授课者郑海荣.ppt

1.3基因工程的应用,授课者：郑海荣,基 因 工 程 的 应用成 果,转基因植物转基因动物基因工程药物基因治疗,1.目前用于杀虫的转基因抗虫植物基因有哪些?2.抗病转基因植物所采用的基因,使用最多的是什么?3.造成低产.减产的常见环境因素有哪些?使烟草.番茄的耐寒能力提高措施是什么?4.豆类中哪种必需氨基酸较少?大米.玉米.小麦中哪种必需氨基酸较少?举例说明科学家如何提高氨基酸的含量?5.阅读相关内容后完成下表:,基因工程在农业上的应用,基因工程在农业上的应用,一、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，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,2、抗病转基因植物3、抗逆转基因作物4、利用转基因改良植物的品质 方法：,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酶的活性。,抗虫害的玉米,不会引起过敏的转基因大豆,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,转鱼抗寒基因的番茄,转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）,提高观赏价值,转基因矮牵牛呈现出原本没有的花色变异（左侧为对照，中间和右侧为转基因后的变异）,蓝色妖姬,转乙肝抗原基因的西红柿预防乙肝,发光烟草,基因工程在农业上的应用,Bt毒蛋白基因,病毒外壳基因和病毒复制酶基因,几丁质酶基因和抗毒素合成基因,调节细胞渗透压的基因,抗冻蛋白基因,抗除草剂基因,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,控制番茄果实成熟的基因,植物花青素代谢有关的基因,二、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：生长激素基因 2、用于改善畜产品的品质(如肠乳糖酶),如转基因牛分泌的乳汁，乳糖含量降低，营养成分不变,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),超级动物,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,特殊动物,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,3、用转基因动物生产药物思考讨论：1、用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质比工厂生产的优越之处有哪些？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）,A、产量高；B、质量好；C、成本低；D、易提取,带有人凝血因子基因的转基因羊(1998),羊奶可治血友病,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。,“转基因荧光猪”,不含胆固醇的转基因小鼠,荧光斑马鱼,荧光热带鱼,三、基因工程与医药卫生,基因工程药品的生产,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,基因工程胰岛素（一）,胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,胰岛素分子结构,基因工程胰岛素（二）,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!,胰岛素生产车间,工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。我国已生产的产品：,白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗、细胞因子等,5.基因工程药品异军突起,基因工程干扰素（一）,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。,干扰素生产车间,干扰素分子结构,基因工程干扰素(二）,基因工程人干扰素-2b（安达芬）是我国第一个全国产化基因工程人干扰素-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。,其它基因工程药物,人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。,人造血液及其生产,四、基因治疗曙光初照,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，顾名思义，是指在基因水平上对人类疾病进行治疗。具体地说，它是利用基因转移或基因调控的手段，将正常基因转人疾病患者机体细胞内，取代致病的突变基因，表达所缺乏的基因产物。或者是通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新开启已关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管等疾病的目的。,基因治疗,基因治疗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。,SCID的基因工程治疗,重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称ADA）的基因（ada）发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。,SCID患者生存在无菌环境中,基因治疗SCID的过程,五、基因工程与环境保护,1、环境监测 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,2、环境污染治理基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,超级细菌蔓延全球:这种细菌抗药性极强，几乎能抵御所有抗生素，已经感染英国、美国、瑞典、荷兰、澳大利亚个别居民。欧洲专家预计，至少10年内没有抗生素可以有效对付这种细菌，因此呼吁全球密切监控阻止超级细菌传 播。,一则消息：1998年英国的研究人员普斯陶伊通过新闻媒体向人展示了他的研究成果：实验鼠在食用转基因土豆十天后，其肾、脾和消化道都出现了不同程度的损伤。你们怎样看待转基因生物和转基因食品的安全性呢？,基因工程的弊端,1、有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。2、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。3、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,例题分析（一）,农业上大量使用化肥存在许多负面影响，生物固氮已成为一项重要研究课题，实验证明，生物固氮是某些微生物（如根瘤菌、蓝藻等）将空气中的N2固定为NH3的过程。（1）与人工合成NH3所需的高温、高压条件相比，生物固氮的顺利进行是因为根瘤菌、蓝藻体内含有特定的，这类物质的化学本质是。,酶,蛋白质,例题分析（一）续,（2）人们正在着力研究转基因固氮植物（如固氮水稻、固氮小麦等），某科学家将根瘤菌、细胞中的固氮基因，通过基因工程方法转移到水稻植株细胞中，经检测，转基因水稻具备了固氮功能。据上述材料分析：,固氮基因已经整合到水稻细胞的 中。写出水稻细胞中固氮基因得到表达的反应式。,DNA,例题分析（二）,干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0.05g干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的_，并使之与一种叫做质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而用酵母菌来_。（2）酵母菌能用_方式繁殖，速度很快，所以，能在较短的时间内大量生产。利用这种方法不仅产量高，并且成本也较低。,基因,产生干扰素,出芽,干扰素,谢谢，再见！,