资源简介

(共28张PPT)
第一章
第3节 基因工程的应用
转基因技术应用
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
自主学习
1.仔细阅读课本，了解基因工程在各方面的应用
2.与大肠杆菌相比， 用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？
3.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？
4.根据P90第二段，结合基因工程和胚胎工程的过程，构建乳腺生物反应器动物的过程示意图？
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
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因
病毒外壳蛋白(CP)基因、病毒的复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因
必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、
植物花青素代谢相关的基因
降解或抵抗某种除草剂的基因
农牧业方面的应用
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。
农牧业方面的应用
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
外源生长激素基因
肠乳糖酶基因
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。
拓展：病毒外壳蛋白基因的抗病毒机理
一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。
另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。
然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。
基因工程艾滋病疫苗
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:一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，广泛用于治疗病毒感染性疾病，对某些癌症也有一定疗效。
过去从人血提取，300L血才提取1mg！ 1993年，我国批准生产重组人干扰素ɑ-1b，是我国批准生产的第一个基因工程药物。1Kg的大肠杆菌培养液可提取20—40mg干扰素
基因工程细胞因子
（2）基因工程药品 —— 胰岛素　将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!　　胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。1.与大肠杆菌相比， 用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？
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胰岛素进行加工和修饰， 从而产生有活性的胰岛素。
思考·讨论:
2
让转基因哺乳动物批量生产药物
概念：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
阅读P90第二段，结合基因工程和胚胎工程的过程， 构建乳腺生物反应器动物的过程示意图？
①实例：
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
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。
①实例：乳腺（房）生物反应器②培育过程：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。③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 构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含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，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，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
具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。
优点：
3
转基因动物作为器官供体
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。
（2）最大难题是： ；
（3）器官改造方法：
（1）选用猪作为器官供体的原因
免疫排斥
①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
②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。
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。
用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌
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
概念：
步骤：
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
1
基因工程菌
：凝聚固化奶中的蛋白质
牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶
制备方法：
主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
2
实例——阿斯巴甜：甜味剂
2
实例——凝乳酶
传统制备方法：
未断奶的小牛第四胃的黏膜取出来提取。
实例——淀粉酶、脂酶
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
　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
1
环境监测
基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
2
净化污染的环境
基因工程在其他方面的应用
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
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
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
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
二、拓展应用
（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
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。
1. 转基因抗虫植物含有Bt毒蛋白，对人体无毒，但是鳞翅目昆虫幼虫的肠道细胞含有Bt蛋白的受体，Bt蛋白与受体结合导致肠道壁穿孔，使幼虫死亡。下列叙述错误的是
A.促进 Bt 蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果
B.通过 DNA 分子杂交技术可以检测Bt蛋白基因是否表达
C.将Bt蛋白基因导入植物细胞的方法可以使用花粉管通道法或农杆菌转
化法
D.将植物材料和农杆菌共同培养之前，需要对植物材料进行消毒处理
√
2.下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是
A.将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内
B.将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组
C.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米
D.将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达
√
3. 下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是
A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题
B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似
C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪
D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其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
√
4.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法不正确的是
A.通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可
B.④通常采用显微注射技术
C.在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物
D.该技术生产药物的特点是产量高、质量好、易提取
√
5. 1998年，我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因(CryIA和Cpti)构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。自主知识产权抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是
A.基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间
B.该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中
C.可用DNA探针检测融合基因是否转录出mRNA
D.双价抗虫棉比单价抗虫棉选择抗性棉铃虫的速率更快
√
谢谢观看
Thank you

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