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(共23张PPT)
3.2 基因工程在医药卫生领域的应用
第3节 基因工程的应用
（1）常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
1. 对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
（2）应用：
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。
（3）实例：
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均已投放市场。
①干扰素
Ⅰ. 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白， 在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外， 干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
注意：抗生素（抗细菌药物）≠干扰素（抗病毒药物）
①干扰素
传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取， 每300L血液只能提取1mg干扰素。
Ⅱ.1980—1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1kg培养物中可以得到20~40mg干扰素。
思考：干扰素生产的操作流程？
不能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素。
因为大肠杆菌属于细菌，细菌中只有核糖体这一种细胞器，没有内质网和高尔基体等其他细胞器，不能加工形成有活性的干扰素/胰岛素。
干扰素基因
质粒
重组质粒
大肠杆菌或酵母菌
可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌
构建
导入
培养
思考：能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素/胰岛素吗？为什么？
思考：与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的干扰素有什么优势？
酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的干扰素进行加工和修饰，从而产生有活性的干扰素。
大肠杆菌
酵母菌
①干扰素
Ⅲ. 1993年，我国批准生产的重组人干扰素α-1b， 它是我国批准生产的第一个基因工程药物， 目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、丙型肝炎等。
①生产过程：
Ⅰ. 将药用蛋白基因和乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起；
Ⅱ. 通过显微注射方法导入动物受精卵中，受精卵发育成转基因动物；
Ⅲ. 哺乳动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
二、基因工程在医药卫生领域的应用
2. 让转基因哺乳动物批量生产药物
（1）乳腺生物反应器或乳房生物反应器
思考：药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？
药用蛋白基因几乎存在于转基因动物的所有细胞中。
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
思考：乳腺生物反应器生产药物的操作流程？
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
胚胎移植
早期胚胎培养
早期胚胎
②实例：目前，在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α－抗胰蛋白酶等医药产品。
2. 让转基因哺乳动物批量生产药物
（1）乳腺生物反应器或乳房生物反应器
③四大优点
（1）乳腺生物反应器或乳房生物反应器
Ⅰ. 产量高，易收获目标产品，随着乳汁分泌排出体外。
Ⅱ. 目标产品质量好，乳腺组织不仅具有合成蛋白质的能力，而且具有全面的蛋白质修饰和加工能力。
Ⅲ. 生产成本低。
Ⅳ. 提取产品操作比较简单。
④缺点：
Ⅰ. 必须选择雌性个体
Ⅱ. 动物泌乳期有间隔
Ⅲ. 有些蛋白不能在乳腺里表达
Ⅳ. 某些蛋白在乳腺中的修饰可能与天然状态不同
（1）乳腺生物反应器
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因羊
生长激素
羊奶
载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子
构建膀胱生物反应器是将药用蛋白基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿液中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。
膀胱生物反应器
优点：可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否处于生殖期（性别、年龄）。
从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。
从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如，乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？
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在一起。
药用蛋白基因
膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
受精卵
转基因动物
药物
早期胚胎培养
早期胚胎
显微注射
胚胎移植
培育过程
膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？
药用蛋白基因
膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
受精卵
转基因动物
药物
早期胚胎培养
早期胚胎
显微注射
胚胎移植
培育过程
(1)正常尿液中蛋白质含量很少，所以从尿液中更容易提取分离产物。
(2)不受性别限制，受体来源更广泛。
(3)不受年龄限制。
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（建立移植器官工厂）
（1）选用猪作为器官移植供体的原因
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。
②与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
3. 用转基因动物作为器官移植的供体（建立移植器官工厂）
（2）最大难题是免疫排斥。
（3）器官改造方法：在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
3. 用转基因动物作为器官移植的供体（建立移植器官工厂）
器官改造方法：在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
调节因子
载体
重组载体
猪成纤维细胞
卵母细胞
细胞核
去核卵母细胞
重组胚
代孕母猪
转基因克隆猪
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。
异种器官移植之路道阻且长

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