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(共34张PPT)
转基因番木瓜(抗病毒)
重组人胰岛素
3.3 基因工程的应用
一、植物基因工程硕果累累
转基因抗虫水稻
转基因抗病毒甜椒
转基因抗除草剂玉米
转基因矮牵牛(花色变异)
主要的抗虫基因：
Bt毒蛋白基因
蛋白酶抑制剂基因
淀粉酶抑制剂基因
植物凝集素基因等
1. 转基因抗虫植物
一、植物基因工程硕果累累
转基因抗病毒甜椒
常用的抗病基因：
病毒外壳蛋白(coat protein，CP)基因
病毒的复制酶基因
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
2. 转基因抗病植物
一、植物基因工程硕果累累
拓展：病毒外壳蛋白基因的抗病毒机理
一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。
另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。
然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。
喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物。
转基因抗除草剂玉米
3. 转基因抗除草剂植物
一、植物基因工程硕果累累
4.改良植物的品质
一、植物基因工程硕果累累
对照
转基因矮牵牛花色变异
转基因延熟番茄
转基因高赖氨酸玉米
8种必需氨基酸：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。
4.改良植物的品质
一、植物基因工程硕果累累
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物；
改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性。
含大量维生素的转基因玉米
抗癌抗衰老的紫色西红柿
转入维生素A合成酶基因的大米
转基因耐寒番茄的目的基因：
鱼的抗冻蛋白基因
转基因耐寒番茄
5.转基因抗逆植物
一、植物基因工程硕果累累
转基因耐寒、耐旱水稻
转基因耐旱作物的目的基因：
调节细胞渗透压的基因
一、植物基因工程硕果累累
一、植物基因工程硕果累累
已进入大规模商业化应用阶段的转基因作物：
转基因大豆、玉米、棉花和油菜
二、动物基因工程前景广阔
1.提高动物的生长速率
将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。
“乳糖不耐症”
二、动物基因工程前景广阔
2.改善畜产品的品质
基因工程艾滋病疫苗
三、基因工程在医药卫生领域的应用
基因工程干扰素
重组人胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。
1978年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，用2000ml大肠杆菌发酵液得到100kg胰岛素。
1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%~50%。
基因工程药品 —— 胰岛素
获取目的基因
构建基因表达载体
导入大肠杆菌(Ca2+处理法)
纯化、加工
培养、纯化
溴化氰处理
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，每300L血液只能提取出1mg干扰素。
1980~1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。
基因工程药品 —— 干扰素
传统疫苗存在许多缺点：生产过程需大量繁殖病原体，对工作人员健康造成很大威胁；病原体的减毒、灭活有可能不够彻底，导致接种者直接感染。
基因工程疫苗：将起关键作用的、序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本身，所以安全，还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞，生产多价疫苗。
基因工程药品 —— 基因工程疫苗
利用微生物生产药物的优越性何在
1.利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。
2.可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。
3.降低生产成本，减少生产人员和管理人员。
1.加料口；2.pH检测及控制装置
3.冷却水进口；4.无菌空气
5.搅拌器；6.冷却水出口
7.出料口；8.排气口
人凝血因子Ⅸ的转基因羊
能产生抗凝血酶Ⅲ蛋白的转基因羊
乳腺生物反应器
乳腺生物反应器
人治疗性抗体转基因奶牛
将药物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，然后培育成转基因动物。
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器。
用转基因的动物生产药物
获取目的基因
构建基因表达载体(目的基因前加特异表达的启动子)
显微注射导入哺乳动物受精卵中
雌性转基因动物
早期胚胎培养
胚胎移植
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，转基因动物又可无限繁殖。
乳腺生物反应器的优点：
产量高；易提取；质量好；成本低。
为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所？
利用基因工程对猪的器官进行改造
方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
转基因猪(器官供体)
用转基因动物作器官移植的供体
1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。
这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。
他们将这个女孩的淋巴细胞进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常淋巴细胞的溶液输入她左臂的一条静脉血管中。
在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。
基因治疗曙光初照
体外基因治疗：先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。
体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。(如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织。)
基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段
用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因
基因诊断：
即为DNA诊断或基因探针技术，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)、荧光分子等标记的DNA分子；
原理：DNA分子杂交原理。
基因治疗曙光初照
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。
β-珠蛋白的DNA探针 → 镰刀状细胞贫血症
苯丙氨酸羧化酶基因探针 → 苯丙酮尿症
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：
基因芯片
应用：基因检测
优势：同时对多个病人进行多种疾病的检测
基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。
基因工程与食品业
基因工程为人类开辟新的食物来源。
鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。
用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。
基因工程与环境保护
环境监测：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。
被污染环境的净化：
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”。
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。
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。

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