资源简介

(共53张PPT)
基因工程的应用
第3章 第3节
羊产出蜘蛛丝——动物转基因技术
抗病毒基因
鱼类的抗冻蛋白基因
萤火虫的荧光基因
乌龟的长寿基因
人类胰岛素的合成基因
富含赖氨酸的蛋白质合成基因
植物花青素（花色）代谢有关的基因
根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？
受体细胞
=
导入
？
基因工程自20世纪70年代兴起后， 得到了飞速的发展， 展示出广阔的前景。
基因工程的应用
植物基因工程硕果累累
动物基因工程前景广阔
基因工程药品异军突起
基因治疗曙光初照
美国是转基因作物种植面积最大的国家，转基因棉花、大豆、玉米的种植面积占相关作物种植面积的比例超过90%。
2017年，我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。
2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
大西洋鲑
基因工程在农牧业方面的应用
一、植物基因工程硕果累累
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利用转基因改良作物品质，提高产量
1.1 抗虫转基因植物
从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，导入农作物，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展趋势。
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
用于杀虫的基因主要是 :
我国转基因抗虫棉。
图为 苏云金芽孢杆菌
为什么Bt毒蛋白对哺乳动物、其他昆虫无毒害作用？
特异性受体、碱性环境的肠道
Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出的抗虫基因，该基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，水解成分子质量较小的有毒多肽，这些多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。最后造成害虫死亡。
蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中，该基因产生的抑制剂可与害虫消化道内的蛋白酶结合，阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。
淀粉酶抑制剂基因产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
植物凝集素基因会控制合成一种糖蛋白，这种糖蛋白可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。
1.2 抗病转基因植物
病原微生物指引起植物生病的微生物，如病毒、真菌和细菌等
目前人们已获得：抗烟草花叶病毒的转基因烟草
抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。
病毒外壳蛋白基因（CP基因）
病毒的复制酶基因
抗病毒基因：
几丁质酶基因
抗毒素合成基因
抗真菌基因：
常规育种很难培育出抗病毒的新品种，因为许多栽培作物缺少抗病（毒）的基因。
例子：抗病转基因植物
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。
1）哪些环境条件会造成农作物低产、减产？
盐碱、干旱、低温和涝害等
2）盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？
细胞内的渗透压调节
3）我国西北地区的主要气候特点是年降雨量小，从而影响粮食
的产量，如果从基因工程的角度考虑，如何避免粮食减产？
思考·讨论:
可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）
1.3抗逆转基因植物
调节细胞渗透压的基因
鱼的抗冻蛋白基因
抗除草剂基因
用于抗逆的基因主要是 :
抗盐碱和干旱
耐寒
补充：抗除草剂基因有何用途？
喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物
1.4利用转基因改良植物品质
例1：使食品的营养成分均衡
科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米。
豆类食品含蛋氨酸（即甲硫氨酸）比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少。这些人体必需氨基酸的缺少对健康很不利。
1.4利用转基因改良植物品质
番茄富含维生素，但不耐储存。
我国科学家将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。储存时间可延长1-2个月，有的可达80多天。
例2：转基因耐储存番茄
1.4利用转基因改良植物品质
例3：转基因矮牵牛花
将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色,提高花卉的观赏价值。
转基因蓝玫瑰
异想天开
科学家研究发现，萤火虫发光是发光器中的荧光素，在荧光酶的催化作用下，发出的间歇光。
1997年，美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达，长成的植物通体光亮。
02动物基因工程培育方法：将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。实例：转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。提高动物的生长速率转入外源生长激素基因的“超级小鼠”转生长激素基因鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上）培育方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。实例：乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛改善畜产品的品质解决问题：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，称之为乳糖不耐受。低乳糖奶牛利用微生物或动植物生产药物
激素
细胞因子
抗体
疫苗
基因工程在医药卫生领域的应用
用转基因动物生产药物
将哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”。
将 _____与 等调控组件重组在一起，通过 方法，导入哺乳动物的 中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。
乳腺蛋白基因的启动子
药用蛋白基因
显微注射
受精卵
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品,因而称为乳房（乳腺）生物反应器
获取目的基因
（药用蛋白基因）
构建基因表达载体
（药用蛋白基因与乳腺蛋白基因
的启动子等调控组件重组）
显微注射
（哺乳动物受精卵中）
形成胚胎
将胚胎送入
母体动物
发育成转基因动物
（只有在产下的雌性动物个体
中，转入的基因才能表达）
动物进入泌乳期
（分泌的乳汁中包
含所需要的药物）
优点：
产量高；质量好；成本低；易提取
为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理想的表达场所呢？
1）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。
2）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。
3）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。
抗体恒定区（C区）在不同物种中存在差异，因此鼠源单抗会被人体免疫系统识别为抗原。科学家设法将鼠源抗体的恒定区
（C区）替换成人的，或者只保留鼠源抗体中对抗原识别起决定性作用的部分（CDRs）。这两类的抗体都可以通过设计嵌合基因通过基因工程来实现工业化生产。不过，最安全的还是全人源化抗体。
基因工程在医药卫生领域的应用
胚胎干细胞
基因编辑敲除抗体生成基因
人的抗体
生成基因
植入囊胚腔
免疫系统的“自我”识别是胚胎发育阶段发展出来的。在小鼠免疫系统发展出自我识别之前替换成人的抗体生成基因，就可以产生出全人源化抗体（并被小鼠识别为自我）。
发育
互交
基因工程在医药卫生领域的应用
寻求可替代的移植器官， 如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题①人体器官移植的世界性难题：人体移植器官短缺②解决途径：猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物猪的优点：最大难题：免疫排斥4、用转基因动物作为器官移植的供体③对猪的器官进行改造的方法：在器官供体的_______中导入某种_________，以______________________，或设法_________________，然后再结合______技术，培育出____________________的__________________。基因组调节因子抑制抗原决定基因的表达除去抗原决定基因克隆不会引起免疫排斥反应转基因克隆猪器官02医药卫生领域 假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。
异想天开
基因工程的应用
植物基因工程硕果累累
动物基因工程前景广阔
基因工程药品异军突起
基因治疗曙光初照
基因工程
外源基因
高效表达
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
概念：
步骤：
应用：
用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌
利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
1
基因工程菌
三 基因工程药物异军突起
【资料1】：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，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。
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！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!
三 基因工程药物异军突起
【资料2】：干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。
20世纪90年代以来，我国自己生产的白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等近20种基因工程药物投放市场，年产值达30亿元人民币。
主要用于治疗乙肝的重组人干扰素α-1b（安达芬）是我国第一个国内批准生产的基因工程药物，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。
可用来治疗侏儒症。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 450 L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。
补充：基因工程药品 —— 生长激素
食品工业方面
03
应用：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶
制备方法：
一种普遍使用的甜味剂， 主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
2
实例——阿斯巴甜
2
实例——凝乳酶
传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。
食品工业方面03基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。应用：制备方法：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶构建基因工程菌， 然后用发酵技术大量生产优点：2实例——淀粉酶、脂酶　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来1环境监测：其他应用：环保领域的应用04其他应用：环保领域的应用042净化污染的环境：　有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。基因工程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”。
【易错点拨】
1.疫苗在免疫学上属于 ；如：利用基因工程产生乙肝疫苗实际上是将乙肝病毒的 基因导入受体细胞（一般是大肠杆菌）中并表达，再从大肠杆菌（或培养液）中提取。
2.干扰素的化学本质是 ，其为抗 药物；
抗生素主要指抗 药物。
3.如将含有“人胰岛素基因”的表达载体成功导入到大肠杆菌中，提取的产物却没有“人胰岛素”的生物活性，原因是
。
抗原
表面抗原
蛋白质
病毒
细菌
大肠杆菌没有内质网和高尔基体，无法对胰岛素进行加工
基因工程的应用
植物基因工程硕果累累
动物基因工程前景广阔
基因工程药品异军突起
基因治疗曙光初照
基因治疗，是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。
类型：
体外基因治疗
体内基因治疗
目前两种方法都处于临床试验阶段
四、基因治疗曙光初照
【资料1】：1990年，美国对一名严重复合型免疫缺陷症（SCID）的4岁女童，实施了基因治疗。由于腺苷酸脱氨酶（ADA）基因的缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA）；而该酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，女童不能抵抗病原微生物的威胁，只能生活在无菌的隔离帐里。
研究人员将她的T淋巴细胞取出，通过基因工程将腺苷酸脱氨酶基因转入T淋巴细胞，然后再将这种淋巴细胞转入患者体内。半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，产生的腺苷酸脱氨酶也越来越多，免疫能力显著提高。
体外基因治疗
操作复杂，但效果较为可靠
基因治疗
SCID
的过程
【资料2】：1994年，美国科学家成功地利用修饰的腺病毒作为载体，将正常的相关基因转入遗传性囊性纤维化病的患者肺组织中。
体内基因治疗
方法较简单，但效果难以控制
[思维激活3] 基因治疗是否可治疗所有疾病？实施基因治疗，就是用健康基因取代患病基因，对吗？
科学家尝试通过转基因工程，把一名女性红绿色盲患者的造血细胞进行改造，如成功治疗后，那么，她后来所生的儿子中
（　　）
A．全部有病 B．一半正常 C．全部正常 D．不能确定
XBY x XbXb
XBXb XbY
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，从而对特定的疾病或生物进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子等等；
原 理：主要利用DNA分子杂交原理；
总结提升
你学到了什么？

展开更多......

收起↑