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基因工程的應(yīng)用,1,植物基因工程,動物基因工程,微生物基因工程,基因治療,動物基因工程,微生物基因工程,基因治療,,2,植物基因工程,商業(yè)化應(yīng)用階段,,3,大面積種植的國家,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,,4,,,1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,5,抗蟲棉葉子,正常棉葉子,,6,使用化學(xué)農(nóng)藥的缺點： 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 植物凝集素基因等,7,,,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,8,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,,9,3.其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物,耐寒、耐旱轉(zhuǎn)基因水稻,10,,,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,11,轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米,,12,黃金大米，又名“金色大米”，是一種轉(zhuǎn)基因大米，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將胡蘿卜素轉(zhuǎn)化酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)入到大米胚乳中可獲得外表為金黃色的轉(zhuǎn)基因大米，被稱為“黃金大米”，英文為Golden Rice。富含維生素A ，由美國先正達(dá)公司研發(fā)。其不同于正常大米的主要功能為幫助人體增加維生素A吸收。因為色澤發(fā)黃，該大米品種被稱為“黃金大米”。,,13,美國州立亞利桑那大學(xué)生物學(xué)家查爾斯·阿恩岑及其同事培育出了一種無需冷藏、可以食用的乙肝疫苗土豆，解決了這一問題。他們從乙肝病毒中取出一個基因，將其植入土豆植株，使土豆中產(chǎn)生病毒抗原。人吃下這種土豆后，抗原蛋白會觸發(fā)人體的免疫反應(yīng)，產(chǎn)生乙肝抗體抵抗乙肝病毒 。,科學(xué)前沿,14,轉(zhuǎn)基因矮牽牛,轉(zhuǎn)基因藍(lán)玫瑰,15,延熟番茄,轉(zhuǎn)入熒光酶的轉(zhuǎn)基因煙草苗,16,趣味展望,17,18,1.用于提高動物生長速度,,二、動物基因工程前景廣闊,轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級小鼠”,19,2.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,20,3.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物,人治療性抗體轉(zhuǎn)基因奶牛,21,含有人凝血因子Ⅸ的轉(zhuǎn)基因羊,22,乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)抗凝血酶Ⅲ蛋白,23,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。,乳腺生物反應(yīng)器,乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。,24,①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因） ②構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子） ③顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中 ④形成胚胎 ⑤將胚胎送入母體動物 ⑥發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。,思考:用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？,25,生產(chǎn)過程圖解(以轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)過程為例)：,26,（1）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)。 （2）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。 （3）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。,設(shè)問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？,27,4.用轉(zhuǎn)基因的動物作器官移植的供體,導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠,28,用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,利用基因工程對豬的器官進(jìn)行改造,方法：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,29,科學(xué)前沿,30,趣味展望,31,三、基因工程藥品異軍突起,基因工程肝炎疫苗,32,基因工程藥物發(fā)酵設(shè)備,33,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)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，用2000ml 大腸桿菌發(fā)酵液得到100kg胰島素。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%~50%。,基因工程藥品 —— 胰島素,34,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。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 450 L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。,基因工程藥品 —— 生長激素,35,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(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。1980~1982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12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。,基因工程藥品 —— 干擾素,36,基因工程干擾素,37,傳統(tǒng)疫苗存在許多缺點：生產(chǎn)過程需大量繁殖病原體，對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)多價疫苗。,基因工程藥品 —— 基因工程疫苗,38,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,39,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,40,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。,41,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。,42,首例基因治療的受益者 （美國1990年）,到1998年底，世界范圍內(nèi)累計3134人接受了基因轉(zhuǎn)移試驗,43,1990年美國國立衛(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：用一個正常的基因來代替缺陷基因,ADA基因缺陷ADA：腺苷酸脫氨酶,44,基因治療：把正?；?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。,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。,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。,45,,基因治療,46,基因診斷技術(shù)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(jīng)可以對幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷。,1）β—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,47,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(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。 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(chǎn)品。,基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？,48,基因工程與環(huán)境保護(hù),1）用于環(huán)境監(jiān)測。 2）用于被污染環(huán)境的凈化。,基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？,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進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測？,49,1）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”。 2）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。 3）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。,通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？,50,