资源简介

(共26张PPT)
聚焦
学习目标：
1.举例分别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
2.认同基因工程的应用价值
第3 节 基因工程的应用
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药物——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，基因工程还有哪些应用呢？
①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t，增加经济效益1.3万亿。
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；
植物方面
基因工程技术广泛用于 等。
发展现状
一、基因工程在农牧业方面的应用
改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量
动物方面
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
①几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，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。
一、基因工程在农牧业方面的应用
发展现状
转基因大西洋鲑的优点
（1）缩短了生长周期
（2）都是雌性而且不育，避免了野生鲑鱼杂交的风险。
基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。
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
一、基因工程在农牧业方面的应用
1.转基因抗虫植物
2.转基因抗病植物
培育方法：从某些生物中分离出具有 的基因，导入作物，使其具有抗虫性。
实例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
培育方法：将来源于某些病毒、真菌等的 导入植物中，培育出转基因抗病植物。
实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等。
一、基因工程在农牧业方面的应用
普通水稻 抗虫水稻
普通木瓜 抗病毒木瓜
抗虫功能
抗病基因
3.转基因抗除草剂植物
培育方法：将 的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。
实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
4.改良植物的品质
培育方法：利用转基因技术改良植物的 等。
实例：
将 含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
将与植物 相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。
一、基因工程在农牧业方面的应用
降解或抵抗某种除草剂
营养价值、观赏价值
必需氨基酸
花青素代谢
5.提高动物的生长速率
培育方法：将外源 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%。
6.改善畜产品的品质
培育方法：将 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
一、基因工程在农牧业方面的应用
优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适
生长激素基因
肠乳糖酶基因
(1)从苏云金杆菌中分离出Bt基因导入棉花中，可培育出抗虫棉。( )
(2)将与叶绿素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异。( )
提示：将与花青素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异。
(3)将植物生长素基因导入鲤鱼，培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高。( )
提示：植物激素无法对动物起作用，应导入外源生长激素基因。
√
×
×
当堂练习
二
基因工程在医药卫生领域的应用
药物类型 细胞因子、抗体、疫苗和激素等
用途 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
成果 我国生产的重组人类干扰素、血小板生成素、促进红细胞生成素和粒细胞击落刺激等基因工程药物均已投放市场
1、对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
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
干扰素
资料卡
人干扰素α-2b（安达芬）
科研人员计划通过培养大肠杆菌来生产干扰素，根据前面学过的基因工程的操作程序，设计可行方案。
重组
白细胞
mRNA
cDNA
逆转录
CaCl2处理
筛选后培养
干扰素
大肠杆菌
Ampr
Tetr
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
受精卵
泌乳期
分泌乳汁
转基因动物
药物蛋白
显微注射
发育
注意：启动子具有物种和组织的特异性
2、除基因工程外，主要技术手段还有 。
动物细胞培养、胚胎移植、早期胚胎培养等
3、受精卵的性染色体组成是_______。受体细胞选择受精卵的理由： 。
XX
思考：
1、外源蛋白基因的表达需要与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，
其原因是_____________。
使外源蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达，便于从乳汁中收集、分离外源蛋白
4、表达后的药物蛋白经过纯化，之后还需要与天然产品的 进行比较。
结构与功能（或活性）
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实例：
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
②培育过程？
应用p90
人生长激素基因
提供受精卵
显微注射
代孕
转基因牛
生长激素
牛奶
载体含有乳腺细胞中特异表达基因的启动子
利用哺乳动物生产药物
蛋白质W是某种病毒的抗原。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。
(1)步骤①中需要选择的启动子是 使目的基因能在膀胱上皮细胞中特异性表达，分泌到尿液中，随尿液排出体外。除此之外重组表达载体的组成还有 。
(2)④过程的生理学基础是之一是受体对移入的外来胚胎基本 反应，这为外来胚胎在受体子宫中存活提供可能。
(3)从上述流程可知，转基因动物发生的可遗传变异是_______________。对从尿液中提取的蛋白质还要进行检测以确定是否含有W，常采用的方法是______________。
(4)步骤④胚胎移植前是否需要对动物的性别进行鉴定_______（是/否），
原因是______________。
【课堂练习】
转基因动物培育成功后，不管雌性还是雄性都能从尿液中获取蛋白质W
膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子
不发生免疫排斥
基因重组
抗原-抗体杂交
否
终止子、W基因（目的基因）、标记基因、复制原点
1.与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？
思考讨论：
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胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。
2.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？
目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3.与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？
(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。
工程菌的选择及乳腺生物反应器的制备
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
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
Ca2+处理法（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
核心归纳
乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别(生产人的药物蛋白方面)
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
①实例：
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
②培育过程：
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
发育
③应用：
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
涉及的技术有哪些？
人体器官移植的两大难题：
A.世界性难题：人体移植器官短缺
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
B.最大难题：
免疫排斥
3、用转基因动物作为器官移植的供体
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：
(1)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上广泛用于病毒感染性疾病的治疗，对于癌症则没有效果。( )
提示：干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤等也有一定的疗效。
(2)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，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中制成乳腺生物反应器。( )
×
√
当堂练习
3
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
产物 应用
阿斯巴甜 甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产
凝乳酶
淀粉酶、酯酶
(1)基因工程菌：
(2)利用基因工程菌可生产药物，食品工业用酶、氨基酸和维生素等
制备方法：
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
应用：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
制备方法：
应用：
优点：
通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产
加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物用脂酶
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。
利用经过基因改造的微生物生产清洁能源
其他应用：环保领域的应用
4
培育可以降解多种污染物的“超级细菌”治理环境污染
课堂小结
转基因抗虫植物
基因工程的应用
农牧业方面
医药卫生方面
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改善畜产品的品质
提高动物的生长速率
改良植物的品质
让哺乳动物批量生产药物
建立移植器官工厂
食品工业方面
生产食品工业用酶
构建基因工程菌
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
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
C
A
练习与应用（P92）
最新医讯，美国某医学中心，一位中年男子成功接受了基因编辑猪的心脏移植手术。基因编辑的异种器官移植成功给人类器官移植带来光。基因编辑技术(CRISPR/Cas9)可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息(如图)。
(1)Cas9蛋白能准确切割并断开目标DNA，因此Cas9蛋白相当于 。
(2)为了获得目标DNA，需要设计 与Ca9蛋白结合，进行精准剪切。设计该物质需要依据 原则。
和免疫排斥是器官移植过程中存在的两大世界性难题。
(4)研究发现猪体内的GGTA1基因会引发人体发生急性排斥反应。为了获得无免疫排斥的克隆猪心脏，科学家需要依次用到以下哪些技术或操作？ 。
①早期胚胎培养技术 ②动物细胞核移植技术 ③胚胎移植技术 ④利用基因编辑技术敲除体细胞中GGTA1基因 ⑤测定GGTA1基因的碱基序列 ⑥手术获取无免疫排斥的克隆猪心脏
限制酶
向导RNA
碱基互补配对
器官短缺
⑤④②①③⑥

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