 （1）“分子手術(shù)刀”_， （2）“分子縫合針”， （3）“分子運(yùn)輸車” 。 （4）操作步驟：從人的基因組文庫中獲取目的基因；目的基因與_結(jié)合構(gòu)建基因表達(dá)載體；在基因表達(dá)載體中還應(yīng)插入_和終止子。然后把基因表達(dá)載體導(dǎo)入牛的_，通過發(fā)育形成的牛體細(xì)胞含人的_，成熟的牛產(chǎn)的的奶中含有_，證明基因操作成功。 （5）人的基因

6、在牛體內(nèi)能表達(dá),說明人和牛_,優(yōu)點(diǎn)：,（2）膀胱反應(yīng)器,1、收集產(chǎn)物蛋白比較容易，不必對(duì)動(dòng)物造成傷害。 2、可以從動(dòng)物一出生就收集產(chǎn)物，不論動(dòng)物的性別和是否正處于生殖期。 3、從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡(jiǎn)便、高效。,繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答：,將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用的方法是。 進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn) 入中，原因是 。 通常采用 技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的基因組。 在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的 細(xì)胞

7、中特異表達(dá),顯微注射 技術(shù),受精卵 （或早期胚胎）,受精卵（或早期胚胎細(xì)胞）具有全能 性可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞表達(dá),DNA分子雜交,膀胱上皮,4.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體,供體動(dòng)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,（T細(xì)胞）,導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠,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。,1.基因工程藥品 胰島素,三. 基因工程藥物-異軍突起,傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn),產(chǎn)量低，價(jià)格

8、昂貴，遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需要。,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。,1979年，科學(xué)家將動(dòng)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)。 1982年，美國(guó)一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場(chǎng)，售價(jià)降低了30%50%。 胰島素是第一個(gè)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(duì)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。 19801982年，科學(xué)家用

9、基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場(chǎng)。,2.基因工程藥品 干擾素,治療侏儒癥的唯一方法，是注射生長(zhǎng)激素。而生長(zhǎng)激素的獲得很困難。以前，要獲得生長(zhǎng)激素需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長(zhǎng)激素。 現(xiàn)利用基因工程方法，將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長(zhǎng)激素。 人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長(zhǎng)激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,3.基因工程藥品 生長(zhǎng)激素,目前我國(guó)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。,傳統(tǒng)疫苗存在許多缺點(diǎn)：生產(chǎn)過程需大量繁殖病原體，對(duì)工作人員健康造成很大威脅；

10、病原體的減毒、滅活有可能不夠徹底，導(dǎo)致接種者直接感染。 基因工程疫苗：將起關(guān)鍵作用的、序列保守的蛋白質(zhì)基因重組到細(xì)菌或真核細(xì)胞內(nèi)，生產(chǎn)蛋白質(zhì)，制作成疫苗。它不使用病原體本身，所以安全，還可以把不同病原體的抗原基因重組到同一受體細(xì)胞，生產(chǎn)多價(jià)疫苗。,4 基因工程藥品 基因工程疫苗,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,下列不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥品是( ) A. 干擾素 B. 白細(xì)胞介素-2 C. 青霉素 D. 乙肝疫苗,四. 基因治療曙光初照,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。,基因治療：,原理：,把健康動(dòng)物的

11、正常基因?qū)牒腥毕莼虻氖荏w細(xì)胞中，存在基因缺陷的病人細(xì)胞中既含有缺陷基因，又含有通過基因工程導(dǎo)入的正常基因，在病人體內(nèi)兩種基因都能表達(dá)，正常基因的表達(dá)產(chǎn)物掩蓋了缺陷基因的表達(dá)產(chǎn)物，從而治愈有了基因缺陷的疾病。,基因診斷：,基因診斷是用放射性同位素，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(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。,1.體外基因治療,例如：,復(fù)合型免疫缺陷癥的體外治療,直接原因：,缺乏腺苷酸脫氨酶（ADA）,根本原因：,腺苷酸脫氨酶（ADA）基因缺失,方 法：,將ADA基因轉(zhuǎn)入患者的淋巴細(xì)胞,2.體內(nèi)基因治療：,例如：,直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因,囊性纖

12、維病治療,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。,？,38,載體 治療基因,受體 細(xì)胞,重組 受體細(xì)胞,患者 體內(nèi),導(dǎo)入,形成,體外培養(yǎng) 后導(dǎo)入,直接導(dǎo)入,體外基因治療,體內(nèi)基因治療,注意！,對(duì)于遺傳病的治療最根本的方法是進(jìn)行基因替換或修復(fù)。理論上基因治療的最佳時(shí)期是受精卵時(shí)期，這樣可以使每個(gè)細(xì)胞都含有正?；?，但在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。其次是對(duì)患者進(jìn)行相關(guān)細(xì)胞的基因替換，如對(duì)于遺傳性糖尿病患者，只對(duì)胰島B細(xì)胞進(jìn)行基因替換，糖尿病得以治療；但這種局部細(xì)胞的基因替換，并沒有改變其他部位細(xì)胞的基因，如精原細(xì)胞，其后代可能還會(huì)患該病。 基因治療只能替換或修復(fù)部分體

13、細(xì)胞的缺陷基因，不能對(duì)有缺陷的體細(xì)胞進(jìn)行全面修復(fù)。,20世紀(jì)80年代后半期發(fā)展起的一門新技術(shù)-基因敲除技術(shù) 基因敲出主要是應(yīng)用DNA同源重組原理，將同源DNA片段導(dǎo)入受體細(xì)胞，使同源DNA片段在原有位置替代靶基因片段，從而達(dá)到基因敲除的目的。基因敲除既可以使用突變基因或其他基因敲除相應(yīng)的正?；?，也可以用正常基因敲除相應(yīng)的突變基因,3.基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀： 處于初期的臨床試驗(yàn)階段,4.用于基因治療的基因種類： 正?；颉⒎戳x基因和自殺基因,五.基因芯片,基因芯片是特定序列的DNA片段（基因探針） 從正常人的基因組中分離出DNA與DNA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D

14、NA芯片雜交就可以得出病變圖譜。 通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。 基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。,基因工程與食品業(yè),基因工程為人類開辟新的食物來源。 1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達(dá)獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產(chǎn)人類所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產(chǎn)品。,基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？,基因工程與環(huán)境保護(hù),1）用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。 2）用于被污染環(huán)境的凈化。,基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？,例如：用DNA探針可以檢測(cè)飲用水中病毒的含量。此方法的特點(diǎn)是快速、靈敏，1噸水中有10個(gè)病毒也能檢測(cè)出來。,通過基因工程方法怎樣進(jìn)行環(huán)境監(jiān)