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歡迎進入生物課堂 1 3基因工程的應(yīng)用 基因工程自20世紀(jì)70年代興起后 在短短的30年間 得到了飛速的發(fā)展 目前已成為生物科學(xué)的核心技術(shù) 基因工程在實際應(yīng)用領(lǐng)域 農(nóng)牧業(yè) 工業(yè) 環(huán)境 能源和醫(yī)藥衛(wèi)生等方面 也展示出美好的前景 植物基因工程碩果累累 植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力 如抗除草劑 抗蟲 抗病 抗干旱和抗鹽堿等 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)基因植物方法 目的基因包括 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 1 抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 2 抗病轉(zhuǎn)基因植物 抗病轉(zhuǎn)基因植物所采用的基因 使用最多的是病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因 抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中可使用的基因有幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因 鹽堿和干旱對農(nóng)作物的危害與細(xì)胞內(nèi)滲透壓調(diào)節(jié)有關(guān) 目前科學(xué)家正在利用一些可以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因 來提高農(nóng)作物的抗鹽堿和抗干旱的能力 3 其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物 大米 玉米 小麥含賴氨酸比較少 這些必需的氨基酸缺少后對人體的健康不利 科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因 導(dǎo)入植物中 或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性 以提高氨基酸的含量 4 利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì) 我國科學(xué)家已成功地將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ?轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異 大大提高了花卉的觀賞價值 動物基因工程前景廣闊 1 用于提高動物生長速度目的基因 生長素基因 2 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 例如 有些人對牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會出現(xiàn)過敏 腹瀉 惡心等不適癥狀 科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M 使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁 在其他養(yǎng)分不受影響的情況下 乳糖的含量大大減低 3 用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物 轉(zhuǎn)基因動物的乳腺 就基因藥物而言 最理想的表達(dá)場所是哪里 是指把人或哺乳動物的某種基因?qū)氲讲溉閯游?如鼠 兔 羊和豬 的受精卵里 目的基因若與受精卵染色體DNA整合 細(xì)胞分裂時 該基因隨染色體的倍增而倍增 使每個細(xì)胞中都帶有目的基因 使性狀得以表達(dá) 并穩(wěn)定地遺傳給后代 從而獲得基因產(chǎn)品 這樣一種新的個體 稱為轉(zhuǎn)基因動物 什么叫轉(zhuǎn)基因動物 1 乳腺是一個外分泌器官 乳汁不進入體內(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 1 為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢 乳房生物反應(yīng)器 2 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 獲取目的基因 例如血清蛋白基因 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 顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中 形成胚胎 將胚胎送入母體動物 發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物 只有在產(chǎn)下的雌性動物個體中 轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá) 乳房生物反應(yīng)器的操作過程與一般轉(zhuǎn)基因動物操作過程有何不同之處 并闡述原因 要在編碼蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動子構(gòu)成表達(dá)載體 因為產(chǎn)品在奶中形成 需要乳腺組織中特異表達(dá)的啟動子 基因的選擇性表達(dá) 4 用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體供體動物 存在的難題 解決方法 豬 免疫排斥 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 干擾素直接從生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提取 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 低成本的藥品 基因工程藥品異軍突起 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 每100kg胰腺只能提取4 5g胰島素 用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低 價格昂貴 遠(yuǎn)不能滿足社會需要 1979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 并在大腸桿菌內(nèi)實現(xiàn)了表達(dá) 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 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 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 基因工程藥品 生長激素 1 體外基因治療 2 體內(nèi)基因治療 從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞 進行培養(yǎng) 然后 在體外完成基因轉(zhuǎn)移 再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴增培養(yǎng) 最后重新輸入患者體內(nèi) 直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法 基因治療曙光初照 用于基因治療的基因種類A 從健康人體上分離得到的功能正常的基因 用以取代病變基因 或依靠其表達(dá)產(chǎn)物 B 反義基因 即通過產(chǎn)生的mRNA分子 與病變基因產(chǎn)生的mRNA進行互補 來阻斷蛋白質(zhì)合成 C 編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因 又叫做自殺基因 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 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 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 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 1990年9月14日 安德森對一例患ADA缺乏癥的4歲女孩進行基因治療 這個4歲女孩由于遺傳基因有缺陷 自身不能生產(chǎn)ADA 先天性免疫功能不全 只能生活在無菌的隔離帳里 他們將含有這個女孩自己的白血球的溶液輸入她左臂的一條靜脈血管中 這種白血球都已經(jīng)過改造 有缺陷的基因已經(jīng)被健康的基因所替代 在以后的10個月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療 同時也接受酶治療 1991年1月 另一名患同樣病的女孩也接受了同樣的治療 兩患兒經(jīng)治療后 免疫功能日趨健全 能夠走出隔離帳 過上了正常人的生活 并進入普通小學(xué)上學(xué) 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 基因工程與環(huán)境保護 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行環(huán)境監(jiān)測 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 通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境 思考與探究 根據(jù)所學(xué)內(nèi)容 試概括寫出基因工程解決了哪些生活 生產(chǎn)中難以解決的問題 基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物 如胰島素 干擾素等 我們吃的某些食品如番茄 大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉 抗病毒煙草 抗除草劑大豆等都已進入商品化生產(chǎn) 上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高 右面是兩幅同學(xué)畫的基因工程卡通圖 你能像這位同學(xué)一樣 展開你想像的翅膀 用圖畫 文字或用音樂創(chuàng)造等 來暢想基因工程的未來嗎 轉(zhuǎn)基因生物有利的一面 改變傳統(tǒng)的育種方式 縮短育種時間 培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 抗病蟲害 抗旱 抗鹽堿 抗除草劑等特性的作物新品種 克服遠(yuǎn)源雜交不親和障礙 如可以把動物的基因 甚至人的基因組合到植物里去 生產(chǎn)有利于健康和抗病的食品 培育出符合人們意愿的動植物新品種 有些轉(zhuǎn)基因食物含的一些物質(zhì) 可能會影響人體健康 大量的轉(zhuǎn)基因生物進入自然界后很可能會與野生物種進行雜交 產(chǎn)生一些超級生物 從而造成基因污染 如有些作物插入抗蟲基因 殺死環(huán)境中有益的生物 基因工程的弊端 1基因治療是指 A 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B 對有缺陷的細(xì)胞進行修復(fù) 從而使其恢復(fù)正常 達(dá)到治療疾病的目的C 運用人工誘變的方法 使有基因缺陷的細(xì)胞發(fā)生基因突變恢復(fù)正常D 運用基因工程技術(shù) 把有缺陷的基因切除 達(dá)到治療疾病的目的 練習(xí) A 2在人類染色體DNA不表達(dá)的堿基對中 有一部分是串聯(lián)重復(fù)的短序列 它們在個體之間有顯著的差異性 這種短序列可用于 A 生產(chǎn)基因工程藥物B 偵查罪犯C 遺傳病的產(chǎn)前診斷D 基因治療 B 3基因探針的組成不可能是 A整個基因 或基因的一部分 B可以是DNA本身 C也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA D一條多肽 D 4我國科學(xué)家成功地將人的抗病毒干擾素基因轉(zhuǎn)移到煙草DNA分子上 從而使煙草獲得了抗病毒的能力 這項技術(shù)所依據(jù)的遺傳學(xué)原理主要是 A 堿基的互補配對原則B 中心法則C 基因分離定律D 基因自由組合定律 B 5下圖示一項重要生物技術(shù)的關(guān)鍵步驟 字母X可能代表 A 不能合成胰島素的細(xì)菌細(xì)胞 B 能合成抗體的人類細(xì)胞 C 能合成胰島素的細(xì)菌細(xì)胞 D 不能合成抗生素的人類細(xì)胞 C 6上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛 他們還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新方法 使轉(zhuǎn)基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍 轉(zhuǎn)基因動物是指 A 提供基因的動物B 基因組中增加外源基因的動物C 能產(chǎn)生白蛋白的動物D 能表達(dá)基因信息的動物 B 7下列屬于利用基因工程技術(shù)培育的新品種的是 耐寒的小黑麥 抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉 太空椒 試管牛 B 8下列不屬于利用基因工程技術(shù)制取的藥物是 A 從大腸桿菌體內(nèi)制取白細(xì)胞介素B 在酵母菌體內(nèi)獲得的干擾素C 在青霉菌體內(nèi)提取青霉素D 在腸桿菌體內(nèi)獲得胰島素 C 思考題 以動物乳房作為生產(chǎn)藥物的反應(yīng)器稱為乳房 腺 生物反應(yīng)器 用基因工程的方法 使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系稱為 工程菌 把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi) 使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用 從而達(dá)到治療疾病的目的 這是治療遺傳病的最有效的方法 1 什么是乳房 腺 發(fā)生器 2 什么是工程菌 3 什么是基因治療 4 器官移植時遇到的醫(yī)療水平無法解決的難題是什么 能否利用基因工程解決這一問題 器官來源短缺 科學(xué)家正在用基因工程技術(shù)設(shè)法解決人類器官的來源短缺問題 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全