转基因生物安全专题-2.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,*,第一节 转基因植物的发展,第二节 转基因动物研究进展,第三节 转基因微生物研究进展,第四节 基因工程疫苗,第一节 转基因植物的发展,研究成功的转基因植物超过35科120种,粮食作物、蔬菜、水果和林木,抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆、品质改良、发育调控、药物生产。,1983年含有抗生素抗性基因的转基因烟草,转基因作物发展现状,农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）,2011年全球共有,29,个国家的,1670,万名农民种植了,1.6,亿公顷的转基因作物，占全球耕地的,10,。这面积相当于中国可耕地面积的,1.3,倍，约等于美国的可耕地面积。,2008年，抗除草剂转基因大豆、玉米、油菜和紫苜蓿的种植面积占全部种植面积的63%。,转基因林木发展现状,转基因抗虫林木,抗虫基因类型：苏云金芽孢杆菌毒蛋白（Bt）基因、蛋白酶抑制剂（Pi）基因、外源凝集素（lectin）基因和昆虫神经毒素基因。,20世纪90年代初，转Bt基因欧洲黑杨植株研制成功，表现出杀虫性。,转基因植物能有效地控制林分的虫口密度，使非转基因植株在某种程度上得到转基因植株的保护。,双价转基因杨树的研究,Bt基因和蛋白酶抑制剂（API）基因,毛白杨,抗病转基因林木,1986年美国首次获得了抗病转基因植株。,编码植物病毒的外壳蛋白基因,植物细胞,积累病毒外壳蛋白,抑制侵染病毒的复制,减轻病毒症状或推迟发生时间,杨树花叶病毒(PMV)-杨树,杨李痘病毒(PPV)-杏,兔,np,-1基因-毛白杨,转基因调控生殖发育,DT-A基因,银灰杨,大齿杨,雄性不育,拟南芥,LEAFY,基因,欧洲山杨,美洲山杨,花期提前,转基因抗逆林木,（相对薄弱）,臭氧胁迫-抗氧化剂-超氧化物歧化酶(SOD)/谷胱甘肽(GSH)-抗逆效果,盐渍化沙漠化-耐盐性-Na,+,/H,+,逆向转运蛋白基因-耐盐性提高,木材特性,香豆酸CoA连接酶基因,美洲山杨,木质素减少45%,纤维素增加15%,叶、茎、根生长加快,GS,基因,杨树,谷氨酰胺合成增加,可溶性蛋白增加,叶绿素含量增加,COMT,基因,欧洲山杨,美洲山杨,木质素含量下降,木质素结构改变,纤维素含量增加,第二节 转基因动物研究进展,动物转基因技术是通过现代生物学手段将外源DNA导入动物的基因组，进而影响其基因型和表现型的一类技术。主要技术手段包括,重组DNA技术,和,胚胎生物技术,。,1971年 利用精子将外源DNA转入兔卵母细胞。,1982年 将大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵。,动物转基因技术,显微注射、病毒转染、电脉冲法和胚胎干细胞等一系列技术。,转基因动物的应用,在基础生物学研究中，用于研究真核细胞的基因转录和表达调控以及个体发育的分子调控规律；,在生产中，可以提高动物产品的生产效率和质量；,在动物抗病育种中，可以提高动物对疾病的抵抗力；,在医学领域，可以生产用于人体器官移植的动物器官。,转基因动物用于基因功能的基础生物学研究,获得基因敲除转基因小鼠800余种，用于研究基因的功能。,在未来时间内，转基因动物的研究不会局限于生产某一种对农业或医学有重大经济价值的动物品系或品种，越来越大的研究将针对生物学本身。,转基因动物在医学领域的应用,建立诊断和治疗人类疾病的转基因动物模型,动物学家通过精准地失活某些基因或增强某些基因的表达来制作各种各样的研究人类疾病的动物模型。,全世界已经建立了30多种人类遗传疾病的鼠模型，如AIDS、老年性痴呆、原发性高血压、糖尿病、镰状细胞贫血症等。,CD4融合基因,转hCD4阳性兔,外周血浆淋巴细胞,（PBL）,未检测到,检测到,hCD4 mRNA和蛋白质,F1代,2.,生产人类器官移植用途的转基因猪,异源器官移植（xenotransplantation）利用转基因动物作为组织器官的来源。其供量大、费用低廉，有着广阔的产业化前景。,在关键时刻，可以将转基因猪的肝脏或心脏临时移植给病人，使病人能够存活到找到适用的人类器官，这样的移植可以在短期内实现。,猪内源逆转录病毒（procine endogenous retrovirus，PERV）,RT-PCR和免疫杂交方法对患者的血清进行了分析，结果没有发现一例PERV，这无疑更增加了人们从事猪器官用于人的研究的信心。,3.,应用转基因动物乳腺生物反应器生产药用蛋白,利用转基因动物生产药用蛋白,血液,乳腺,尿腺,优越性：,生产成本低,产量高,产品纯化简易,产品质量高、安全性好,4.,转基因动物生产人类营养医疗用品（或保健品）,转基因在动物生产中的应用,对动物进行基因改良，促进动物生长，提高畜产品品质和产量,乳糖酶由人小肠分泌，把鲜奶中的乳糖降解成葡萄糖和半乳糖。,含有人血中制造铁质和提供牙齿生长的蛋白质，及提供产後初乳中预防细菌的主要蛋白质,小玫瑰,动物抗病育种,禽白血病病毒,(ALV),MX1基因,马利克氏病病毒,(MDV),抗ALV的新品系的鸡,抗禽流感鸡,抗MDV病毒的鸡,利用转基因技术提高动物的抗病性也具有广阔的应用前景。,中国转基因动物研究进展,“,七五,”技术攻关设立“,动物个体表达系统研究,”的课题，启动了转基因动物研究。,农业部“,七五,”生物技术重点项目中，设立了“,动物转基因技术研究,”的课题,“,863”计划,中，把“,猪的基因工程育种,”列为重点项目之一。,“,九五,”期间，“,动物乳腺生物反应器研究,”增列重点项目。,“,十五,”期间，“,体细胞克隆牛与转基因体细胞克隆牛生产技术体系,”项目。,“,十一五,”科学技术发展规划强调将,发育与生殖研究,作为一项重大科学专项。,动物乳腺生物反应器,转基因实验动物研究,1984-1987年中国科学院遗传所获得转,人,-珠蛋白、生长激素、大肠杆菌,galk,和,gpt,基因小鼠,2000年中国农业大学生物技术国家重点实验室将,“生物钢”蛋白基因,在小鼠乳腺中表达,中国农业大学和华中农业大学合作，研究转基因小鼠乳腺表达,人瘦蛋白,转基因家畜研究,2002年1月18日，中国第一头本土克隆牛“委委”在山东曹县中大动物胚胎工程中心通过剖腹产诞生。由于严重缺氧，“委委”出生后未顺利站起。,“委委”之所以被称为我国第一头土生土长的克隆牛，是因为从培育克隆胚胎到克隆胚胎移植都是中国人在自己的国家完成的。,2002年10月13日，中国首例转基因克隆牛在深圳诞生。,2003年10月17日体细胞克隆牛“岩娃”,对全球性胃病的预防和治疗方面将会有重要意义，同时也具有重要的经济价值和社会价值。,人岩藻糖转移酶基因,（治疗人类胃溃疡疾病）,绿色荧光蛋白基因,新霉素抗性基因,2000年中国农业大学转基因克隆绵羊,用CMV启动的,neo,和,gfp,基因构件转染羊的颗粒细胞，得到阳性细胞后直接进行克隆，体外发育的克隆囊胚均表达,gfp,基因。,中国科学养遗传与发育生物学研究所与扬州大学合作，将促红细胞生成素基因和人乙型肝炎表面抗原基因导入山羊，获得了,两种乳腺特异性表达的转基因山羊,。,转基因禽类的研究,转基因鸡改变现有品种的遗传特性，如增加对病毒及球虫病的抗性，提高喂食效率，降低鸡蛋中的脂肪含量和胆固醇水平，提高肌肉质量，等等。,目前已获得转,禽类白血病病毒（ALV）的外壳蛋白基因,env,的转基因鸡，并证明获得的转基因鸡对禽类白血病病毒具有一定的抗性。,转基因淡水鱼类研究,中国科学院水生生物研究所，首次将人生长激素基因（h,GH,）转入鱼，制作出了提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物学和插入突变提供研究材料转基因鱼。,当前，我国的转基因鱼已达到国际先进水平。,2002年，“转基因黄河鲤鱼”首次在公众面前亮相，它带有草鱼生长激素基因，1年内可长2-3斤，味道鲜美，蛋白质含量较高、脂肪含量相对较低。,由于鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题很值得去研究。只有解决了生态安全性问题，才能真正使转基因鱼广泛应用于渔业生产。,转基因微生物研究进展,20世纪80年代以来，现代生物技术迅速发展，在医药、农业、食品、化工、环境和能源等领域发挥了巨大的经济效益和社会效益。,1982年,美国FDA批准了世界上第一例基因工程药物,重组人胰岛素,的正式生产以来，以基因工程药物为主的各种基因工程产品陆续实现商品化生产。,中国转基因微生物的研究和应用的重点在农业方面，到2000年为止，在国家“863”计划资助下，共分离克隆了杀虫、防病、固氮等新基因89个，构建各类工程菌51株，其中5种菌剂获准进入田间试验，6种经安全性评估后进入环境释放。,转基因微生物在农业生产领域的应用,应用于农业生产上的转基因微生物主要为转基因微生物农药、转基因微生物肥料，以及利用转基因微生物生产饲料酶。,1.转基因微生物农药,过量使用农药,环境污染,食物残毒,病虫害抗药性,生态破坏,目前，中国是世界上农业重组微生物环境释放面积最大、种类最多和研究范围最广的国家，所取得的成就受到各国科学家的广泛关注和高度重视。,转Bt基因重组杆状病毒,、,高毒广谱杀虫工程菌,、,棉铃虫核型多角体病毒杀虫剂,等多种基因工程微生物杀虫剂经农业部安全性审批获准进入田间释放或中间试验,重组猪生长激素,、高效表达植酸酶的,重组毕赤酵母,以及其他几种基因工程疫苗也获准进入中间试验或环境释放阶段。,转基因,Bt,菌剂,苏云金芽孢杆菌（简称,Bt,）杀虫剂是公认的一类无公害的生物农药，也是目前国内外生产量最大、应用面积最广的微生物杀虫剂。全世界从,Bt,中发现并正式命名的ICP基因已有42大类250多种。,马铃薯甲虫,玉米螟,小菜蛾,中国在,Bt,分子生物学的研究中也取得了很多成果：,1997年以来，我国自行克隆并经国际命名的新的杀虫蛋白基因达28种，占国际同期新发现,Bt,基因总数的1/3。,华中农业大学生命科学学院微生物农药国家工程研究中心、农业部微生物重点实验室研制的苏云金芽孢杆菌高毒力菌株YBT-1520获国家发明专利。,福建农林大学生物技术中心研制的苏云金芽孢杆菌遗传改良工程菌TS16等杀虫剂获化学工业部的农药生产证和农业部的农药登记证和出口证。,南开大学生命科学院微生物学系进行了苏云金芽孢杆菌光谱基因工程菌的构建及新型高效菌株15A3的研究与开发，其成果已通过验收和鉴定。,转基因病毒杀虫剂,世界上有记载的昆虫病毒超过1000种，已开发投入市场的产品有30多种。中国研制了20多种病毒杀虫剂。,中山大学构建了第一株对害虫具有迅速麻痹作用的基因工程杆状病毒重组粉纹夜蛾核多角体病毒（TnAT35）。,银纹夜蛾 甜菜夜蛾 棉铃虫,防治植物霜冻的转基因工程菌,冰核活性细菌,可以诱发并加重植物霜冻,利用无冰核活性细菌的生态位和营养竞争关系可以在一定程度上减少冰核活性细菌的数量，从而有效减轻植物霜冻的发生。,防治植物霜冻的无冰核活性细菌活性工程菌于1982年研制成功，1987年进入田间试验，防治草莓霜冻效果达70%以上。,防治病害的转基因工程菌,1991年和1992年，工程菌NoGall在澳大利亚和美国获准登记，成为世界上第一例商品化生产的植物病害生物防治基因工程细菌制剂，已在澳大利亚、美国、加拿大、日本和西欧的一些国家推广。,对昆虫病原真菌的遗传改良,我国首次建立球孢白僵菌的农杆菌转化体系，并从该菌中克隆了类枯草杆菌蛋白酶基因、几丁质酶基因和真菌孢子形成相关基因。,新构建的含有前两种基因的工程菌较单一基因工程菌杀虫毒力提高近一倍，侵染致病时间缩短近一半。,传统氮肥,土壤板结,肥力下降,耗费能源,污染环境,土壤中的微生物具有生物固氮、溶解磷钾等特性。,我国科研工作者已分离鉴定出10余株高固氮活性的菌株。,2.转基因微生物肥料,动物消化饲料的过程中，仅仅利用自身的内源性酶，如淀粉酶、胃蛋白酶、胰脂酶、蔗糖酶、乳糖酶等，是不能充分利用动物饲料的。,外源性饲料酶成为饲料工业的一个重大课题,利用基因工程技术，可以大大提高各种饲料酶的活性、稳定性和耐热性等。,黑曲霉、米曲霉和无花果曲霉。,3.转基因微生物生产饲料酶制剂,转基因微生物在食品生产领域的应用,啤酒和淀粉酶,面包和蛋白酶,奶酪和凝乳酶,利用转基因微生物生产酶制剂的主要目标是加强酶制剂的加工特性。,利用基因工程技术改良菌种生产的第一种食品酶制剂是凝乳酶，美国2/33/4的奶酪生产使用了遗传工程凝乳酶。,转基因微生物,酶制剂,产量高,品质均匀,稳定性好,价格低廉,转基因微生物在药物生产领域的应用,发达国家2/3糖尿病患者治疗所用的胰岛素是基因工程产物。,1982年进入市场，发展至今已取得很好的市场效益。,现已有近40种基因工程蛋白质药物投放市场：,癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、细菌感染、骨损伤、代谢病、矮小症、心血管病、糖尿病、不孕症等疑难病。,转基因微生物在其他领域的应用,环境保护,1980年美国第一个生物遗传工程专利就是一种可吞噬石油的微生物，主要用途是清除海洋中泄露的石油。,传统工业改造,利用工程菌株生产聚羟基丁酸作为原料制作的塑料产品可被自然环境中的微生物分解，有效消除白色污染。,新能源开发,利用转基因手段制造的工程菌可以提高发酵效率，使之分解纤维素和木质素，以稻草、木屑、植物秸秆、食物的下脚料等作为原料生产酒精。,基因工程疫苗,基因工程疫苗代表了一种预防传染性疾病的新途径，有利于提高人类和动物的福利，减少抗生素的使用和病原体传播。,优点：,成本低、生产简单、质量高、热稳定性好、可生产多价疫苗等。,缺点：,缺乏研究，具不确定性。,基因工程疫苗的利用,一个基因工程疫苗含有一个带有很强病毒启动子的细菌质粒、一个编码免疫蛋白的基因和一个转录终止序列。,质粒是长在细菌中，在盐溶剂中纯化和溶解，然后通过肌肉注射微量的DNA加速蛋白表达活性，以达到最终减少免疫反应、抗击病毒作用。,基因工程疫苗的研究进展,兽用重组基因工程疫苗的类型,病原：,细菌、病毒、寄生虫,疫苗使用对象：,牛、马、猪、羊、犬、禽、兔、鱼和其他野生动物。,疫苗的类型：,重组亚单位疫苗、基因缺失活疫苗、基因重组活疫苗。,重组亚单位疫苗是指将保护性抗原基因在原核或真核细胞中表达，并将基因产物蛋白质或多肽制成疫苗。,安全性好，不含传染性材料，接种后不会发生急性、持续或潜伏感染，可用于不用使用活疫苗的一些情况。,重组亚单位疫苗,通过基因工程技术将致病微生物基因中负责毒力的一个或多个基因缺失，同时可插入标记基因，制成弱毒活疫苗。,基因缺失活疫苗,基因重组活疫苗,利用基因重组技术将编码免疫抗原的外源基因克隆到无毒的表达载体如病毒、细菌上，制成载体活疫苗。,优点：疫苗株能在动物体内有限增殖，引起相当于亚临床自然感染的免疫刺激强度，使机体产生坚强而持久的免疫力。用量小，使用成本低。,华中农业大学、四川农业大学已成功研制出猪伪狂犬病基因缺失疫苗。,宁夏大学研制的犊牛、羔羊腹泻双价基因工程疫苗已批准生产。,哈尔滨兽医研究所构建的鸡传染性喉气管炎病毒基因的重组禽痘病毒疫苗、上海复旦大学合成的口蹄疫多肽疫苗已进入田间安全试验。,扬州大学农学院构建了马利克氏病毒gB基因的重组禽痘病毒疫苗获得成功。,人用病毒工程突变株与重组减毒活疫苗,基本途径,：通过生物技术手段改变病毒毒力相关基因，在保持其免疫原性基本不变的情况下使其毒力降低。,基本类型,：工程减毒疫苗株、杂合减毒株和病毒载体重组株。,1986年，第一例基因工程疫苗重组乙肝疫苗开发成功并获准在欧洲上市。,我国,哺乳动物基因工程乙肝疫苗,于1992年投放市场，预防痢疾的,冻干口服福氏、宋内氏痢疾双价活菌苗,于1998年上市，口服,重组B亚单位/菌体霍乱疫苗,于2000年上市，,血吸虫疫苗、出血热疫苗,等正在进行临床试验。,谢谢大家！,