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(共33张PPT)
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、牛等动物的胰腺中提取。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物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。
除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？
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
（一）基因工程在农牧业方面的应用概述
1.植物方面
①1996-2017年，全世界转基因作物
种植面积增加了一百多倍；
②美国是世界上转基因作物种植面积
最大的国家
③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；
④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；
⑤转基因作物的优点：
______________________________
______________________________
______________________________
减少化学杀虫剂使用量（生物防治）
增加作物产量
增加经济收益
（一）基因工程在农牧业方面的应用概述
2.动物方面
①有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段；
②2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
（二）具体内容
基因工程被广泛用于___________、________________等方面
改良动植物品种
提高作物和畜产品的产量
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
抗逆性
1.转基因抗虫植物
①实例
转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻、马铃薯
②相关基因
______________
具有抗虫功能的基因
2.转基因抗病植物
①实例
转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草
②相关基因
_______________________
来源于某些病毒、真菌等的抗病基因
3.转基因抗除草剂植物
①培育目的
喷洒除草剂时，杂草会被杀死而作物不会受到损伤
②实例
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
③相关基因
___________________
降解或抵抗某种除草剂的基因
思考：
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？
可以用基因工程技术培育抗旱作物（筛选获取抗旱基因）
4.改良植物的品质
①目的
提高植物的营养价值、观赏价值等
②实例
高赖氨酸玉米、转基因矮牵牛花等
③相关基因
____________________________________________
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、与植物花青素代谢相关的基因等
5.提高动物的生长速率
①实例
转基因鲤鱼、转基因鲑鱼
②相关基因
____________
外源生长激素基因
6.改善畜产品的品质
①实例
转基因牛（分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低）
②解决的问题
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
③相关基因
____________
肠乳糖酶基因
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
医药卫生领域的应用
1.基因改造微生物或动植物的细胞生产药物
①常见药物类型
_____________________
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
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
资料卡——干扰素
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。
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。
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。
1993年我国批准生产重组人干扰素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、慢性丙型肝炎等。
思考：
1.干扰素的化学本质是什么？
2.干扰素的作用机理是怎样的？
3.干扰素用于哪些疾病的治疗？
4.传统生产干扰素的方法是什么？
5.目前大量生产干扰素的方法是什么？
6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？
用于治疗哪些疾病？
糖蛋白
干扰病毒复制
病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等
从人血液中的白细胞内提取
用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得
重组人干扰素α-1b
主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等
思考：
根据前面学过的基因工程的操作程序，说出通过基因工程方法用酵母菌生产乙肝疫苗的过程是怎样的？
（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）
①用PCR扩增乙肝病毒抗原蛋白基因；
②将乙肝病毒抗原蛋白基因插入质粒，构建基因表达载体；
③将该基因表达载体导入酵母菌(该过程也是将酵母菌制备成感受态细胞，但是并不是用Ca2+处理，而是用醋酸锂处理）；
④检测并鉴定，筛选出成功转化的酵母菌，进行发酵培养，分离并提纯产物，获得乙肝病毒抗原蛋白。
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
①实例
________________________
②相关基因
__________________________________________
③过程
乳腺（乳房）生物反应器（牛、山羊）
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
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
早期胚胎培养
胚胎移植
早期胚胎
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
④应用
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-抗胰蛋白酶等重要的医药产品
思考：
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？
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
膀胱
不局限于性别与生长期（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重组
产物容易提取
不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物
3.用转基因动物作为器官移植的供体
①实例
用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题
②为什么选择猪作为器官供体？
___________________________________________
___________________________________________
③选择猪器官移植给人最大的难题是什么？
_______
a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
b.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
免疫排斥
3.用转基因动物作为器官移植的供体
④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
思考：
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；
三、基因工程在食品工业方面的应用
1.基因工程菌
①概念
用_______的方法，使________得到________的菌类，一般称为基因工程菌
②步骤
③应用
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
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
2.实例
（1）凝乳酶
①应用
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
②相关基因
______________
③具体操作
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
编码牛凝乳酶的基因
2.实例
（2）淀粉酶、脂酶
①具体操作
构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产
②基因工程获得的工业用酶的优点
_____________________________
纯度更高、生产成本显著降低、生产效率较高
四、乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较
比较项目 乳腺（房）生物反应器 基因工程菌生产药物
基因结构
基因产物
受体细胞
目的基因导入方式
生产条件
产物提取
哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同
细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异
与天然蛋白质完全相同
细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
显微注射法
感受态细胞法
不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大
需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
从动物乳汁中提取，相对简单
（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂
基因工程的其他应用
基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能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。
练习与应用.拓展应用
1、（1）①限制酶、DNA连接酶
③矮牵牛
④转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。
（2） 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。思路：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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