动物细胞培养和核移植技术sxh.ppt

2.2 2.2 动物细胞工程动物细胞工程桃源一中 单湘华单克隆抗体等等 动物细胞工程常用的技术动物细胞培养动物细胞核移植动物细胞融合是其他动物细胞工程技术的是其他动物细胞工程技术的基础基础。1.1.动物细胞培养动物细胞培养如何进行细胞培养?培养时又需要提供哪些必要条件呢？从动物机体中取出相关组织，将它们分散成从动物机体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。细胞生长和增殖。1.1概念概念阅读课文阅读课文44-46面相关内容：面相关内容：注意关键词:细胞贴壁细胞贴壁 接触抑制接触抑制 原代培养原代培养 传代培养传代培养动物细胞培养的过程动物细胞培养的过程动物细胞培养的过程动物细胞培养的过程:原代1.2 1.2 动物细胞培养动物细胞培养过程过程胚胎或幼龄动物的组织器官胚胎或幼龄动物的组织器官细胞悬液细胞悬液10代细胞代细胞50代细胞代细胞剪碎胰蛋白酶洗涤、稀释、分离原代培养用用胰蛋白酶胰蛋白酶分散分散细胞，说明细胞细胞，说明细胞间的物质主要是间的物质主要是蛋白质蛋白质。动物细。动物细胞培养适宜的胞培养适宜的PH为为7.27.4，此环境下胃蛋，此环境下胃蛋白酶（白酶（2.0）没）没有活性，而胰蛋有活性，而胰蛋白酶白酶(7.2-8.4)的的活性较高。活性较高。比老比老龄动龄动物的组织物的组织细胞增殖细胞增殖能力强，能力强，有丝有丝分裂分裂旺盛旺盛。分分化程度化程度越越低，低，增殖增殖能力越强，能力越强，越越容易培容易培养。养。动物细胞培养动物细胞培养不能最终培养不能最终培养成生物体成生物体细胞增殖细胞增殖缓慢，核缓慢，核型可能变型可能变化化贴壁生长接触抑制10代以内，保持正常二倍体核型代以内，保持正常二倍体核型传代培养原理？：原理？：细胞增殖细胞增殖 多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考以下问题：根据你所学的内环境的知识，思考以下问题：1.体外培养细胞时需要提供哪些物质？体外培养细胞时需要提供哪些物质？2.体外培养的细胞需要什么样的环境条件？体外培养的细胞需要什么样的环境条件？葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子和葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子和动物血清动物血清等。等。适宜温度、适宜温度、PH和气体环境；和气体环境；无菌无毒环境无菌无毒环境36.5+0.5度PH为7.2-7.4O2和和CO2（95%空气和空气和5%CO2）培养器皿动物细胞培养瓶内表面为什么动物细胞培养瓶内表面为什么要光滑、无毒？要光滑、无毒？获得细胞获得细胞细胞的全能性细胞的全能性细胞或细胞产品细胞或细胞产品新的个体或细胞产品新的个体或细胞产品培养结果培养结果或细胞产物或细胞产物快速繁殖、培育快速繁殖、培育无病毒植株等无病毒植株等培养目的培养目的葡萄糖、动物血清葡萄糖、动物血清促促生长因子生长因子蔗糖、植物激素蔗糖、植物激素培养基特有成分培养基特有成分液体培养基液体培养基固体培养基固体培养基培养基性质培养基性质细胞增殖细胞增殖原原 理理动物细胞培养动物细胞培养植物组织培养植物组织培养比较项目比较项目植物细胞和动物细胞培养的比较植物细胞和动物细胞培养的比较 大规模的生产有重要价值的生物制品大规模的生产有重要价值的生物制品如病毒疫苗、干如病毒疫苗、干扰素、素、单克隆抗体克隆抗体为基因工程技术提供受体细胞为基因工程技术提供受体细胞有毒物质的检测有毒物质的检测细胞的生理、药理、病理研究细胞的生理、药理、病理研究 如用于如用于筛选抗癌抗癌药物等，物等，为治治疗和和预防癌症及其他疾病提供依据防癌症及其他疾病提供依据动物细胞培养技术的应用动物细胞培养技术的应用培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 动物细胞特点：动物细胞特点：|分化潜能变窄分化潜能变窄：随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。|细胞核仍具有全能性细胞核仍具有全能性：细胞核，它含有保持物种遗传性所需的全套基因，而且并没有因细胞分化而丢失基因，因此高度分化细胞的细胞核仍具有细胞核仍具有全能性。全能性。比较植物组织培养和动物细胞培养（原理、培养结果）比较植物组织培养和动物细胞培养（原理、培养结果）？2.2.动物细胞动物细胞核移植技术和克隆动物核移植技术和克隆动物 将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为这个新的胚胎最终发育为动物个体动物个体（克隆动物）（克隆动物）分分类类胚胎细胞核移植胚胎细胞核移植：体细胞核移植体细胞核移植：细胞分化程度低，恢复全能性容易细胞分化程度低，恢复全能性容易 细胞分化程度细胞分化程度高高，恢复全能性，恢复全能性不不容易容易2.1 动物细胞动物细胞核移植概念：核移植概念：卵黄膜2.2体细胞核移植的过程：体细胞核移植的过程：请看教材请看教材P48图图2-21思考：思考：1.核移植的受体细胞是什么？核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？处在什么时期？2.通过什么手段激活受体细胞，通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？构建重组胚胎？M M中期卵母细胞中期卵母细胞诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。细胞分裂和发育进程。3.原理：原理：4.为什么选择卵母细胞作为核移植的受体细胞？为什么选择卵母细胞作为核移植的受体细胞？细胞核的全能性细胞核的全能性卵母细胞体积大、易操作，含有促使细胞核表达全卵母细胞体积大、易操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。能性的物质和营养条件。例.在克隆多利羊的过程中，下列哪项技术没有运用到（）A.细胞培养技术B.细胞核移植C.胚胎移植技术D.基因工程技术D供体细胞（供核）供体细胞（供核）细胞培养细胞培养体细胞体细胞卵巢卵母细胞（卵巢卵母细胞（M中期：供质）中期：供质）去核去核无核卵母细胞无核卵母细胞注入注入细胞细胞融合融合重组重组细胞细胞构建重组胚胎构建重组胚胎胚胎移植胚胎移植代孕母体代孕母体生出与供体奶牛遗传生出与供体奶牛遗传基础相同的犊牛基础相同的犊牛归纳归纳:共分成两大阶段：共分成两大阶段：核移植核移植和和胚胎移植。胚胎移植。你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？的复制吗？为什么？绝大部分绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量来自于供体细胞核，但其核外还有少量的的DNA，即线粒体中的，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。是来自于受体卵母细胞。克隆动物的性别取决于？思考：思考：1.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。胞的遗传物质去掉或将其破坏。 培养的动物细胞一般当传代至培养的动物细胞一般当传代至1050代代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代正常的遗传基础，通常采用传代10代以内代以内的细胞。的细胞。2.用于核移植的供体细胞一般都选用传代用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？代以内的细胞，想一想，这是为什么？3.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？的复制吗？为什么？绝大部分绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少来自于供体细胞核，但其核外还有少量的量的DNA，即线粒体中的，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细是来自于受体卵母细胞。胞。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。的复制。例：一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能（）A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优良品种 C.用于保存物种 D.改变动物的基因 D D2.3体细胞核移植技术的应用前景：体细胞核移植技术的应用前景：1、在畜牧业中可以加、在畜牧业中可以加速家畜遗传改良的进程速家畜遗传改良的进程2、保护濒危物种、保护濒危物种3、医药卫生领域生产、医药卫生领域生产医用蛋白质及组织器官医用蛋白质及组织器官的移植，的移植，作为供体作为供体4、了解胚胎发育和衰老过程；追、了解胚胎发育和衰老过程；追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病踪研究疾病的发展过程和治疗疾病 1、成功率比较低2、大多存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，免疫失调等。免疫失调等。3、克隆动物食品安全问题2.4体细胞核移植技术存在的问题：体细胞核移植技术存在的问题：思考与探究思考与探究2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。胞，使其分化成所需要的组织或器官。3.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为）的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为我国奶牛产奶量年平均水平仅为34 t。（1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。的后代，从而加快奶牛改良进程。该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。现近亲繁殖而引起种质衰退。（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？对它进行克隆？从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。同期发情处理的受体母牛体内。4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。研究方面研究方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。应用上应用上：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。有一定距离。 1 1、在动物细胞培养过程中遗传物质发生改变的细胞（）、在动物细胞培养过程中遗传物质发生改变的细胞（）A A细胞系细胞系 B B细胞株细胞株 C C原代细胞原代细胞 D D传代细胞传代细胞 2 2、动物细胞工程技术的基础是、动物细胞工程技术的基础是 -（）A.A.动物细胞融合动物细胞融合 B.B.单克隆抗体单克隆抗体 C.C.胚胎移植胚胎移植 D.D.动物细胞培养动物细胞培养AD 3.3.动物细胞培养与植物细胞培养的重要区别在于动物细胞培养与植物细胞培养的重要区别在于-（）A.A.培养基不同；培养基不同；B.B.动物细胞培养不需要在无菌条件下进行；动物细胞培养不需要在无菌条件下进行；C.C.动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能；动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能；D.D.动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培 养成植株。养成植株。A教学反馈教学反馈1.动物细胞培养要经过脱分化吗？为什么？2.体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？课后习题课后习题教学参考 1.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？细胞间的成分主要是蛋白质。胃蛋白酶适宜的PH约为2，当PH6时，胃蛋白酶就会失去活性，而胰蛋白酶作用的适宜环境PH为7.2-8.4，多数动物细胞培养的适宜PH为7.2-7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性。胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养时的消化。2.胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白质外，长时间的作用也会消化细胞膜蛋白，对细胞有损伤作用，因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间。3.单层细胞培养：1957年，科学家采用胰蛋白酶消化处理和应用液体培养基的方法，获得了单层细胞培养。单层培养法的出现，对细胞培养的发展起了很大的推动作用。 4.为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白质为白蛋白和球蛋白；氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，有些动物细胞不能合成，必须由培养液提供；激素有胰岛素、生长激素等促进细胞的生长、增殖、贴附。因此，细胞培养要保证细胞能顺利生长和繁殖，一般要添加10%-20%的血清。5.无血清培养：在科学研究中，有时需要明确界定培养液的成分，而血清中由于含有许多未知成分，会对研究结果有影响，因此，在进行细胞培养时，也可采用无血清培养。无血清培养基是在基本培养基中，添加一些已知的促进细胞生长和增殖的物质。6.去核方法：目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作去核法。还有人采用其他方法，如梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理等。这些方法是在没有刺破透明带或卵母细胞质膜的情况下，去除细胞核或使卵细胞核DNA变性，从而达到去核目的。