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基因工程的應用 專題 基因工程 一 植物基因工程碩果累累 轉基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力 以及改良農作物的品質和利用植物生產藥物等方面 1 抗蟲轉基因植物 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應用 IMN 1 抗蟲轉基因植物 1 使用化學農藥的弊端 3 目的基因 Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制劑基因 淀粉酶抑制劑基因 植物凝集素基因等 4 例子 轉基因抗蟲水稻 抗蟲棉 2 培育轉基因植物的方法 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應用 IMN 2 抗病轉基因植物 1 目的基因 病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因 最多 幾丁質酶基因和抗毒素合成基因 抗真菌轉基因植物 2 例子 抗病毒轉基因小麥 抗病毒轉基因甜椒 2 抗病轉基因植物 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應用 IMN 3 其它抗逆轉基因植物 1 造成低產和減產的常見因素 2 鹽堿和干旱對農作物的危害與什么有關 與細胞內滲透壓調節(jié)有關 3 目的基因 抗鹽堿和干旱作物 調節(jié)細胞滲透壓的基因 耐寒的番茄 魚的抗凍蛋白基因 抗除草劑的大豆 抗除草劑基因 3 其他抗逆轉基因植物 轉魚抗寒蛋白基因的番茄 轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒 轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯 不會引起過敏的轉基因大豆 一植物基因工程碩果累累 1 3基因工程的應用 IMN 4 利用轉基因改良植物的品質 1 豆類中哪種必需氨基酸較少 大米 玉米 小麥中哪種必需氨基酸較少 蛋氨酸 2 如何培育富含賴氨基酸氨酸的轉基因玉米 轉基因延熟番茄 具觀賞價值的轉基因矮牽牛 賴氨酸 4 利用轉基因改良植物的品質 提高觀賞價值 基因工程在農業(yè)上的應用 1 高產 穩(wěn)產和具優(yōu)良品質的品種用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質含量 如 轉基因高賴氨酸玉米 植株 2 抗逆性品種將細菌的抗蟲 抗病毒 抗除草劑 抗鹽堿 抗干旱 抗高溫等抗性基因轉移到作物體內 將從根本上改變作物的特性 如轉基因抗蟲棉 繁殖具有抗病能力 高產仔率 高產奶率和高質量的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物 該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術將重組DNA轉移到動物受精卵中 基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應用主要是什么 將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中 得到的 超級小鼠 二動物基因工程前景廣闊 IMN 1 動物基因工程的應用體現在那些方面 用于提高動物生長速度 用于改善畜產品的品質 用轉基因動物生產藥物 用于轉基因動物作器官移植的供體 二動物基因工程前景廣闊 IMN 2 如何利用動物基因工程技術提高動物的生長速率 3 怎樣能在其他營養(yǎng)成分不受影響的情況下 降低乳糖的含量 將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M 二 動物基因工程前景廣闊 1 用于提高動物生長速度 2 用于改善畜產品的品質 3 用轉基因的動物生產藥物 如轉基因牛分泌的乳汁 乳糖含量降低 營養(yǎng)成分不變 轉基因牛 乳汁中含有人生長激素的轉基因牛 阿根廷 轉基因動物的乳腺 就基因藥物而言 最理想的表達場所是哪里 是指把人或哺乳動物的某種基因導入到哺乳動物 如鼠 兔 羊和豬 的受精卵里 目的基因若與受精卵染色體DNA整合 細胞分裂時 該基因隨染色體的倍增而倍增 使每個細胞中都帶有目的基因 使性狀得以表達 并穩(wěn)定地遺傳給后代 從而獲得基因產品 這樣一種新的個體 稱為轉基因動物 什么叫轉基因動物 1 乳腺是一個外分泌器官 乳汁不進入體內循環(huán) 不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應 2 從乳汁中獲取目的基因產物 產量高 易提純 表達的蛋白質已經過充分的修飾加工 具有穩(wěn)定的生物活性 3 從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產物的同時 轉基因動物又可繁殖 為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢 二動物基因工程前景廣闊 IMN 4 簡述乳房生物反應器的操作過程 獲取目的基因 例如血清蛋白基因 構建基因表達載體 在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子 顯微注射導入哺乳動物受精卵中 形成胚胎 將胚胎送入母體動物 發(fā)育成轉基因動物 只有在產下的雌性動物個體中 轉入的基因才能表達 二動物基因工程前景廣闊 IMN 5 乳房生物反應器的操作過程與轉基因動物操作過程有何不同之處 并闡述原因 要在編碼蛋白質的基因序列前加上乳腺組織中特異表達的啟動子 乳腺蛋白基因的啟動子 構成表達載體 因為產品在奶中形成 需要乳腺組織中特異表達的啟動子 基因的選擇性表達 二動物基因工程前景廣闊 IMN 供體動物 存在的難題 解決方法 在供體基因組中導入某種基因調節(jié)因子 以抑制抗原決定基因的表達 或設法除去抗原決定基因 再結合克隆技術 培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官 免疫排斥 6 用轉基因動物作器官移植的供體動物 存在的難題和解決的方法分別是什么 小型豬 三基因工程藥品異軍突起 在傳統(tǒng)的藥品生產中 某些藥品如胰島素 干擾素直接生物體的哪些結構中提取 藥品直接從生物的組織 細胞或血液中提取 傳統(tǒng)生產方法的缺點 由于受原料來源的限制 價格十分昂貴 可利用什么方法來解決上述問題 利用基因工程方法制造 工程菌 可高效率地生產出各種高質量 低成本的藥品 基因工程胰島素 一 胰島素是治療糖尿病的特效藥 長期以來只能依靠從豬 牛等動物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取4 5g的胰島素 其產量之低和價格之高可想而知 胰島素分子結構 基因工程胰島素 二 將合成的胰島素基因導入大腸桿菌 每2000L培養(yǎng)液就能產生100g胰島素 大規(guī)模工業(yè)化生產不但解決了這種比黃金還貴的藥品產量問題 還使其價格降低了30 50 胰島素生產車間 干擾素是病毒侵入細胞后產生的一種糖蛋白 干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染 是一種抗病毒的特效藥 此外干擾素對治療某些癌癥和白血病也有一定療效 傳統(tǒng)的干擾素生產方法是從人血液中的白細胞內提取 每300L血液只能提取出1mg干擾素 1980 1982年 科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素 是傳統(tǒng)的生產量的12萬倍 1987年上述干擾素大量投放市場 基因工程藥品 干擾素 基因工程干擾素 一 干擾素治療病毒感染簡直是 萬能靈藥 過去從人血中提取 300L血才提取1mg 其 珍貴 程度自不用多說 干擾素生產車間 干擾素分子結構 基因工程干擾素 二 基因工程人干擾素 2b 安達芬 是我國第一個全國產化基因工程人干擾素 2b 具有抗病毒 抑制腫瘤細胞增生 調節(jié)人體免疫功能的作用 廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療 是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物 其它基因工程藥物 人造血液 白細胞介素 乙肝疫苗等通過基因工程實現工業(yè)化生產 均為解除人類的病苦 提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用 人造血液及其生產 治療侏儒癥的唯一方法 是向人體注射生長激素 而生長激素的獲得很困難 以前 要獲得生長激素 需解剖尸體 從大腦的底部摘取垂體 并從中提取生長激素 現可利用基因工程方法 將人的生長激素基因導入大腸桿菌中 使其生產生長激素 人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素 相當于6萬具尸體的全部產量 基因工程藥品 生長激素 基因診斷 也稱為DNA診斷或基因探針技術 即在DNA水平分析檢測某一基因 從而對特定的疾病進行診斷 探針制備 放射性同位素 如32P 熒光分子等標記的DNA分子 原理 利用DNA分子雜交原理 四 基因治療曙光初照 基因探針 基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列 它包括整個基因 或基因的一部分 可以是DNA本身 也可以是由之轉錄而來的RNA 分子探針 核酸分子探針是指特定的已知核酸片段 能與互補核酸序列退火雜交 用于對待測核酸樣品中特定基因順序的探測 滿足 1 必須是單鏈 2 帶有容易被檢測出來的標記物 DNA分子雜交原理 DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一 其基本原理是 互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結合成雙鏈 即能夠進行雜交 這種結合是特異的 即嚴格按照堿基互補配對進行 因此 當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針 與被測基因進行接觸 若兩者的堿基完全配對成雙鏈 則表明被測基因中含有已知的基因序列 基因診斷技術在什么方面發(fā)展迅速 在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速 目前已經可以對幾十種遺傳病進行產前診斷 1 珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細胞貧血癥2 苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥3 白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病 舉例 基因治療 是指是把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中 達到治療疾病的目的 患半乳糖血癥的患者 由于細胞內半乳糖苷轉移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉移酶 使過多的半乳糖在體內積聚 引起肝 腦等功能受損 1971年 美國科學家在體外做了試驗 用帶有半乳糖苷轉移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞 結果發(fā)現這些組織細胞能夠利用半乳糖了 這表明 用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的 1 體外基因治療 2 體內基因治療 從病人體內獲得某種細胞 進行培養(yǎng) 然后 在體外完成基因轉移 再篩選成功轉移的細胞擴增培養(yǎng) 最后重新輸入患者體內 直接向人體組織細胞中轉移基因的治病方法 SCID的基因工程治療 重癥聯合免疫缺陷 SCID 患者缺乏正常的人體免疫功能 只要稍被細菌或者病毒感染 就會發(fā)病死亡 這個病的機理是細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶 簡稱ADA 的基因 ada 發(fā)生了突變 可以通過基因工程的方法治療 SCID患者生存在無菌環(huán)境中 基因治療SCID的過程 體外基因治療 體內基因治療 下頁 返回 用于基因治療的基因種類 1 用正?；虼嫒毕莼?或依靠其表達產物來彌補病變基因帶來的缺陷 如血友病 地中海貧血病的治療 2 反義基因 用mRNA分子與病變的mRNA分子進行互補 阻斷蛋白質的合成 3 自殺基因 編碼可殺死癌變細胞的蛋白酶基因 用口徑為1 m的DNA注射器 將大量的目的基因片段注入到受精卵的核內 然后把經過注射的受精卵移植到另一只雌性動物的子宮內 使受精卵發(fā)育為轉基因動物 什么叫顯微注射技術 基因工程與食品業(yè) 基因工程為人類開辟新的食物來源 1 雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功 這表明 未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產人類所需要的卵清蛋白 2 用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類 脂肪和維生素等產品 基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景 基因工程與環(huán)境監(jiān)測 一 基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒 細菌等污染 1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來 基因工程與環(huán)境監(jiān)測 二 利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況 卻不易因環(huán)境污染而大量死亡 甚至還可以吸收和轉化污染物 基因工程與環(huán)境污染治理 基因工程做成的 超級細菌 能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質 通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類 用基因工程培育成功的 超級細菌 卻能分解石油中的多種烴類化合物 有的還能吞食轉化汞 鎘等重金屬 分解DDT等毒害物質 例題分析 一 農業(yè)上大量使用化肥存在許多負面影響 生物固氮已成為一項重要研究課題 實驗證明 生物固氮是某些微生物 如根瘤菌 藍藻等 將空氣中的N2固定為NH3的過程 1 與人工合成NH3所需的高溫 高壓條件相比 生物固氮的順利進行是因為根瘤菌 藍藻體內含有特定的 這類物質的化學本質是 酶 蛋白質 例題分析 一 續(xù) 2 人們正在著力研究轉基因固氮植物 如固氮水稻 固氮小麥等 某科學家將根瘤菌 細胞中的固氮基因 通過基因工程方法轉移到水稻植株細胞中 經檢測 轉基因水稻具備了固氮功能 據上述材料分析 固氮基因已經整合到水稻