《基因工程的應用》PPT課件.ppt

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基因工程的應用,專題１基因工程,一、植物基因工程碩果累累,哪些轉基因作物已進入大規(guī)模商業(yè)化應用階段?,轉基因大豆、玉米、棉花和油菜,植物基因工程技術主要用于哪些方面?,提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等）,以及改良農(nóng)作物的品質和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。,(一)抗蟲轉基因植物,1.傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)防治害蟲的措施及不足之處,2.抗蟲植物舉例,3.抗蟲基因,Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等,請閱讀P18生物資料技術卡,了解一些抗蟲基因的抗蟲機理。,4.抗蟲棉的目的基因是什么?目的基因從何而來?,（二）抗病轉基因植物,1.什么是病原微生物？有哪些種類？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和細菌等,2.為什么說常規(guī)育種很難培育出抗病毒的新品種？,3.在抗病轉基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外殼蛋白（coatprotein，CP）基因和病毒的復制酶基因,自身缺少抗病毒的基因,拓展：在抗病毒轉基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？,關于病毒外殼蛋白基因(CP基因)導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認為：CP基因在植物細胞內表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。,4.在抗真菌轉基因植物中使用什么基因？,幾丁質酶基因和抗毒素合成基因,（三）其它抗逆轉基因植物,1.鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與什么有關？,細胞內的滲透壓調節(jié),在抗鹽堿和抗干旱作物中使用了什么基因？,調節(jié)細胞滲透壓的基因,2.轉基因耐寒的煙草和番茄中哪種基因提高了其抗寒能力？,魚的抗凍蛋白基因,3.抗除草劑基因有何用途？,噴灑除草劑時，殺死田間的雜草而不損傷作物,（四）利用轉基因改良植物的品質,人體（或其它脊椎動物）必不可少，而機體內又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。必需氨基酸共有８種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少必需氨基酸，可影響健康。另外12種氨基酸是人體細胞能夠合成的叫做非必需氨基酸。,很多食品中缺少必需氨基酸，如何用轉基因的方法加以改良？,將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因導入植物或者改變必需氨基酸合成途徑中某種關鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。,轉基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果實成熟的基因,轉基因矮牽牛的目的基因是什么？,與植物花青素代謝有關的基因,轉基因藍玫瑰,異想天開,能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚,普通熱帶斑馬魚是不發(fā)熒光的,如何讓普通熱帶斑馬魚也發(fā)熒光?,總結：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用,（1）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質含量。如“向日葵豆”植株。（2）抗逆性品種將細菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。,二、動物基因工程前景廣闊,（一）用于提高動物生長速度,——動物品種改良、建立生物反應器、器官移植等,導入外源生長激素基因,（二）用于改善畜產(chǎn)品的品質,舉例說明,將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M，轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。,（三）用轉基因的動物生產(chǎn)藥物,設問:就基因藥物而言，最理想的表達場所是哪里？,轉基因動物的乳腺。,（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內循環(huán)，不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應。（2）從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達的蛋白質已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。（3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉基因動物又可不斷地繁殖。,設問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？,將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉基因動物。轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。,乳腺生物反應器,乳腺生物反應器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質量好；③成本低；④易提取。,①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）②構建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）③顯微注射導入哺乳動物受精卵中④形成胚胎⑤將胚胎送入母體動物⑥發(fā)育成轉基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉入的基因才能表達）。,思考:用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？,（四）用轉基因動物作器官移植的供體,利用基因工程對豬的器官進行改造,方法：將器官供體基因組導入某種調節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達或設法除去抗原決定基因，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。,將目的基因導入到動物的受精卵里，目的基因若與受精卵染色體DNA整合，細胞分裂時，該基因隨染色體的倍增而倍增，使每個細胞中都帶有目的基因，使性狀得以表達，并穩(wěn)定地遺傳給后代，從而獲得基因產(chǎn)品。這樣一種新的個體，稱為轉基因動物。,總結：什么叫轉基因動物？,基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應用主要是什么？,繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質量的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物。該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術將重組DNA轉移到動物受精卵中。,1.在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素等直接從生物體的哪些結構中提?。?從生物的組織、細胞或血液中提取。,2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點:,由于受原料來源的限制，價格十分昂貴。,三、基因工程藥品異軍突起,3.可利用什么方法來解決上述問題？,利用基因工程方法制造轉基因的工程菌，可高效率地生產(chǎn)出各種高質量、低成本的藥品。,工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表達的菌類細胞株系。,基因工程藥品包括：細胞因子（即淋巴因子如白細胞介素—2、干擾素）、抗體、疫苗、激素等。,利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?,利用微生物生產(chǎn)蛋白質類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質的編碼基因，構建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質類藥物。有以下優(yōu)越性：（1）利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。,胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰島素。用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠不能滿足社會需要。1979年，科學家將動物體內的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內實現(xiàn)了表達。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%－50%。,基因工程藥品——胰島素,治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因導入大腸桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品——生長激素,干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療癌癥和某些白血病也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細胞內提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980－1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。,基因工程藥品——干擾素,1、基因治療概念：,四、基因治療曙光初照,把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效的手段。,2、實例：,將腺苷酸脫氨酶基因轉入取自患者的淋巴細胞中，再將這種淋巴細胞轉入患者體內。,對嚴重復合型免疫缺陷癥的治療,1990年9月14日，安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療。這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個女孩的白血球進行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個月內她又接受了7次這樣的治療，同時也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上正常人的生活，并進入普通小學上學。,3、基因治療的原理（實質）：在基因治療的過程中，正?；?、病變基因都可以表達，由于正?；虻谋磉_掩蓋了病變基因的表達，使病人表現(xiàn)正常，最終達到治療疾病的目的。,4、基因治療的類型,5、基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段,6、用于基因治療的基因種類：替代基因、反義基因和自殺基因,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。,知識回顧：基因診斷,五、基因芯片（DNA芯片）,可用于基因檢測、基因測序、疾病診斷等方面從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標準圖譜；從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。基因芯片診斷技術以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術。,思考與探究:根據(jù)所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。,基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。,完,