《基因工程應(yīng)用》課件

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1、,,基因工程的應(yīng)用,一、植物基因工程碩果累累,植物基因工程技術(shù)：1.提高農(nóng)作物的抗逆能力 2.改良農(nóng)作物的品質(zhì) 3.利用植物生產(chǎn)藥物,1.植物基因工程碩果累累,抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,方法：,目的基因：,從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲性,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,成果：,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉；轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等。,1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,抗蟲棉葉子,正常棉葉子,使用化學(xué)農(nóng)藥的缺點(diǎn)： 造成環(huán)境污染 損害人類健康 增加生產(chǎn)成本 用于殺蟲的基因主要是： Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制劑基因 淀粉酶抑制劑基因

2、 植物凝集素基因等,目的基因：,病毒外殼蛋白基因（CP基因） 病毒的復(fù)制酶基因,成果：,抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草 抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等。,1.植物基因工程碩果累累,抗病轉(zhuǎn)基因植物,,抗病毒基因：,幾丁質(zhì)酶基因 抗毒素合成基因,抗真菌基因：,引起植物生病的病原微生物有：病毒、真菌和細(xì)菌,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物,抗煙草花葉病毒轉(zhuǎn)基因甜椒,抗病毒轉(zhuǎn)基因西葫蘆,抗病轉(zhuǎn)基因植物所采用的基因：病毒外殼蛋白基因 病毒的復(fù)制酶基因 抗真菌的基因： 幾丁質(zhì)酶基因 抗毒素合成基因,1.植物基因工程碩果累累,抗逆轉(zhuǎn)基因植物,成果：,A.利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，提高作物抗旱和抗鹽堿能力； B.將魚的抗凍蛋

3、白基因轉(zhuǎn)入番茄，提高番茄的抗凍能力。 C.將抗除草劑基因?qū)朕r(nóng)作物中，在噴灑除草劑時(shí)，殺死雜草而不殺死農(nóng)作物。,3.其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物,耐寒、耐旱轉(zhuǎn)基因水稻,1.植物基因工程碩果累累,利用轉(zhuǎn)基因改良農(nóng)作物品質(zhì),成果：,A.將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)的編碼基因?qū)胗衩?，獲得的轉(zhuǎn)基因玉米賴氨酸含量提高30。 B.將控制番茄成熟的基因帶入番茄，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄，儲(chǔ)存期可以達(dá)2個(gè)月。 C.將與植物花青素有關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛出現(xiàn)顏色變異。,4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),含大量維生素的轉(zhuǎn)基因玉米,抗癌抗衰老的紫色西紅柿,轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米,轉(zhuǎn)基因矮牽牛,轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰,轉(zhuǎn)入熒光酶的轉(zhuǎn)基

4、因煙草苗,2.動(dòng)物基因工程前景廣闊,用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度,目的基因：,生長(zhǎng)激素基因,例如：,將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)，9個(gè)月后轉(zhuǎn)基因鯉魚比對(duì)照組重1.5Kg。,腸乳糖酶基因,例如：,將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使轉(zhuǎn)基因奶牛中乳糖含量大大降低。,用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì),目的基因：,1.用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度,,二、動(dòng)物基因工程前景廣闊,轉(zhuǎn)入外源生長(zhǎng)激素基因的“超級(jí)小鼠”,基因工程在畜牧業(yè)的應(yīng)用,繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量的皮毛等優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（如奶牛）。 該過(guò)程的重要步驟是重組DNA轉(zhuǎn)移到動(dòng)物受精卵中。,將人的生長(zhǎng)激素基因和牛的生長(zhǎng)素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得

5、到的“超級(jí)小鼠”。,2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),“乳糖不耐癥” 乳糖含量低的奶牛： 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,2.動(dòng)物基因工程前景廣闊,藥用蛋白基因,用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物,目的基因：,過(guò)程：,獲取目的基因 （藥用蛋白基因）,,構(gòu)建基因表達(dá)載體 （藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組）,,顯微注射 （哺乳動(dòng)物受精卵中）,,形成胚胎,,將胚胎送入母體動(dòng)物,,發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 （只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）,,動(dòng)物進(jìn)入泌乳期 （分泌的乳汁中包含所需要的藥物）,2.動(dòng)物基因工程前景廣闊,乳腺生物反應(yīng)器：,用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物,指以轉(zhuǎn)基因雌性動(dòng)物個(gè)體的乳腺分泌乳汁來(lái)生產(chǎn)所

6、需藥品。,優(yōu)點(diǎn)：,產(chǎn)量高 質(zhì)量好 成本低 易提取,成果：,抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素、抗胰蛋白酶,3.用轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物生產(chǎn)藥物,人治療性抗體轉(zhuǎn)基因奶牛,含有人凝血因子的轉(zhuǎn)基因羊,乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)抗凝血酶蛋白,2.動(dòng)物基因工程前景廣闊,用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體,供體動(dòng)物：,豬,存在難題：,解決方法：,將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒(méi)有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。,免疫排斥,（T細(xì)胞）,導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠,特殊動(dòng)物,圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國(guó)PPL醫(yī)療公司稱，

7、這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動(dòng)物器官提供巨大的幫助。,3. 基因工程藥物,在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。 如胰島素從生物胰腺中提取，干擾素從血液中提取。,傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn),由于受原料來(lái)源的限制，數(shù)量少且價(jià)格十分昂貴。,可利用什么方法來(lái)解決上述問(wèn)題？,利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。,胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭牛或50頭豬的胰臟中才能提取到。1978年，科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DN

8、A分子重組，用2000ml 大腸桿菌發(fā)酵液得到100kg胰島素。1982年，美國(guó)一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場(chǎng)，售價(jià)降低了30%50%。,基因工程藥品 胰島素,胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來(lái)只能依靠從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。,將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問(wèn)題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!,干擾素是病毒侵入細(xì)胞后產(chǎn)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(duì)治療某

9、些癌癥和白血病也有一定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。19801982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬(wàn)倍。1987年上述干擾素大量投放市場(chǎng)。,基因工程藥品 干擾素,干擾素治療病毒感染簡(jiǎn)直是“萬(wàn)能靈藥”！過(guò)去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說(shuō)。,治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長(zhǎng)激素。而生長(zhǎng)激素的獲得很困難。治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長(zhǎng)激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長(zhǎng)激素

10、。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長(zhǎng)激素，相當(dāng)于6萬(wàn)具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品 生長(zhǎng)激素,傳統(tǒng)疫苗存在許多缺點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程需大量繁殖病原體，對(duì)工作人員健康造成很大威脅；病原體的減毒、滅活有可能不夠徹底，導(dǎo)致接種者直接感染。 基因工程疫苗：將起關(guān)鍵作用的、序列保守的蛋白質(zhì)基因重組到細(xì)菌或真核細(xì)胞內(nèi)，生產(chǎn)蛋白質(zhì)，制作成疫苗。它不使用病原體本身，所以安全，還可以把不同病原體的抗原基因重組到同一受體細(xì)胞，生產(chǎn)多價(jià)疫苗。,基因工程藥品 基因工程疫苗,基因診斷：,也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測(cè)某一基因，從而對(duì)特定的疾病進(jìn)行診斷。 探針制備：放射性同位素(如32P)、

11、熒光分子等標(biāo)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(bǔ)的特異核苷酸序列。它包括整個(gè)基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來(lái)的RNA。,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(bǔ)的DNA單鏈能夠在一定條件下結(jié)合成雙鏈，即能夠進(jìn)行雜交。這種結(jié)合是特異的，即嚴(yán)格按照堿基互補(bǔ)配對(duì)進(jìn)行。因此，當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測(cè)基因進(jìn)行接觸，若兩者的堿基完全配對(duì)成雙鏈，則表明被測(cè)基因中含有已知的基因序列。,基因診斷技術(shù)在什么方面發(fā)展迅速？,在診斷遺傳性

12、疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對(duì)幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷。,1）珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細(xì)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(xì)胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 白血病,舉例,39,4. 基因治療,基因治療：,基因治療是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。這是治療遺傳病的最有效的手段。,載體 治療基因,受體細(xì)胞,重組受體細(xì)胞,患者 體內(nèi),,,,,導(dǎo)入,形成,體外培養(yǎng)后導(dǎo)入,直接導(dǎo)入,,,體外基因治療,體內(nèi)基因治療,首例基因治療的受益者 （美國(guó)1990年）,到1998年底，世界范圍內(nèi)累計(jì)3134人接受了基因轉(zhuǎn)移試驗(yàn),199

13、0年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院治愈一位“重癥聯(lián)合免疫缺陷綜合癥”的4歲女孩,基因治療：用一個(gè)正常的基因來(lái)代替缺陷基因,ADA基因缺陷ADA：腺苷酸脫氨酶,基因治療的分類 體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲取某種細(xì)胞，例如T淋巴細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。 體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。,體外基因治療：從病人體內(nèi)獲取某種細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。,4. 基因治療,體外基因治療,例如：,復(fù)合型免疫缺陷癥的體外治療,直接原因：,缺乏腺苷酸脫氨酶（ADA）,根本原因：,腺苷酸脫氨酶（ADA）基因缺失,方 法：,將ADA基因轉(zhuǎn)入患者的淋巴細(xì)胞,4. 基因治療,體內(nèi)基因治療：,例如：,CFTR基因缺失3個(gè)堿基對(duì),CFTR蛋白缺少一個(gè)苯丙氨酸，導(dǎo)致CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常,CFTR蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的功能異常,患者支氣管內(nèi)黏液增多,,,,黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染,,囊性纖維病,直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因,4. 基因治療,治療方法：,利用修飾的腺病毒作為載體，將治療囊性纖維病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者的肺部組織中。,體內(nèi)基因治療：,直接向人體細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因,