《基因工程的應(yīng)用》課件(新人教版選修3).ppt

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1、1.3 基因工程的應(yīng)用,基因工程的實際應(yīng)用領(lǐng)域有： 農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等,應(yīng)用生物：植物、動物、微生物,一、植物基因工程,轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力,以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。,1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 2、抗病轉(zhuǎn)基因植物 3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物 4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,優(yōu)點：減少環(huán)境污染、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量,例子：棉花、水稻、玉米、馬鈴薯、番茄等等,主要殺蟲基因： 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,典型例子：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉Bt毒蛋白基因,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物,抗病基因： 病

2、毒外殼蛋白基因、 病毒的復(fù)制酶基因. 抗真菌基因： 幾丁質(zhì)酶基因、 抗毒素合成基因.,3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯,特點： 導(dǎo)入另一種生物的優(yōu)良性狀基因，獲得新性狀抵抗惡劣環(huán)境因素，從根本上改變作物的特性,4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì),不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆,優(yōu)點： 改善糧食作物的營養(yǎng)成分含量，如氨基酸、蛋白質(zhì),轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰,優(yōu)點： 提高花卉的觀賞價值,二、動物基因工程前景廣闊,特點：發(fā)展較遲，應(yīng)用方面廣,1、提高生長速度 2、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 3、生產(chǎn)藥物 4、作為器官移植的供體,1.用于提高動物生長速度,原因：外源生長激素基因的表達(dá)可以

3、使轉(zhuǎn)基因動物生長更快,轉(zhuǎn)基因鯉魚,2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),優(yōu)點：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適,轉(zhuǎn)基因牛的乳汁，降低乳糖含量,3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物（重點）,優(yōu)點： 產(chǎn)量高、質(zhì)量好、 成本低、易提取,方法： 乳腺生物反應(yīng)器 膀胱生物反應(yīng)器,注意： 雌性個體才能生產(chǎn)藥物,(1)概念：將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。,(2) 優(yōu)點： 產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低； 易提取。,為什么乳腺能成為基因藥

4、物最理想的表達(dá)場所呢？ 乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。 從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時，轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖。,過程： 1、重組藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子 2、用顯微注射法導(dǎo)入到受精卵 3、將受精卵送入母體生長發(fā)育 4、轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，提取乳汁,產(chǎn)物： 抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、-抗胰蛋白酶,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)基因動物。 該過程的重要步驟是通過感染或顯微注射技術(shù)將重

5、組DNA轉(zhuǎn)移到動物受精卵中。,基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用主要是什么？,將人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。,基因工程藥品 生長激素,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(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)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(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,4.用轉(zhuǎn)基因的動物作器官移植的供體,針對器官短缺的世界性難題，人們把目光移向?qū)で罂商娲囊浦财鞴伲?由于豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小

6、、血管分布與人極為相似，且豬的體內(nèi)隱藏 的可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物，科學(xué)家將目光集中在 豬的身上。,目前，科學(xué)家試圖利用基因工程的方法對豬的器官進(jìn)行改造，采用的 方法是將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(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)，培育出沒有免疫 排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。,在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？ 藥品直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。 傳統(tǒng)生產(chǎn)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(chǎn)出各種高質(zhì)量

7、、低成本的藥品。,三、基因工程藥品異軍突起,胰島素從豬、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(chǎn)量之低和價格之高可想而知。,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！使其價格降低了30%-50%!,基因工程藥品 胰島素,,利用生物工程獲得胰島素,從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！,通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取2040mg干擾素,人造血液及其生產(chǎn),基因工程藥品 干擾素,基因診斷： 也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進(jìn)行診斷。 探針制備：放

8、射性同位素(如32P)、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(zhuǎn)錄而來的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)格按照堿基互補配對進(jìn)行。因此，當(dāng)用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進(jìn)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(shù)在什么方面

9、發(fā)展迅速？ 在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷。 舉例 珠蛋白的DNA探針 鐮刀狀細(xì)胞貧血癥 苯丙氨酸羧化酶基因探針 苯丙酮尿癥 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,基因治療： 是指是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。 實例：美國馬里蘭州一女孩，免疫缺陷，只能呆在無菌室。檢查發(fā)現(xiàn)體內(nèi)缺少腺苷酶，原因是缺乏表達(dá)合成腺苷酶的基因。將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。,患半乳糖血癥的患者，由于細(xì)胞內(nèi)半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶，使過多的半乳糖在體內(nèi)積聚，引起肝、腦等

10、功能受損。 1971年，美國科學(xué)家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些組織細(xì)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。,基因治療的類型,,體外基因治療：,體內(nèi)基因治療：,基因治療的發(fā)展現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段,用于基因治療的基因種類： 正?；?反義基因 自殺基因,,基因工程與食品業(yè),基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？ 基因工程為人類開辟新的食物來源。 雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達(dá)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(chǎn)人類所需要的卵清蛋白。 用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類

11、、脂肪和維生素等產(chǎn)品。,基因工程與環(huán)境保護(hù),基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？ 用于環(huán)境監(jiān)測。 用于被污染環(huán)境的凈化。 通過基因工程方法怎樣進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測？ 例如：用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量。此方法的特點是快速、靈敏，1噸水中有10個病毒也能檢測出來。,通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？ 用基因工程產(chǎn)物“超級細(xì)菌”分解石油，可以大大提高細(xì)菌分解石油的效率。具體方法：將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細(xì)菌”。 用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。 通過基因重組構(gòu)建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。,