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第3章 基因工程
3.3 基因工程的应用

低乳糖奶牛
基因工程肝炎疫苗
1
2
举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用
关注基因工程的进展，认同基因工程的应用价值
学习目标
从社会中来
胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中获取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。
我国拥有自主知识产权的基因工程药物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。
1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。
除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢?
重组人胰岛素注射液
基因工程的应用
基因工程自20世纪70年代兴起后，得到了飞速的发展，在农牧业、医药卫生、（工业、环境、能源）和食品工业等方面，展示出广阔的前景。
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
一、基因工程在农牧业方面的应用
1、转基因抗虫植物
从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状
方法：
转基因抗虫棉花、玉米、水稻、大豆、马铃薯等。
成果：
2、转基因抗病植物
科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
方法：
转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等
成果：
转基因抗虫水稻(绿色植株)与对照(被害虫侵害的黄色植株)
转基因抗病毒甜椒
一、基因工程在农牧业方面的应用
3、转基因抗除草剂植物
杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，
还会损伤作物，导致作物减产
将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂
的作物品种。
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
种植转基因抗除草剂大豆的农田
方法：
成果：
(1)基因： 。
(2)成果：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。
一、基因工程在农牧业方面的应用
优良基因
成果
的蛋白质编码基因
富含赖氨酸的转基因玉米
与植物花青素代谢相关的基因
______________
必需氨基酸含量多
转基因矮牵牛
4、利用转基因改良植物品质
营养价值、观赏价值等
5、利用转基因提高动物的生长速率
(1)基因：外源生长激素基因。 (2)成果： 。
转基因鲤鱼
肠乳糖酶基因
6、用来改善畜产品的品质
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1、基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物
常见药物类型：
应用：
实例：
细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。
我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。
思考：生产乙肝疫苗，应向酵母菌细胞导入什么基因？
乙肝病毒抗原基因
二、基因工程在医药卫生领域的应用
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
显微注射
受精卵
泌乳期
分泌乳汁
转基因动物
药物
发育
(1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。(2)产物直接经乳汁分泌，易提取。
优点：
2、让转基因哺乳动物批量生产药物
乳腺/房生物反应器
目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
应用：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？
2.为什么将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起？
3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？为什么？
4.生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？
5.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
6.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因**？
7.用生物反应器生产药物的优点？
让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达
几乎所有细胞
不是，指的就是这个转基因动物
【易错点拨】
因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的
膀胱
不受性别与年龄的限制（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌）
将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件重组
产量高、成本低、产品质量好容易提取、
二、基因工程在医药卫生领域的应用
3、用转基因动物作为器官移植的供体
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似；
②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。
最大的难题：存在免疫排斥反应。
猪的优点：
人体移植器官短缺
寻求可代替的移植器官
猪的内脏与人相似
培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官
抑制抗原决定基因表达
或除去抗原决定基因
在器官供体基因组中导入某种调节因子
改造方法：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。
医生用一只1岁大、240磅重的小猪心脏替换了Dave原本的心脏。而这只小猪，是Revivicor公司专门为异种移植进行基因编辑和培育的。
2022年3月8日，大卫·贝内特因病情恶化而不幸去世，这颗猪心脏让他延长了2个月寿命。他的家人表示：感谢每一个创新时刻，每一个疯狂的梦想，每一个不眠之夜，感谢每一分努力。希望这个故事成为希望的开始，而不是结束。
三、基因工程在食品工业方面的应用
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
步骤：
1.生产氨基酸：利用转基因生物合成阿斯巴甜（甜味剂）的原料——________和________。
基因工程菌概念:
应用：
天冬氨酸
苯丙氨酸
三、基因工程在食品工业方面的应用
（1）凝乳酶：大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。
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。
基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
2、生产酶
三、基因工程在食品工业方面的应用
（2）淀粉酶、脂酶
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
优点：
基因工程的应用
3.其他应用：
培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物来生产能源。
课堂小结
农牧业方面
医药卫生领域
食品工业方面
乳腺生物反应器
练一练 P92【练习与应用】
一、概念检测
1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是（ ）
A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传
D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等
C
练一练 P92【练习与应用】
2.基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（ ）
A.培育青霉菌并从中提取青霉素
B.利用乳腺生物反应器生产药物
C.制造一种能降解石油的“超级细菌"
D.制造一种能产生干扰素的基因工程菌
A
练一练 P92【练习与应用】
除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。
（1）下面是探究“转入外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘膦”的流程，请补充完整。
①用_____________________________等处理含有目的基因的DNA片段和T质粒，构建重组Ti质粒；
②将重组Ti质粒转入农杆菌中；
限制酶和DNA连接酶
练一练 P92【练习与应用】
③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染___________细胞，再通过培育得到转基因植株；
④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。
矮牵牛
结果：对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。
结论：________________________________________
转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。
（2）请思考并回答下列问题。
①在该实验中，对照组是怎样设计的？
②如果增加转入的外源 EPSP 合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加？请你给出进一步探究的思路。
①对照组为非转基因矮牵牛
②理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。
将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。

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