基因工程的应用苏教完整PPT.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因工程的应用苏教,【,知识链接,】,基因工程是一项涉及多种技术操作的系统工程。其过程主要包括哪些步骤？,获取目的基因、制备重组,DNA,分子、转化受体,细胞、筛选获得目的基因的受体细胞、培养受,体细胞并实现目的基因的功能表达等五大步骤,或四部曲即目的基因的获取、基因表达载体,的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因,的检测与鉴定,思考与讨论,1,：将目的基因导入动物体内，,一般采用什么方法？常选择什么细胞作为受体细胞？,【,自主探究一,】,动物基因工程的应用,显微注射技术 动物的受精卵,思考与讨论,2,：请阅读教材,p21,图,1-10,动物基因工程应用举例，,总结其应用,1.,提高,抗病能力,提高动物对疾病的抗性，是动物品种改良的一个重要方面。如抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔。,2.,提高,产品产量,如转,生长激素基因,动物的成功培育,转基因鲑鱼（上）明显大于野生鲑鱼（下）,3.,用于改善,产品品质,举例说明,:,有些人对乳糖过敏或消化不良,如转,乳糖酶基因,的奶牛，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,4.,生产,药用蛋白,问,:,就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,转基因动物的,乳腺,。,（,1,）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。,（,2,）从乳汁中获取目的基因产物，,产量高，质量好，成本低，易提纯,，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。,（,3,）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,问,:,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,将,药物蛋白基因,+,乳腺蛋白基因,+,启动子,等调控组件重组在一起，通过,显微注射,等方法，导入哺乳动物的,受精卵,中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入,泌乳,期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。,乳腺生物反应器,缺点：只能是,雌性,个体在,泌乳,期时才行,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）,构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）,显微注射导入哺乳动物受精卵中,形成胚胎,将胚胎送入母体动物,发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,思考,:,用基因工程技术实现动物,乳腺生物反应器,的操作过程是怎样的？,5.,用转基因动物作,器官移植,的供体,利用基因工程对猪的器官进行改造,方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出,没有免疫排斥反应,的转基因克隆猪器官,【,自主探究二,】,植物基因工程应用,思考与讨论,3,：请阅读教材,p22,图,1-11,植物基因工程应用举例，,总结其应用,如抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔。,表达的植物新品种，这些转基因植物的果实既,生产药用蛋白,1987年上述干扰素大量投放市场。,图1-10动物基因工程应用举例，,体细胞并实现目的基因的功能表达等五大步骤,【自主探究四】转基因生物,提高动物对疾病的抗性，是动物品种改良的一个重要方面。,（3）其他抗逆转基因植物,一般采用什么方法？常选择什么细胞作为受体细胞？,（1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。,现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。,【自主探究三】微生物基因工程的应用,物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用,转基因矮牵牛的目的基因,4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段,利用基因工程方法制造转基因工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。,1.,提高,光合作用的效率,改造光合作用中起关键作用的,CO2,固定酶,，,能提高植物对,CO2,的固定效率；还能增强植,物对光能的,吸收与转化,效率来提高光合作用,效率，提高作物的产量。,2.,延长果实的,储藏期,问：促进果实成熟的物质是什么？该物质的,合成需要什么酶？该酶的化学本质是什么？,该酶的合成受什么基因控制？,通过基因工程可以获得能,抑制乙烯形成酶基因,表达,的植物新品种，这些转基因植物的果实既,保持了原有的品质，又延长了储藏期。,乙烯 乙烯形成酶 蛋白质 乙烯形成酶基因,3.,提高植物,次生代谢产物,的产率,例如，将,产碱杆菌,的有关基因转入拟南芥，转基因拟南芥会产生大量的用于生产,可降解塑料,的物质，对消除,白色污染,有重大意义。,盐碱、干旱、低温和涝害等,图1-11植物基因工程应用举例，,（1）乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。,利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。,1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。,利用基因工程对猪的器官进行改造,改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性,胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解,保持了原有的品质，又延长了储藏期。,是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。,拓展：在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？,哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,4.,提高植物的抗性,提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗旱和抗盐碱等）,(1),抗虫转基因植物,1.,虫害给农作物带来了哪些影响,?,传统农业如何防治害虫,?,有哪些不足,?,2.,现在已有哪些抗虫植物问世,?,资料：可用于转基因植物的抗虫基因,1.Bt,毒蛋白基因,是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。当害虫,食用含有转基因的植物时，,Bt,基因编码的蛋白质会进入,害虫的肠道，在消化酶的作用下，,蛋白质能够降解成相,对分子质量比较小的有毒的多肽,。多肽结合在肠上皮细,胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解,，最后造成害虫死亡。由于,Bt,毒蛋白对哺乳动物无毒害,作用,，因而广泛用抗虫转基因植物。如棉花、大豆、水,稻、烟草以及林业树种。,2.,蛋白质酶抑制剂基因,蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中，它产生的,抑制剂,可与害虫消化道中的,蛋白酶结合,形成复合物，从而,阻断或降低蛋白酶的活性,，使昆虫,不能正常消化,食物中的蛋白质，这种复合物还能刺激昆虫分泌过量的消化酶，引起害虫的,厌食反应,。,3.,淀粉酶抑制剂基因,产生的,淀粉酶抑制剂,可以,抑制,昆虫消化道中的,淀粉酶活性,。使害虫不能消化所提取的淀粉，从而,阻断,害虫的,能量来源,。,4.,植物凝集素基因,控制植物合成一种,糖蛋白,，这种糖蛋白可与昆虫肠道粘膜上的某种物质结合，从而影响害虫对营养物质的吸收和利用。,（,2,）抗病转基因植物,问题,1,：什么是病原微生物？有哪些种类？,引起生物生病的微生物，主要有病毒、真菌和细菌等,问题,2,：为什么说常规育种很难培育出抗病毒的新品种？,问题,3,：在抗病转基因植物中使用最多的是什么基因？,病毒外壳蛋白（,coat protein,，,CP,）基因；,病毒的复制酶基因,因为植物自身缺乏抗病毒的基因,拓展：在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？,关于病毒外壳蛋白基因,(CP,基因,),导入植物后的抗病毒机理，目前有几种假说。,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,。,3.,在抗真菌转基因植物,中,使用什么基因？,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,（,3,）其他抗逆转基因植物,1.,哪些环境条件会造成农作物低产、减产？,盐碱、干旱、低温和涝害等,2.,盐碱和干旱对农作物的危害与什么有关？,细胞内的渗透压调节,在抗盐碱和抗干旱作物中使用了什么基因？,调节细胞渗透压的基因,（,3,）,.,转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？,鱼的抗冻蛋白基因,（,4,）抗除草剂基因有何用途？,喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物,5.,改良植物的品质,人体（或其它脊椎动物）必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称,必需氨基酸,。,必需氨基酸,共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸,。,如果饮食中经常缺少必需氨基酸，可影响健康。,另外,12,种氨基酸是人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸。,你知道哪些食品中缺少必需氨基酸？,如何用转基因的方法加以改良？,将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物,改变必需氨基酸合成途径中某种关键酶的活性,转基因矮牵牛的目的基因,是什么？,与植物花青素代谢有关的基因,转基因蓝玫瑰,异想天开,能发荧光的热带斑马鱼,普通热带斑马鱼是不发荧光的,如何让普通热带斑马鱼也发荧光,?,总结：基因工程在农业上的应用,（,1,）高产、稳产和具优良品质的品种,用基因工程的方法可以改善粮食作物的,蛋白质含量。如,“,向日葵豆,”,植株。,（,2,）抗逆性品种,将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,1.,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？,从生物的组织、细胞或血液中提取。,2.,传统生产方法的缺点,:,由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。,【,自主探究三,】,微生物基因工程的应用,生产,药用蛋白,3.,可利用什么方法来解决上述问题？,利用基因工程方法制造,转基因工程菌,，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,工程菌,:,用,基因工程,方法，使外源基因得到高效率表达的,菌类细胞株系,。,4.,成果：基因工程药品包括：,细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素,2,、干扰素）、抗体、疫苗、激素等,胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每,100kg,胰腺只能提取,4,5g,胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。,1979,年，科学家,将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌,DNA,分子重组,，并在大肠杆菌内实现了表达。,1982,年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了,30%,50%,。,基因工程药品,胰岛素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。,现可利用基因工程方法，,将人的生长激素基因导入大肠杆菌中,，使其生产生长激素。人们从,450 L,大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于,6,万具尸体的全部产量。,基因工程药品,生长激素,干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种,糖蛋白,。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症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液中的白细胞内提取，每,300L,血液只能提取出,1mg,干扰素。,1980,1982,年，科学家,用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素,，,是传统的生产量的,12,万倍。,1987,年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品,干扰素,5.,优越性,利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：,（,1,）,利用活细胞作为表达系统,，,表达效率,高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（,2,）,可以解决传统制药中原料来源的不足,。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（,3,）,降低生产成本,，减少生产人员和管理人员。,【,自主探究四,】,转基因生物,1.,概念：是指利用,基因工程,技术导入外源基因培育出的、能够将新性状,稳定地,遗传给、,后代的基因工程生物,2.,优点,打破常规育种难以突破的,不同物种间的生殖隔离。,3.,转基因食品的优点：,生产成本,低,、产量,高,1.,基因诊断,概念,优点：,【,自主探究五,】,基因诊断和基因治疗,2,、,基因治疗概念：,把,正常基因,导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到,治疗疾病,的目的，是治疗,遗传病,的最有效的手段。,（把特定的,外源基因导入有基因缺陷的细胞,中，从而达到治疗疾病的目的）,2,、实例：,将,腺苷酸脱氨酶基因,转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,(1),对严重复合型免疫缺陷症的治疗,1990,年,9,月,14,日，安德森对一例患,ADA,缺乏症的,4,岁女孩进行基因治疗。这个,4,岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产,ADA,，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，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输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的,10,个月内她又接受了,7,次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。,3,、基因治疗的类型,体外基因治疗,：先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在,体外完成基因转移,，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。,体内基因治疗,：直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）,4,、基因治疗的发展现状：,处于初期的临床试验阶段,5,、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因,感谢观看,