资源简介

(共29张PPT)
转基因甜椒
转基因番木瓜
转基因相关产品
低乳糖奶牛
3.3 基因工程的应用
学习目标
1.通过查找资料了解基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用，能进行关于转基因食品的调查并将调查结果制成资料卡（生命观念、社会责任）。
2.结合生活实际举例说出基因工程的应用对人类生活带来的影响，基于生物学的基本观点，识别身边的虚假宣传和无科学依据的传言。理性认识基因工程的应用价值（科学思维、社会责任）。
3.关注基因工程的进展，能设想基因技术新产品，畅想基因工程的未来（生命观念、社会责任）。
学习重难点
教学重点：
基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用；
教学难点：
基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用；
正确认识基因工程对人类生活的影响。
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。
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。
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。
重组人胰岛素注射液
除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢
PART
01
基因工程在农牧业方面的应用
● 改良动植物品种
● 提高作物产量
● 提高畜产品的产量
基因工程在农牧业中的应用
基因工程在农牧业中的应用发展迅速，1996—2017年， 转基因作物种植面积增加了100多倍。
2.作物产量增加6.6×108t；
好处：
1.使用化学杀虫剂施用量减少8.2%；
2017年，我国转基因作物种植面积居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜。
3.增加经济收益约1.3万亿元。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
1.转基因抗虫植物
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因导入作物中
实例：
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯等。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
2.转基因抗病植物
从某些病毒、真菌中分离出抗病毒的基因导入作物中
实例：
转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草等。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
3.转基因抗除草剂植物
将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物中，喷洒除草剂时杂草被杀死而作物不受损伤。
实例：
抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
4.改良植物的品质
将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高必需氨基酸的含量，提高营养价值。
实例：
转基因玉米。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
4.改良植物的品质
将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛，使它呈现出自然界没有的颜色变异，提高观赏价值。
实例：
转基因矮牵牛。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
5.提高动物的生长速率
将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。
实例：
转基因鲤鱼、转基因三文鱼。
基因工程在农牧业中的应用
原理：
6.改善农畜产品的品质
将肠乳糖酶基因导入奶牛的基因组，使获得转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
实例：
转基因奶牛。
PART
02
基因工程在医药卫生领域的应用
● 干扰素
● 乳腺生物反应器
● 基因工程器官移植
基因工程在医药卫生领域的应用
【资料卡】
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，在临床上被广泛应用于治疗病毒感染性疾病，此外，对治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg干扰素。 1980—1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞中获得了干扰素，从1kg培养物中可以得到20~40mg干扰素。 1993年，我国批准生产重组干扰素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、慢性丙型肝炎等。
（一）对微生物细胞基因进行改造，使它们生产药物
基因工程在医药卫生领域的应用
（一）对微生物细胞基因进行改造，使它们生产药物
请尝试写出基因工程生产干扰素的方案。
1.用基因文库法获取目的基因——编码人干扰素基因序列，人工进行合成，并用PCR技术对目的基因扩增
2.构建基因表达载体：将质粒与编码人干扰素基因用限制酶切割产生相同的黏性末端，并用DNA连接酶进行连接，形成重组DNA分子
3.用Ca2+处理大肠杆菌细胞，使重组DNA分子导入
4.用发酵罐培养大肠杆菌，从细菌中提取干扰素
基因工程在医药卫生领域的应用
用微生物如大肠杆菌、酵母菌生产药物有什么优势？
细菌和酵母菌繁殖快，多为单细胞生物，遗传物质相对较少，生产能力强，生产条件容易控制等
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。
基因工程在医药卫生领域的应用
（二）对动物细胞基因进行改造，使哺乳动物生产药物
该基因工程中目的基因是什么？
目的基因需要在哪里表达？如何达到目的？
该基因工程中受体细胞是什么？采用什么方法导入？
目的基因是我们要生产的药用蛋白基因。
受体细胞是哺乳动物的受精卵，采用显微注射法导入。
目的基因需要在乳腺细胞中表达，应该将药用蛋白基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。
【阅读】课本P90乳腺生物反应器段落，思考问题：
基因工程在医药卫生领域的应用
用乳腺生物反应器生产药用蛋白的流程是怎样的？
生物组织提取法、PCR扩增法获取目的基因：药用蛋白基因
构建基因表达载体：用限制酶、DNA连接酶将药用蛋白基因与乳腺细胞中特异表达的基因启动子等调控元件重组在一起
采用显微注射法将重组DNA分子导入哺乳动物受精卵
体外培养早期胚胎至囊胚期，取滋养层进行性别鉴定，选择雌性的胚胎
将胚胎送入母体动物，发育成熟，分娩生产转基因动物
胚胎移植
转基因动物进入泌乳期，从乳汁中提取药用蛋白
基因工程在医药卫生领域的应用
（二）对动物细胞基因进行改造，使哺乳动物生产药物
获得乳腺生物反应器的步骤与培育普通转基因动物的步骤有什么区别？
培育乳腺生物反应器时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，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
乳腺生物反应器生产药用蛋白有什么优势？
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；产物直接经乳汁分泌，易提取。
目前，科学家已经在牛、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-抗胰蛋白酶等重要的医药产品。
基因工程在医药卫生领域的应用
继哺乳动物生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成生长激素并分泌到尿液中。
研制膀胱生物反应器应该使药用蛋白在什么细胞中特异性表达？应该如何实现目的？
应该使药用蛋白在膀胱上皮细胞中特异性表达，应该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等调控元件重组。
膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比有什么异同？
相同点：收集药用蛋白比较容易，不会对动物造成伤害。
不同点：乳腺生物反应器必须是处于生殖期的雌性动物才可以生产药用蛋白，而膀胱反应器则是任何长期的、雌雄动物均可以生产。
基因工程在医药卫生领域的应用
背景：
（三）对动物细胞基因进行改造，建立移植器官工厂
人体移植器官短缺是一个世界性难题。
机遇：
猪内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似；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很多；
问题：
人体对猪内脏存在免疫排斥
办法：
利用基因工程技术对猪的器官进行改造，在器官供体的基因组中导入某种调节因子，抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，结合克隆技术，培育不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
基因工程在医药卫生领域的应用
PART
03
基因工程在食品工业方面的应用
● 基因工程菌生产食品工业用品
● 超级细菌
基因工程在食品工业方面的应用
2.应用：
生产食品工业用酶、氨基酸、维生素等。
1.工具：基因工程菌—用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
3.实例：
基因工程菌生产奶酪中的凝乳酶
杀死未断奶的小牛，从它的第四胃的黏膜进行提取。
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，通过工业发酵批量生产凝乳酶。
4.优势：
成本低，培养微生物的原料廉价、容易获取、培养条件易控；产量高，能满足市场需求。
传统方法：
基因工程方法：
基因工程在食品工业方面的应用
一些酶的生产也可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
啤酒糖化用淀粉酶（水解淀粉）
烘烤食品中用脂酶膨胀、增白
基因工程获得的工业用酶纯度更高、生产成本显著降低、生产效率高。
基因工程在食品工业方面的应用
基因工程培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”，处理环境污染。
自然界原有一种假单孢杆菌,能分解石油中一种烃类，科学家采用转基因手段创造出的同时分解四种烃类的假单孢杆菌，称"超级细菌"。
课堂小结
基因工程在农牧业的应用
转基因抗虫、抗病、抗除草剂植物
基因工程改良植物的品质
基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌生产食品添加剂
基因工程菌生产凝乳酶等工业用酶
基因工程提高动物的生长速率
基因工程改善畜产品的品质
基因工程在医药卫生领域的应用
乳腺生物反应器&膀胱生物反应器
基因工程生产干扰素
基因工程移植器官工厂
基因工程菌解决环境污染和能源短缺问题
谢
谢

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