2020-2021学年1.3 基因工程的应用示范课ppt课件

这是一份2020-2021学年1.3 基因工程的应用示范课ppt课件，共50页。PPT课件主要包含了植物基因工程，动物基因工程，基因工程药物的生产，基因治疗，体外基因治疗，体内基因治疗等内容，欢迎下载使用。

根据基因工程的原理我们可以利用下面这些基因培育什么样的个体呢？
植物基因工程在农业中的应用发展迅速。2001年，就世界范围来看，转基因植物面积首次突破5×106hm2。其中转基因大豆、棉花、油菜、玉米已进入大规模商业化应用阶段，这四种转基因作物种植面积占相关作物种植面积的比例已达到：大豆63%，玉米19%，棉花13%，油菜5%。 我国转基因作物的种植面积也迅速增长，目前已位居世界第四。
转入外源基因的植（动）物
一 、植物基因工程硕果累累
①抗虫转基因植物：
从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，导入农作物，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展趋势。
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
用于杀虫的基因主要是 :
优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量
为什么Bt毒蛋白对哺乳动物无毒害作用？
Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出的抗虫基因，该基因编码的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下，水解成分子质量较小的有毒多肽，这些多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。最后造成害虫死亡。
蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中，该基因产生的抑制剂可与害虫消化道内的蛋白酶结合，阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。
淀粉酶抑制剂基因产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。
植物凝集素基因会控制合成一种糖蛋白，这种糖蛋白可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。
① 抗虫转基因植物：
②抗病转基因植物：
引起植物生病的微生物，称病原微生物；如病毒、真菌和细菌等。
目前人们已获得： 抗烟草花叶病毒的转基因烟草 抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。
病毒外壳蛋白基因（CP基因）病毒的复制酶基因
几丁质酶基因抗毒素合成基因
调节细胞渗透压的基因鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂基因
造成低产、减产的常见因素有 盐碱、干旱、低温、涝害等。
用于抗逆的基因主要是 :
利用转基因改良植物品质
1、使食品的营养成分均衡
科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物，或改变这种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。
我国科学家培育出了赖氨酸含量提高30%的转基因玉米。
豆类食品含蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨酸比较少。这些人体必需氨基酸的缺少对健康很不利。
番茄富含维生素，但不耐储存。
我国科学家将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。储存时间可延长1-2个月，有的可达80多天。
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。
科学家研究发现，萤火虫发光是发光器中的荧光素，在荧光酶的催化作用下，发出的间歇光。
1997年，美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达，长成的植物通体光亮。
动物基因工程使20世纪80年代开始发展起来的，它从诞生那天起，就在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。
1.用于提高动物生长速度
科学家们将外源生长激素基因，导入动物体内，以提高动物生长速率。得到了转基因绵羊和转基因鲤鱼。
2.用于改善畜产品的品质
例如，有些人食用牛奶后，对牛奶中的乳糖不能完全消化，也有人出现过敏、腹泻、恶心。 科学家们将肠乳糖酶基因，导入奶牛基因组，获得的转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适
3.用转基因动物生产药物
将哺乳动物本身，变成“批量生产药物的工厂”。
将 _____与 等调控组件重组在一起，通过 方法，导入哺乳动物的 中，将其送入母体，使其发育成转基因动物。
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需药品,因而称为乳房（乳腺）生物反应器
产量高；质量好；成本低；易提取
动物进入泌乳期（分泌的乳汁中包 含所需要的药物）
构建基因表达载体（药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组）
获取目的基因（药用蛋白基因）
显微注射（哺乳动物受精卵中）
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（乳腺）生物反应器
将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体，使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需的药品。
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。
为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理想的表达场所呢？
缺点：雌性个体发育到一定时期才会合成
优点：处于不同发育时期的雌雄动物都可以生产药物。
乳汁中含有人生长激素的转基因牛
4.用转基因动物作器官移植的供体
由于人体移植器官短缺是世界性难题，人们不得不寻找可替代的移植器官。
猪与人：1. 器官大小一致2. 解剖生理特点相似3. 组织相容性抗原同源性高4. 人畜共患疾病病原体少
最大的难题： 存在 反应。
科学家们正试图利用基因工程对猪器官进行改造。 向器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；或设法除去抗原决定基因。
【资料1】：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4－5g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。 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%!
【资料2】：干扰素是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白。干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！对癌症也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。 科学家利用基因工程，从1kg细菌培养液中可20-40mg干扰素。
20世纪90年代以来，我国自己生产的白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等近20种基因工程药物投放市场，年产值达30亿元人民币。
主要用于治疗乙肝的重组人干扰素α-1b（安达芬）是我国第一个国内批准生产的基因工程药物，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。
1.疫苗在免疫学上属于 ；如：利用基因工程技术产生乙肝疫苗实际上是将乙肝病毒的 基因导入受体细胞中并表达2.干扰素的化学本质是 ，其为抗 药物； 抗生素为抗 药物。
可用来治疗侏儒症。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
基因治疗，是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。
注意：①并非把正常的外源基因导入病人的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中。
②正常基因表达 缺陷基因的功能
原来体内的缺陷基因并没有被清除或者替换掉；缺陷基因与新导入的正常基因同时存在。
【资料1】：1990年，美国对一名严重复合型免疫缺陷症的4岁女童，实施了基因治疗。由于腺苷酸脱氨酶（ADA）基因的缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶（ADA）；而该酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，女童不能抵抗病原微生物的威胁，只能生活在无菌的隔离帐里。 研究人员将她的T淋巴细胞取出，通过基因工程将腺苷酸脱氨酶基因转入T淋巴细胞，然后再将这种淋巴细胞转入患者体内。半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，产生的腺苷酸脱氨酶也越来越多，免疫能力显著提高。
优点：风险较小缺点：步骤较多、费用较高
【资料2】：1994年，美国科学家成功地利用修饰的腺病毒作为载体，将正常的相关基因转入遗传性囊性纤维化病的患者肺组织中。
操作复杂，但效果较为可靠
方法较简单，但效果难以控制
目前两种方法都处于临床试验阶段
思考：用于基因治疗的基因种类有哪些？ 分别如何发挥作用？
从健康人体上分离得到的功能正常的基因
取代病变基因或依靠表达产物弥补病变基因带来的生理缺陷
通过转录产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA进行互补，来阻止非正常蛋白的合成。
编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因。
1. 什么是基因芯片？
2. 基因芯片主要用于什么工作？其原理是什么？
3. 基因芯片还有哪些用途？
4. 基因芯片在临床诊断方面表现出的独特优势有哪些？
5. 基因芯片诊断技术有何特点？
如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病
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