第十一章 动物基因工程
动物基因工程
动物基因工程
动物基因工程是农业和食品生产中利用生物技术来修改和优化
动物基因组以实现预期目标的一种技术。
它涉及研究和开发改良动物性状,提高动物产量,增强动物健康,改善食品品质和动物营养,以及建立更安全,更有效和更合理的动物繁殖和饲养方法等。
动物基因工程可以把有用的基因组合插入动物体内,以获得更好的性状和能力,从而提高生产效率。
它的应用可以从肉类,乳制品,蛋类,水果和蔬菜等多个方面来看,改善产品的质量和性能,增加其生产量和可持续性。
实施动物基因工程的主要技术有转基因技术和编辑技术。
转基因技术通过将有用的基因插入动物体内来修改它们的性状,通常是将来自其他生物体中的基因插入动物体内。
编辑技术则是在动物体内编辑现有基因,而不是添加新基因,以获得预期的性状。
动物基因工程也是值得讨论的话题,它有助于提高食品安全,增强抗性,延长保质期,改善质量,提高产量,简化品种,等等。
这些改变的从繁殖和遗传学角度都是永久的,即使留下的影响是未知的也可以预见。
当然,它也可能带来一些负面影响,例如引发环境污染或威胁多样性。
因此,必须在研究和使用动物基因工程技术时,严格遵守环境和健康安全法规,并进行足够的监管。
总之,动物基因工程在提高动物的性能和效率方面提供了一种新的途径,但实施此项技术要非常小心,以确保安全和优势的持续使用。
- 1 -。
《动物基因工程》课件
动物基因工程面临的挑战
技术难度
动物基因工程涉及到复杂 的生物学和遗传学知识, 技术难度较大。
伦理和法律问题
动物基因工程涉及到伦理 和法律问题,需要制定相 应的法规和伦理规范。
社会接受度
动物基因工程需要得到社 会的广泛接受和支持,需 要加强宣传和教育。
增强农业生产力
动物基因工程可以提 高农业生产效率,保 障粮食安全。
THANKS
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生态平衡维护
基因工程动物释放到环境中可能对生态平衡产生影响,引发伦理考 量。
基因歧视
基因工程动物可能引发对某些人群的基因歧视,需要关注平等和公正 的伦理原则。
国际动物基因工程法规
《关于转基因生物安全性的准则》
联合国粮食及农业组织与世界卫生组织共同制定的国际法规,旨在确保转基因生物的安全使用 和释放。
常见的基因修饰动物包括基因敲入动物、基因 敲除与敲入相结合的动物、条件性基因敲除动 物等。
基因修饰动物制备过程中需要关注基因修饰位 点的选择、修饰效率、表型变化等多个因素, 以确保基因修饰动物的制备成功和实验效果。
04
动物基因工程伦理与法规
动物基因工程伦理问题
动物权益保护
基因工程对动物福利的影响,如疼痛、疾病和死亡在实验过程中所 涉及的伦理问题。
福利。
动物基因表达调控
1 2
基因表达调控机制
包括转录水平调控、转录后水平调控和翻译水平 调控等。
调控方式
包括DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA调节等 。
3
调控的意义
通过调控基因表达,可以影响动物的生长发育、 生理功能和行为表现等。
第十一 章 植物、动物基因工程
苏云金杆菌毒蛋白(Bt toxin)基因 • 图
1. Insect eats Bt crystals and spores. 2. The toxin binds to specific receptors in the gut and the insects stops eating. 3. The crystals cause the gut wall to break down, allowing spores and normal gut bacteria to enter the body. 4. The insect dies as spores and gut bacteria proliferate in the body.
• 病毒侵染植物的主要过程 • 脱外壳蛋白 • 病毒蛋白的翻译 • 病毒基因组的复制 • 病毒颗粒的包装
• 外壳蛋白介导的抗性
转入外壳蛋白基因,产生的外壳蛋白可以封闭 病毒侵染植物的脱壳过程,使病毒核酸无法进 入植物。
• 反义RNA介导的抗性
将互补的病毒外壳蛋白mRNA的anRNA转入植 物,可阻碍病毒复制获得抗病毒的转基因植 物。
2、基因枪
• 目的基因用金粉或钨粉包裹成直径1~4μm颗 粒,再利用基因枪以火药爆炸或压缩氦气为动 力将DNA颗粒以300~600m/s的速度打入植物细 胞。
(二)植物抗病的分子机理 1、植物的抗病反应
• 非寄主抗性:病菌只对某种植物有作用—轮作 • 结构屏障:细胞壁、角质层、蜡质、木质化 • 诱导抗性:产生防卫反应,糖蛋白、抗毒素等
DNA显微注射示意图 DNA显微注射器
精前核 卵细胞核
• 将25-40个受精卵移植入假孕雌鼠子宫内。 • 约3周受精卵发育成幼鼠。 • 从小鼠子代尾巴提取出DNA样品,进行鉴定。 • 进行交配来确定转入基因是否在其生殖系中。 • 通过对子代进行杂交产生纯合的转基因鼠。
动物基因工程
(gene therapy)——就是 向有功能缺陷的细胞补充相应功能基 因,以纠正或补偿其基因缺陷,从而 达到治疗的目的。 对象: 体细胞 生殖细胞
二、基因治疗的必要条件 1.发病机制在DNA水平上已经清楚
2.要转移的基因已经克隆分离,其表
达产物有详尽的了解
建立人类疾病的动物模型等
Growth hormone gene
Normal mouse
Transgenic mouse
二、动物生物反应器(Animal Bioreactor)
将有医学价值的活性蛋白基因导入家畜 或家禽的受精卵,然后从体液(乳汁、血 液)或组织中收获基因产物。这种技术有 人称为动物个体表达体系,有人称为动物 器官的生物反应器。
四、基因治疗的基本方式
1. 体内直接转基因
体内法
in vivo
2.体细胞介导的基因治疗 回体法 ex vivo
五、反义RNA、核酶和三链DNA在基 因治疗中的作用
(一)反义RNA在基因治疗中的意义及 需解决的问题 反义RNA与特异的mRNA结合而调控其 翻译 1. 体外合成反义RNA 2. 构建转录反义RNA的重组质粒
基因打靶的必备条件
胚胎干细胞(ES细胞)
能在体外培养,保留发育的全能性
打靶载体
Neo(新霉素)阳性筛选标志
HSV-tk阴性筛选标志:单纯疱疹病毒 (herpes simplex virus) 胸腺嘧啶激酶 (thymidine kinase)
基因敲除(knock out of gene)
利用基因打靶技术,用无功能的外 源基因转入细胞与基因组中同源序列进 行同源重组,把具有功能的同源序列置
讨论: 基因治疗的 前景与问题
DICER
动物基因工程ppt课件
(2)腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)
腺相关病毒是一种天然复制缺陷型非致病性 单链DNA病毒,其复制需要有辅助病毒的共转 染。无共转染时,野生型AAV优先(70%) 整合在人染色体的19q13.3位点处,潜伏存在 直至被辅助病毒拯救出来。其整合需要基因组 两端的ITR,以及非结构基因编码的蛋白 Rep78 和Rep68的存在。
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原病毒DNA 转染进包装 细胞中,包 装原病毒产 生将病毒 RNA包装成 感染性病毒 粒子的所有 蛋白质,但 却不能包装 自身的RNA
图 4逆转录病毒载体稳定、长期表达外源基因
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第三节 转基因动物制备
转基因动物的制备程序 转基因鉴定 表达水平的检测 转基因动物传代与检测
36
一 转基因动物的制备程序
13
以山羊乳腺特性表达载体pBC1为例
14
2. 病毒载体
作为基因转移的病毒载体须具备以下 基本条件: 携带外源基因并能够包装成病毒颗粒 介导外源基因的转移与表达
对机体不致病
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(1)腺病毒(adenovirus)
腺病毒作为转染载体有许多特点: • 基因组的重排率低 • 外源基因与病毒DNA重组后能遗传几个 周期 • 安全性好,不会整合到人的染色体上, 不导致肿瘤的发生 • 宿主范围广,对受体细胞是否处于分裂 期要求不高 • 外源基因在载体上容易高效表达
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动物基因工程载体
质粒型表达载体 病毒载体 定向打靶载体
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1 .质粒型表达载体
表达载体的共同特点是都带有原核复制 区和选择性标记基因,保证重组DNA分子能 够在大肠杆菌中扩增,同时也必须包括能在 真核细胞表达的相关组件。一般包括转录外 源DNA序列的启动元件、转录产物有效地加 上poly(A)尾巴所必需的信号序列、真核 细胞中的选择性标记,另外还增加了一些附 加元件,如增强子、内含子、剪接供体与受 点,以保证外源基因的高效表达。
动物基因工程—基因工程概况
基因工程概况
转基因动物: 已获得转生长激素基因鱼、转生长激素基因猪和抗猪瘟病转基因猪等 。 采用动物乳腺生物反应器技术生产的抗胰蛋白酶因子、C蛋白、凝血酶Ⅲ、
葡萄糖苷酶和乳转铁蛋白等产品也已陆续上市,年产值约10亿美元。 1995年开始大量投资开发体细胞克隆技术,研发重点是生产干细胞,用于
组织修补等治疗性目的。 我国在转基因鱼研究上处于国际领先地位,已生产出生产性能优良的转基
标志着生物技术的核心技术——基因工程诞生
基因工程概况
基因工程概况
内森斯(1928- )
内森斯和史密斯是美国生物学家, 1978 年诺贝尔生理学及医学奖得主, 他们发现了限止性核酸内切酶。
史密斯(1931- )
基因工程概况
博耶(1936-)
美国科学家科恩和博耶合作于1970年把 外源DNA插入细菌质粒,得到了功能性 表达,为重组DNA技术的迅速发展打下 了良好的基础。他们两人被称为“基因 工程”的创始人。
动物生物技术
基因工程概况
第一章
基因工程概况
基因工程概况
在漫长的生物进化过程中,基因重组从来没有停止过。在自然力量和 人类的干预下,通过基因重组、基因突变、基因转移等途径,生物界无止 境的进化,不断使物种趋向完善,也出现了今天各具特色的繁多物种,有 的能耐高温,有的不怕严寒,有的适应干旱的沙漠,有的能在高盐度海滩 上或海水中不断生繁,有的能固定大气中的氮元素.......种种生物的特殊性 状成为今天定向改造生物,创造新物种的丰富遗传资源。
基因药物:已上市的有50种左右,上百种药物正在进行临床试验
基因工程概况
转基因植物:
1986年首次批准转基因烟草进行田间试验。 1994年,转基因番茄被批准商品化生产,成为第一个上市的转基因产品。 至2000年,共批准10313例转基因作物进入田间试验。 据统计,转基因至少在120种植物中获得成功,涉及性状包括抗虫、抗病毒、 抗细茵、 抗真菌、抗除草剂、抗逆境、品质改良,以及提高产量潜力等。 转基因作物种植面积持续增加,至2005,已达9000万公顷,种植转基因作 物的国家达到21个 。
动物基因工程实验教案
动物基因工程实验教案一、实验目的本实验旨在通过实践操作,加深对于基因工程相关知识的理解,并了解动物基因工程技术的基本原理和操作手段。
二、实验器材与试剂器材:1. 微注射仪2. 显微镜3. 实验动物(小鼠)试剂:1. 肌肉松弛剂2. 盐水3. DNA 载体4. 基因编辑工具(如 CRISPR-CAS9 等)三、实验步骤1.准备实验室工作台,拉上实验动物(小鼠)。
2.给实验动物肌肉注射肌肉松弛剂,使其完全放松。
3.以微注射仪将 DNA 载体和基因编辑工具(如 CRISPR-CAS9 等)注射入小鼠体内,可选择不同注射部位。
4.观察实验动物的反应情况,完成实验操作。
四、实验结果与分析通过实验操作,可以得到以下数据及分析结果:1.检测实验动物体内的 DNA 变化情况,发现基因工程技术可以对实验动物体内的基因进行定点编辑,提高精准度。
2.进一步研究实验动物在生物学和医学领域的应用,为相关科研领域提供技术支持。
五、实验结论通过本次实验,我们可以得出以下结论:1.动物基因工程技术可以高效、精准地编辑体内基因,为生物学和医学领域提供技术支持。
2.在实践操作中,我们需要对实验动物进行肌肉松弛处理,避免动物扭曲和抵抗,同时我们还需要在操作过程中注意注射的时机和注射部位等因素,保证实验的可靠性。
六、参考文献1.张三,李四. 基因编辑技术在动物研究中的应用[J]. 生物技术杂志,2020(6).2.王五,赵六. 动物基因工程技术发展现状及其应用[J]. 生命科学学报,2019(3).。
《动物基因工程》课件
转基因动物制备
经过基因转移技术处理后 ,将胚胎移植到代孕母体 中,最终获得转基因动物 。
动物基因编辑技术
CRISPR-Cas9系统
01
CRISPR-Cas9系统是一种高效的基因编辑工具,可用于在动物
基因组中引入特定突变或敲除特定基因。
基因敲除
02
通过基因编辑技术敲除动物某个基因,以研究该基因的功能或
基因工程起源于20世纪70年代, 当时科学家发现了DNA双螺旋结
构,为基因操作奠定了基础。
关键发展阶段
在随后的几十年中,基因工程经历 了多个关键发展阶段,包括重组 DNA技术、基因转移技术、基因 编辑技术的发展和应用。
当前应用
目前,基因工程已经在医学、农业 、工业和基础研究中得到广泛应用 ,为人类带来了巨大的利益。
造出具有新性状的生物。
02
基因工程原理
基因工程基于分子生物学的基本原理,包括DNA双螺旋结构、基因表
达和基因重组等。通过操作DNA,可以改变生物体的遗传信息,从而
改变其性状。
03
基因工程操作步骤
基因工程包括基因克隆、载体构建、转化、筛选和表达等步骤,这些步
骤是实现基因操作的关键。
基因工程发展历程
基因工程的起源
基因工程应用领域
医学领域
基因工程在医学领域的应用包括治疗遗传性疾病、癌症和 其他疾病。例如,基因治疗和免疫治疗等技术已经应用于 临床实践。
工业领域
基因工程在工业领域的应用包括生物制药、生物燃料和生 物降解塑料等。这些技术的应用为工业生产提供了更加环 保和高效的解决方案。
农业领域
基因工程在农业领域的应用包括改良作物品质、提高抗逆 性和抗虫性等。转基因作物已经成为现代农业的重要组成 部分。
第十一章动物基因工程PowerPointPresen
作动词时是指基因的分离与重组过程。
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
第一节 基因工程的发展历程
l 1973 Cohen第一例成功的克隆实验 l 1978 Genentech公司 人胰岛素 世界上第
•六核苷酸,平端切口
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
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四.转—基因序列转入细胞
•耐农药/抗虫能力 (第一•簡介
代)
•Bt抗 虫玉米
•Source: Monsanto
•传 统玉 米
• (Input Traits)
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•4
改变营养组成 (第二代)
•黃金米可以防治维生素A缺乏症 成为健康食品
•(Output Traits)
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
•Eco R I
•属 •种 •株 •序号 名名名
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
3.作用
• 限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限 制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因 体外重组等研究中不可缺少的工具,是对DNA 分子进行操作的手术刀。
第十一章动物基因工程 PowerPointPresen
•干扰素分子结构
•干扰素生产车间
动物基因工程及应用PPT课件
动物基因工程的应用需要符合相关政策要求。例如,在医学研究中,需要遵循伦 理审查和实验动物管理规定等。
未来发展前景与展望
发展前景
随着技术的不断进步和伦理观念的转变,动物基因工程的应用前景广阔。例如,基因改造动物可用于药物研发、 疾病模型建立等领域。
展望
未来,动物基因工程将更加注重技术突破和伦理问题的解决,以实现更加安全、有效和可持续的应用。同时,国 际合作和政策制定也将在推动动物基因工程的发展中发挥越来越重要的作用。
发展阶段。
2000年代至今
随着CRISPR-Cas9等基因编 辑技术的出现,动物基因工程
取得了突破性进展。
动物基因工程的应用领域
生物医药
利用动物基因工程生产 用于药物研发、疾病治 疗和预防的蛋白质和抗
体。
农业
生物反应器
培育抗病、抗虫、高产、 优质的新品种动物,提 高畜牧业生产效率和经
济效益。
利用转基因动物作为生 物反应器,生产具有重 要价值的蛋白质和药物。
的基因导入到动物基因组中。
打靶后动物的筛选与鉴定
03
通过分子生物学技术,对打靶后动物进行筛选和鉴定,确保获
得所需打靶动物。
03
CHAPTER
动物基因程的应用实例
转基因动物的生产与应用
转基因动物
通过基因工程技术将外源基因 导入动物细胞,使动物获得新
的性状或功能。
应用领域
生物制药、疾病模型、生物反 应器等。
对人类和动物的潜在影响
食品安全与健康
基因工程动物可能携带新 的基因,对人类健康存在 潜在风险,需要加强食品 安全监管。
伦理与道德问题
基因工程动物的出现引发 了关于动物权益、人道对 待和伦理准则的讨论。
第十一章 转基因动物技术
2. 转基因鱼的构目的基因。侧翼调控序列包括位于基因编
码序列上游的启动子及位于编码序列上游或下游的组 织特异性增强子。
2. 转基因鱼的构建
② 基因克隆 将获得的基因序列克隆到质粒或噬菌体中
三、转基因动物的研究历史
2004年初,新加坡研制的转红色荧光蛋白基因斑马鱼获准进 入美国宠物市场,成为世界上首个实现商品化的转基因鱼
三、转基因动物的研究历史
四、转基因鱼的研究
(一)鱼类作为转基因研究的有利条件 (二)转基因鱼的构建 (三)外源基因转入鱼卵的方法
(一)鱼类作为转基因研究的有利条件
,并在合适的菌株中扩增。然后从培养的细菌中提
取这种重组质粒或噬菌体 DNA ,用合适的限制性内 切酶酶切分离出插入载体的外源基因序列。
2. 转基因鱼的构建
③ 受体鱼(受精卵)的获得 在鱼类繁殖
季节,选取成熟的雌、雄鱼,注射垂
体或激素催产,分别收集精液和卵子 ,干法授精。受精卵去膜,将裸卵移 至 Holtfreter 溶液中,选取质好的裸卵 移至手术杯中作基因转移。
3.精子载体法(sperm-mediated gene transfer)
在受精过程中,精子能自动找到卵子中的雌核, 其准确性之高远非至今任何精密仪器所能比拟。因此 ,精子是比较理想的基因导入的运载工具。该法又叫 精子介导基因转移。
4.基因枪法(particle gun)
又称微抛物法或颗粒加速法
(biolistics)
五、转基因鱼的应用潜力
1. 快速育种 2. 改良养殖性能 3. 生产医药生物制品
思考题:
1、基因转移的概念?
动物基因工程
动物基因工程近年来,动物基因工程的发展取得了长足的进步,在生物芯片、转基因动物、多基因改良生物等多个领域取得了巨大成就,对于科学家来说是一个极具活力的研究领域。
动物基因工程实际上是一种通过人工干预,改变生物体特性和性状的技术,最初用于解决动物繁殖问题,并不断拓展应用,彻底改变了人类与动物之间的关系。
一方面,动物基因工程能在短时间内繁殖出性状一致的动物,从而大大提高生物群体的稳定性和良种的纯度,极大地满足了人类对于某些高品质或者医疗目的动物需求。
例如,高产奶牛是利用动物基因工程技术实现的,可以让牛群在短时间内大量增加,帮助人类更好地利用牛奶资源,获取更多的天然营养元素。
另一方面,通过动物基因工程我们也可以人工调整动物的基因,利用基因改造来改善动物的性状,让动物更适合于当地环境、更容易繁殖和更有价值,从而帮助人们更好地利用动物资源。
例如,野猪改良工程的成功利用了动物基因改造技术,使野猪体型健壮、抗病能力强,繁殖能力强,更易被人类利用,大大丰富了人类猪肉资源。
此外,动物基因工程技术在医学研究中也发挥了重要作用,例如通过转基因动物从而发现新的药物,为人类治疗疾病提供新的技术革命。
同时,动物基因工程也为人工繁殖野生动物提供了一条新途径,使处于绝种危险的动物得以通过基因重组、转基因等方式复苏,从而保护动物多样性。
虽然动物基因工程有着巨大的科学价值,但是也存在一些潜在的风险。
首先,当我们干预动物基因时,往往会改变人类和其他动物之间的物种关系,导致物种的不完整和不稳定,或者改变本地生物群落的结构,破坏自然环境的生态平衡,威胁生物多样性的安全。
其次,人为干预的出错也会带来一些风险,比如基因转移、治疗失败等,从而引发不可预料的后果。
因此,动物基因工程的发展需要在遵守法律法规的前提下,坚持科学安全原则,加强对产品的管理,避免污染环境,以及提高科学家们对由此带来的其他后果的认识。
只有这样,动物基因工程可以在不损害人类和动物健康的前提下,发挥其最大的价值,为保护野生动物种群、改善动物性状、促进医药健康发展等发挥积极作用。
第十一章基因工程和基因组学参考答案
第⼗⼀章基因⼯程和基因组学参考答案第⼗⼀章基因⼯程和基因组学参考答案1.什么是遗传⼯程?它在理论上和实践上有什么意义?答:遗传⼯程是将分⼦遗传学的理论与技术相结合,⽤来改造、创建动物和植物新品种、⼯业化⽣产⽣物产品、诊断和治疗⼈类遗传疾病的⼀个新领域。
⼴义的遗传⼯程包括细胞⼯程、染⾊体⼯程、基因⼯程、细胞器⼯程等。
狭义的遗传⼯程即是通常讲的基因⼯程。
本章只涉及狭义的遗传⼯程,即基因⼯程。
理论意义:遗传⼯程(基因⼯程)中的DNA重组主要是创造⾃然界中没有的DNA分⼦的新组合,这种重组不同于精典遗传学中经过遗传交换产⽣的重组。
实践意义:遗传⼯程(基因⼯程)技术的建⽴,使所有实验⽣物学领域产⽣巨⼤的变⾰。
在⼯⼚化⽣产药品、疫苗和⾷品;诊断和治疗遗传疾病;培养转基因动植物等⽅⾯都有⾮常重⼤的意义,即基因⼯程技术已⼴泛⽤于⼯业、农业、畜牧业、医学、法学等领域,为⼈类创造了巨⼤的财富。
(详见第10题)。
2.简述基因⼯程的施⼯步骤。
答:基因⼯程的施⼯由以下这些步骤:⑴.从细胞和组织中分离DNA;⑵.利⽤能识别特异DNA序列的限制性核酸内切酶酶切DNA分⼦,制备DNA⽚段;⑶.将酶切的DNA⽚段与载体DNA(载体能在宿主细胞内⾃我复制连接),构建重组DNA分⼦;⑷.将重组DNA分⼦导⼊宿主细胞,在细胞内复制,产⽣多个完全相同的拷贝,即克隆;⑸.重组DNA随宿主细胞分裂⽽分配到⼦细胞,使⼦代群体细胞均具有重组DNA分⼦的拷贝;⑹.从宿主细胞中回收、纯化和分析克隆的重组DNA分⼦;⑺.使克隆的DNA进⼀步转录成mRNA、翻译成蛋⽩质,分离、鉴定基因产物。
3.说明在DNA克隆中,以下材料起什么作⽤。
(1)载体;(2)限制性核酸内切酶;(3)连接酶;(4)宿主细胞;(5)氯化钠答:⑴. 载体:经限制性酶酶切后形成的DNA⽚段或基因,不能直接进⼊宿主细胞进⾏克隆。
⼀个DNA⽚段只有与适合的载体DNA连接构成重组DNA后,在载体DNA的运载下,才可以⾼效地进⼊宿主细胞,并在其中复制、扩增、克隆出多个拷贝。
第十一章动物基因工程
第十一章动物基因工程第一节动物细胞基因工程Animal cells are advantageous for the production of recombinant animal proteins because they perform authentic post-translational modifications.Cell cultures have been used on a commercial scale to synthesize products一、动物细胞Primary cellsUndergo only a few divisions before undergoing senescence.Secondary cell line: (10–20 times)Immortal cell lineHeLacells、、Chinese hamster ovary (CHO) cellsTransformation:The changes that cells undergo unregulated cell division and growth resulting from a viral infection or other change within the cellTransfection:In higher eukaryotes the process of transferring foreign DNA into cells is called transfection.二、动物细胞的转染Transient transfection.The foreign DNA is not integrated into the genome and does not contain an origin of replicationBe degraded or diluted during cell division.A rapid way to analyseforeign genes and gene products within cells. Stabletransfection.The foreign DNA becomes integrated into an apparently randomlocation within the genome1.Chemical TransfectionThe efficiency of naked DNA transfection can be greatly improved if the DNA is precipitated in the presence of the cells.DNA/calcium phosphate coprecipitate method将待转染的DNA同CaCl2混合制成CaCl2-DNA溶液逐滴加入到Hepes-磷酸盐缓冲液中,形成磷酸钙-DNA共沉淀用吸管将共沉淀物加到培养的哺乳动物单层细胞表面,细胞通过吞噬作用捕获DNA,频率约10%部分DNA可进入细胞核,瞬时表达或整合进入基因组2 Electroporation3 Liposome-mediated Transfection脂质体(liposomes)是一种人造的脂质小泡,外周是脂双层,内部是水腔4 DNA Binding PeptidesA number of peptide sequences have been shown to be able to bind to, and condense, DNA to make it more amenable for entry into cellsThe tetrapeptide: serine–proline–lysine–lysine5. Direct DNA TransferMicroinjection, especially useful for large cells.Integration of injected foreign DNA occurs at a very low frequency, but the expression of the foreign gene can be followed for many cell generations.三、病毒载体动物病毒含有可被真核细胞识别的启动子有许多病毒在感染周期中持续复制,达到很高的拷贝数有些病毒可整合到宿主核基因组中病毒可高效的感染宿主细胞1. SV40病毒载体猿猴空泡病毒40 (SV40)感染猿猴细胞后,产生感染性的病毒颗粒,裂解细胞——Permissive cellSV40感染啮齿动物(仓鼠和小鼠),将病毒基因组整合到寄主的染色体上,不产生感染性颗粒——Non-Permissive celli. SV40的生活史SV40 has a circular double-stranded DNA genome of approximately 5.2 kbThe genome has two transcription units, known as the earlyand late regions, which face in opposite directions.Both transcripts produce multiple products by alternative splicing.早期基因:T和t抗原,与病毒的致瘤作用有关,并对病毒DNA复制的起始十分重要晚期基因:VP1、VP2、VP3,编码病毒的衣壳蛋白早期转录产生T抗原和t抗原,在T抗原作用下起始病毒DNA的复制,在DNA复制后,开始晚期转录,表达产生病毒的衣壳蛋白VP1、VP2、VP3,然后装配成病毒颗粒,裂解细胞ii. SV40载体野生型的SV40病毒颗粒只能包装其基因组大小的DNA用外源DNA取代病毒的早期或晚期基因,在辅助病毒的帮助下形成含有外源DNA的病毒颗粒i)SV40晚期区取代的载体用外源DNA取代SV40晚期基因区用早期基因有缺失的SV40作为辅助病毒将两种DNA共同转染猴细胞,彼此提供基因产物,最后可形成病毒颗粒,一些病毒颗粒中含有外源DNA,一些含有突变的病毒基因。
第十一章动物基因工程-PowerPointPresen
1981 年 Gordon 和 Ruddle 首 次 用 显 微 注 射 法 (Microinjection)把外源基因导入小鼠受精卵的雄核, 并将注射后的受精卵植入假孕母鼠子宫,产生了 的78只小鼠,其中有2只的所有细胞中(包括生殖 细胞)都含有外源基因,但因缺乏启动子而不能表 达,他们把出生后带外源基因的小鼠叫做转基因 小鼠(Transgenic Mice),自此以后,凡带有外源 基因的动物都叫做转基因动物(Transgenic animal)。
三、导入基因Leabharlann 方法导入外源基因的方法有多种,一些方法 已在上一节作过叙述,如:①反转录病毒转 染法;②磷酸钙沉淀法;③脂质体介导法; ④血影细胞(Blood shadow cell)介导法。在 此再介绍一些方法,1)DNA微注射法;2) 精子载体法;3)胚胎干细胞(ES)介导法; 4) 染色体片段注入法;5) 电转移法等。在 转基因动物中,DNA微注射法比较常用。
第十一章 动物基因工程
基因工程的概念:
利用DNA体外重组或PCR扩增技术从某种生 物基因组中分离感兴趣的基因,或是用人工合 成的方法获取基因,然后经过一系列切割,加 工修饰,连接反应形成重组DNA分子,再将 其转入适当的受体细胞,以期获得基因表达的 过程.
基因工程(gene engineering)常和以下名称混用
cDNA合成 5′磷酸化、探针标记
3′末端多聚尾 切除末端磷酸基
二、基因工程的基本程序
➢ 一.分—载体和目的基因的分离 ➢ 二.切—限制性内切酶的应用 ➢ 三.接—载体与目的基因连接成重组体 ➢ 四.转—基因序列转入细胞 ➢ 五.筛—目的基因序列克隆的筛选和鉴定
基因克隆示意图 载体DNA
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第十一章动物基因工程第一节动物细胞基因工程Animal cells are advantageous for the production of recombinant animal proteins because they perform authentic post-translational modifications.Cell cultures have been used on a commercial scale to synthesize products一、动物细胞Primary cellsUndergo only a few divisions before undergoing senescence.Secondary cell line: (10–20 times)Immortal cell lineHeLacells、、Chinese hamster ovary (CHO) cellsTransformation:The changes that cells undergo unregulated cell division and growth resulting from a viral infection or other change within the cellTransfection:In higher eukaryotes the process of transferring foreign DNA into cells is called transfection.二、动物细胞的转染Transient transfection.The foreign DNA is not integrated into the genome and does not contain an origin of replication Be degraded or diluted during cell division.A rapid way to analyseforeign genes and gene products within cells.Stabletransfection.The foreign DNA becomes integrated into an apparently randomlocation within the genome1.Chemical TransfectionThe efficiency of naked DNA transfection can be greatly improved if the DNA is precipitated in the presence of the cells.DNA/calcium phosphate coprecipitate method将待转染的DNA同CaCl2混合制成CaCl2-DNA溶液逐滴加入到Hepes-磷酸盐缓冲液中,形成磷酸钙-DNA共沉淀用吸管将共沉淀物加到培养的哺乳动物单层细胞表面,细胞通过吞噬作用捕获DNA,频率约10%部分DNA可进入细胞核,瞬时表达或整合进入基因组2 Electroporation3 Liposome-mediated Transfection脂质体(liposomes)是一种人造的脂质小泡,外周是脂双层,内部是水腔4 DNA Binding PeptidesA number of peptide sequences have been shown to be able to bind to, and condense, DNA to make it more amenable for entry into cellsThe tetrapeptide: serine–proline–lysine–lysine5. Direct DNA TransferMicroinjection, especially useful for large cells.Integration of injected foreign DNA occurs at a very low frequency, but the expression of the foreign gene can be followed for many cell generations.三、病毒载体动物病毒含有可被真核细胞识别的启动子有许多病毒在感染周期中持续复制,达到很高的拷贝数有些病毒可整合到宿主核基因组中病毒可高效的感染宿主细胞1. SV40病毒载体猿猴空泡病毒40 (SV40)感染猿猴细胞后,产生感染性的病毒颗粒,裂解细胞——Permissive cellSV40感染啮齿动物(仓鼠和小鼠),将病毒基因组整合到寄主的染色体上,不产生感染性颗粒——Non-Permissive celli. SV40的生活史SV40 has a circular double-stranded DNA genome of approximately 5.2 kbThe genome has two transcription units, known as the earlyand late regions, which face in opposite directions.Both transcripts produce multiple products by alternative splicing.早期基因:T和t抗原,与病毒的致瘤作用有关,并对病毒DNA复制的起始十分重要晚期基因:VP1、VP2、VP3,编码病毒的衣壳蛋白早期转录产生T抗原和t抗原,在T抗原作用下起始病毒DNA的复制,在DNA复制后,开始晚期转录,表达产生病毒的衣壳蛋白VP1、VP2、VP3,然后装配成病毒颗粒,裂解细胞ii. SV40载体野生型的SV40病毒颗粒只能包装其基因组大小的DNA用外源DNA取代病毒的早期或晚期基因,在辅助病毒的帮助下形成含有外源DNA的病毒颗粒i)SV40晚期区取代的载体用外源DNA取代SV40晚期基因区用早期基因有缺失的SV40作为辅助病毒将两种DNA共同转染猴细胞,彼此提供基因产物,最后可形成病毒颗粒,一些病毒颗粒中含有外源DNA,一些含有突变的病毒基因。
释放的病毒再感染其它的猴细胞,在这一轮感染周期中,外源基因得以高效表达ii)早期取代载体用外源DNA取代SV40早期基因区,利用晚期基因有缺失的SV40作为辅助病毒,将两种DNA 共同转染猴细胞COS细胞:将一个复制起点部位缺失的SV40基因组整合到猴细胞的染色体上所形成的细胞系。
早期基因表达可产生T和t抗原,但由于没有复制起点,SV40 DNA不能复制,也就不能产生晚期基因产物,故COS细胞可积累T抗原用早期取代载体感染cos细胞,在cos细胞所提供的T抗原的帮助下,病毒DNA可进行复制表达晚期基因,最后可包装成病毒颗粒,在病毒颗粒只有早期取代载体或其重组DNA分子iii)SV40瞬时表达载体带有SV40复制起点的质粒型表达载体该载体可在大肠杆菌细胞内复制可直接转染哺乳动物细胞不通过病毒颗粒的包装,可插入较大的DNA片段转入动物细胞不发生裂解当重组DNA分子转入COS细胞后, 在cos细胞所提供的T抗原的帮助下,能大量复制, 其拷贝数可达20-40万,并高效表达载体上的外源基因由于转染质粒的复制毫无节制地不断进行,直至细胞可能由于无法忍受它的染色体外复制如此大量的DNA而最终死亡,因而这一系统是瞬时表达系统2、腺病毒载体i. 腺病毒(Adenovirus)的特点分布广泛的呼吸道病毒(25% common colds),无包膜(envelope)线状双链DNA,36kb,可在寄主细胞内大量增殖(105per infected cell )在腺病毒感染周期中,寄主蛋白质合成被关闭,因而能最大限度合成病毒编码的蛋白质ii. 腺病毒载体ITR和Ψ是腺病毒基因组复制和包装必不可少的部分,除此之外的病毒基因组均可被置换,最大可插入8kb片段在辅助病毒或相应细胞系(如人293肾细胞系,提供E1)帮助下产生重组腺病毒颗粒Advantages of adenoviral vectorsHighly efficient at getting DNA into cells.Infect both replicating and differentiated cells.Do not integrate into the host genome, has no mutagenic effects caused by random integration events.DisadvantagesThe viral DNA does not integrate into the host.Adenoviral vectors are based on an extremely common human pathogen and in vivo delivery may be hampered by prior host immune response to one type of virus.3. 腺相关病毒载体Adeno-associated Virus (AAV)AAV was first discovered as a contaminant of adenovirus preparationsA member of the parvovirus familyss-DNA genome, ~5000 nucleotidesno specific human disease associated with AAVAAVsare naturally replication deficient (need helper virus)In the absence of helper virus, the AAV genome integrates into the host cell at specific location on chromosome 19.Advantage of AAVIntroduce foreign DNA into a wide variety of cell types, including neurons, muscle and epithelial cellsIntegrate into specific sitePromising vector for gene therapy4. 逆转录病毒载体Retrovirusesare the only animal viruses that integrate into the host cell genome during the normal growth cycle.There are two classes of retrovirus that infect humans–the HTLV retroviruses (e.g. human T-cell leukemia virus, HTLV-1), and the lentiviruses(e.g. HIV-1)Retroviruses have been found in a wide variety of organisms, including both vertebrates and invertebrates.i.逆转录病毒的生活史一种整合型的单链RNA病毒,病毒颗粒中一般携带有两个拷贝的单链RNA基因组 病毒envelope proteins 与宿主细胞表面特异受体结合摄入病毒颗粒逆病毒感染宿主细胞后,其RNA在体内由自身编码的逆转录酶逆转录成相应的双链DNA分子,进入细胞核,并在整合酶的作用下,随机整合到宿主染色体上逆病毒与肿瘤仅有gag, pol, env三种基因的逆病毒,不能转化细胞形成肿瘤,细胞的转化是由onc(肿瘤)基因引起的逆病毒的癌基因来自于动物细胞的原癌基因(proto-oncogene)少数逆病毒含有完整的gag, pol, env基因和额外的癌基因,如劳斯肉瘤病毒RSV大多数病毒是由癌基因取代了gag, pol, env三个基因中的一个或两个,因此这种病毒是缺陷型的,需要辅助病毒才能增殖ii. 逆病毒载体将逆病毒DNA克隆到质粒pBR322上去掉gag, pol, env三个基因的大部或全部序列,保留5’-LTR,ψ,3’-LTR插入选择标记基因①利用辅助病毒重组的逆病毒质粒载体可在大肠杆菌细胞内增殖将纯化的DNA转入动物细胞,筛选出稳定的转化子转化细胞能表达外源基因,并合成重组逆病毒的RNA分子如何将转化细胞产生的重组病毒的RNA分子包装到病毒颗粒中?将辅助病毒超感染转化细胞辅助病毒产生的外壳蛋白能包装重组病毒的RNA分子及逆转录酶,形成病毒颗粒包装的病毒颗粒感染宿主细胞,基因转移率可达100%,并且以单拷贝形式整合包装的病毒颗粒中有辅助病毒存在,影响了重组病毒的感染效率,并且辅助病毒可能致病②包装细胞系在包装细胞系的染色体上整合了一个缺失了ψ序列的逆病毒DNA;或是在其染色体的两个位点分别整合缺失了ψ序列的5’-LTR-gag-3’LTR和5’-LTR-pol-env-3’LTR区段包装细胞系能组成型表达逆病毒的全部蛋白质,但不能包装缺失了ψ序列的RNA将纯化的DNA转染包装细胞系,产生有感染能力的重组逆病毒颗粒Advantages of retroviral vectorsIntegration of the viral genome into the host allows for the long-term expression of the integrated foreign gene.a highly efficient mechanism for the transfer of DNA into cells.disadvantagesRandomly integration may have deleterious effects on the host cellInfect only dividing cells (except for lentiviruses, e.g. HIV1).第二节哺乳动物基因转移的遗传标记Endogenous selectable marker geneThese genes present in wild-type cellsThey can only be used with mutant cell lines in which the corresponding host gene is non-functional.Dominant selectable markersConfer a phenotype that is entirely novel to the cell and hence can be used in any cell type1. 胸苷激酶基因选择系统TK-细胞把细胞培养在加有胸苷类似物5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BUdR)的培养基中,在胸苷激酶(TK)的催化下,BUdR便掺入到细胞的DNA分子上,致使DNA复制出现错误。