基因工程的应用完整PPT.ppt

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杨太林,基因工程自,20,世纪,70,年代兴起后,在短短的,30,年间,得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域,-,农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。,植物基因工程硕果累累,植物基因工程技术主要用于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。,1,、抗虫转基因植物,方法：,目的基因包括：,从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性,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,1.,抗虫转基因植物,2.,抗病转基因植物,抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。,盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关,目前科学家正在利用一些可以调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力。,3.,其他抗逆转基因植物,大米、玉米、小麦含赖氨酸比较少，这些必需的氨基酸缺少后对人体的健康不利。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因,导入植物中,或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性,以提高氨基酸的含量。,4.,利用转基因改良植物的品质,我国科学家已成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。,动物基因工程前景广阔,1,、用于提高动物生长速度目的基因：,生长素基因,2.,用于改善畜产品的品质,例如，有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁，在其他养分不受影响的情况下，乳糖的含量大大减低。,3.,用转基因的动物生产药物,转基因动物的,乳腺,。,就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？,是指把人或哺乳动物的某种,基因导入,到,哺乳动物,(,如鼠、兔、羊和猪,),的,受精卵,里，,目的基因若与受精卵染色体,DNA,整合,，细胞分裂时，该基因随染色体的,倍增,而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使,性状得以表达,，并,稳定地遗传,给后代，从而,获得基因产品,。这样一种新的个体，称为,转基因动物,。,什么叫转基因动物？,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。,（,1,）、为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,乳房生物反应器,（,2,）、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？,获取目的基因,（例如血清蛋白基因）,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,（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,（）、乳房生物反应器的操作过程与一般转基因动物操作过程有何不同之处？并阐述原因？,要在编码蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构成表达载体。因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的选择性表达）,4,、用转基因动物作器官移植的供体,供体动物：,存在的难题：,解决方法：,猪,免疫排斥,将供体基因组导入某种基因调节因子，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。,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接从生物体的哪些结构中提取？,药品直接从生物的,组织,、,细胞,或,血液,中提取。,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,。,可利用什么方法来解决上述问题？,利用,基因工程,方法制造“,工程菌,”，可,高效率,地生产出各种,高质量,、,低成本,的药品。,基因工程药品异军突起,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,45g,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,干扰素是,病毒侵入细胞后产生,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,某些,癌症,和,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。,19801982,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,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,1,、体外基因治疗：,2,、体内基因治疗：,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。,直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。,基因治疗曙光初照,发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）,在诊断遗传性疾病方面发展迅速。,运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的,两患儿经治疗后，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。,7下列属于利用基因工程技术培育的新品种的是（）,其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。,6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，转基因动物是指（）A.,2）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症,克服远源杂交不亲和障碍。,如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。,探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；,可利用什么方法来解决上述问题？,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。,基因工程为食品工业中提供了什么前景？,、右面是两幅同学画的基因工程卡通图。,例如，有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁，在其他养分不受影响的情况下，乳糖的含量大大减低。,用转基因的动物生产药物,我国科学家已成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。,用于基因治疗的基因种类,A.,从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物。,B.,反义基因。即通过产生的,mRNA,分子，与病变基因产生的,mRNA,进行互补，来阻断蛋白质合成。,C.,编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因，又叫做自杀基因。,基因诊断：,也称为,DNA,诊断,或,基因探针技术,，即在,DNA,水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。,探针制备：,放射性同位素,(,如,32,P),、荧光分子,等标记的,DNA,分子；,原 理：利用,DNA,分子杂交原理,；,基因探针：,基因探针就是一段与目的基因或,DNA,互补的,特异核苷酸序列,。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是,DNA,本身，也可以是由之转录而来的,RNA,。,DNA,分子杂交原理：,DNA,分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。其基本原理是：,互补的,DNA,单链,能够在一定条件下,结合成双链,，即能够进行杂交。这种结合是,特异,的，即严格按照碱基互补配对进行。因此，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。,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,在,诊断遗传性疾病,方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行,产前诊断,。,1,）,珠蛋白的,DNA,探针 镰刀状细胞贫血症,2,）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症,3,）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的,DNA,探针 白血病,举例,基因治疗：,是指是把,健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞,中，达到治疗疾病的目的。,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。,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。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。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。,1991,年,1,月，另一名患同样病的女孩也接受了同样的治疗。两患儿经治疗后，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。,P53,基因,病毒,P53,蛋白膜,瘤细胞变小,基因工程与食品业,基因工程为人类开辟,新的食物来源,。,1,）,鸡蛋白基因,在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的,卵清蛋白,。,2,）用基因工程的方法,从微生物中获得,人们所需要的,糖类,、,脂肪,和,维生素,等产品。,基因工程为食品工业中提供了什么前景？,基因工程与环境保护,1,）用于,环境监测,。,2,）用于被污染,环境的净化,。,基因工程在环保方面有什么应用？,例如：用,DNA,探针,可以检测,饮用水中病毒,的含量。此方法的特点是,快速,、,灵敏,，,1,吨水中有,10,个病毒也能检测出来。,通过基因工程方法怎样进行环境监测？,1,）用基因工程产物,“,超级细菌,”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的,假单孢杆菌,的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。,2,）用基因工程培养出,“吞噬”汞和降解土壤,中,DDT,的,细菌,，以及能够,净化镉污染,的,植物,。,通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？,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。,、右面是两幅同学画的基因工程卡通图。你能像这位同学一样。展开你想像的翅膀，用图画、文字或用音乐创造等，来畅想基因工程的未来吗？,转基因生物有利的一面,:,改变传统的育种方式，缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。,克服远源杂交不亲和障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。,生产有利于健康和抗病的食品。,培育出符合人们意愿的动植物新品种。,有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。,大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。,基因工程的弊端,1,基因治疗是指 （）,A,、把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的,B.,对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的,C.,运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常,D.,运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的,练习,A,2,在人类染色体,DNA,不表达的碱基对中，有一部分是串联重复的短序列，它们在个体之间有显著的差异性，这种短序列可用于,(),A,生产基因工程药物,B,侦查罪犯,C,遗传病的产前诊断,D,基因治疗,B,3,基因探针的组成不可能是,(),A,整个基因，或基因的一部分；,B,可以是,DNA,本身，,C,也可以是由之转录而来的,RNA,。,D,一条多肽,D,4,我国科学家成功地将人的抗病毒干扰素基因转移到烟草,DNA,分子上，从而使烟草获得了抗病毒的能力。这项技术所依据的遗传学原理主要是,(),A,碱基的互补配对原则,B,中心法则,C,基因分离定律,D,基因自由组合定律,B,5,下图示一项重要生物技术的关键步骤，字母,X,可能代表,(),A,不能合成胰岛素的细菌细胞；,B,能合成抗体的人类细胞；,C,能合成胰岛素的细菌细胞；,D,不能合成抗生素的人类细胞,人胰岛素基因,切开的质粒,酶,插入细菌细胞,细胞分裂,C,基因诊断技术在什么方面发展迅速？,原 理：利用DNA分子杂交原理；,基因工程药品 生长激素,C基因分离定律 D基因自由组合定律,提供基因的动物,此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,转基因生物有利的一面:,我国科学家已成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。,其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行杂交。,可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。,我国科学家已成功地将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。,A不能合成胰岛素的细菌细胞；,6,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，转基因动物是指（）,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,B,7,下列属于利用基因工程技术培育的新品种的是（）,、耐寒的小黑麦、抗棉铃虫的转基因抗虫棉,、太空椒、试管牛,B,8,下列不属于利用基因工程技术制取的药物是（）,A,、从大肠杆菌体内制取白细胞介素,B,、在酵母菌体内获得的干扰素,C,、在青霉菌体内提取青霉素,D,、在肠杆菌体内获得胰岛素,C,思考题,以动物乳房作为生产药物的反应器称为乳房,(,腺,),生物反应器,用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系称为“工程菌”,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥作用，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的方法,1,、什么是乳房（腺）发生器？,2,、什么是工程菌？,3,、什么是基因治疗？,4,、器官移植时遇到的医疗水平无法解决的难题是什么,?,能否利用基因工程解决这一问题,?,器官来源短缺,科学家正在用基因工程技术设法解决人类器官的来源短缺问题。,感谢观看,