生物选修3基因工程的应用.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,*,基因工程的应用,专题基因工程,一,、植物基因工程硕果累累,植物基因工程技术主要用于哪些方面,?,提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）,以及改良农作物的品质和,利用植物生产药物等方面,.,(,一,),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,.,如何获得抗虫植物？现在有哪些抗虫植物问世,?,3.,抗虫基因有哪些？,Bt,毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、,淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,请阅读,P18,生物资料技术卡,了解一些抗虫基因的抗虫机理。,1.,抗虫棉的目的基因是什么,?,目的基因从何而来,?,对哺乳动物有害吗？,2.,将抗虫基因,导入植物细胞中用的最多的方法是什么？,我国的科学家将抗虫基因导入棉花用了什么独创的方法,?,4.,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,（三）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,3.,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,4.,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,5.,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,（四）利用转基因改良植物的品质,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？试举例说明？,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,),转基因延熟番茄的目的基因是什么？,控制番茄果实成熟的基因,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,异想天开,总结：基因工程在农业上的应用,（,1,）,改良农作物的,品质,（培育高产、稳产和具优良品质的品种）,（,2,）培育抗逆性品种,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。,科学家将菜豆储存蛋白的,基因,转移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植物。这一过程不涉及,C,A.DNA,按照碱基互补配对原则自我复制,B.DNA,以其一条链为模板合成,RNA,C.RNA,以自身为模板自我复制,D.,按照,RNA,密码子的排列顺序合成蛋白质,二,、动物基因工程前景广阔,（一）用于提高动物生长速度,动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等,导入外源生长激素基因,（二）用于改善畜产品的品质,举例说明,将,肠乳糖酶基因,导入奶牛基因组，转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大减低。,上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使,转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高,30,多倍，转基因动物（,B,）,A,提供基因的动物,B,基因组中增加外源基因的动物,C,能产生白蛋白的动物,D,能表达基因信息的动物,（三）用转基因的动物生产药物,设问,:,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，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。,设问,:,为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,将,基因与,等调控组件重组在一起，通过,等方法，导入哺乳动物的,中，将 其 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,乳腺生物反应器的优点：,产量高；,质量好；,成本低；,易提取。,药物蛋白,乳腺蛋白基因的启动子,显微注射,受精卵,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？,继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：,（,1,）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是,_,。,（,2,）进行基因转移时，通常要将外源基因转入,_,中，原因是,_,。,（,3,）通常采用,_,DNA,杂交,_,技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组,（,4,）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的,_,膀胱上皮细胞,_,细胞中特异表达。,（,5,）膀胱生物发生器比,乳腺生物反应器有什么优点？,显微注射法,受精卵,具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达,（四）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,，,以抑制的,表达或设法除去,，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,某种调节因子,抗原决定基因,抗原决定基因,小结：基因工程的应用,植物基因工程：,抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。,动物基因工程：,提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。,基因工程是在,DNA,分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是,C,A,、人工合成目的基因,B,、目的基因与运载体结合,C,、将目的基因导入受体细胞,D,、目的基因的检测和表达,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。,三、基因工程药品异军突起,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的,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,。,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,利用微生物生产药物的优越性何在,?,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。,1,、,基因治疗概念：,四,、基因治疗曙光初照,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。,取患者骨髓,分离干细胞,病毒,正常基因,导入正常基因的干细胞,注入患者体内,患半乳糖血症的患者，由于细胞内,半乳糖苷转移酶基因缺陷,而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。,1971,年，美国科学家在体外做了试验，用,带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞,，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。,(2),半乳糖血症,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,DNA,分子杂交,是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为,探针,，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,知识回顾：基因诊断,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出,DNA,与,DNA,芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出,DNA,与,DNA,芯片杂交就可以得出病变图谱。,通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的,DNA,信息。,基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,思考与探究,:,根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。,基因工程可以,生产人类需要的药物,，如胰岛素、干扰素等。我们,吃的某些食品,如番茄、大豆等也,可以是基因工程产品,。农业生产中的,抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆,等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。,