高中生物第二册第6章遗传住处的传递和表达6.3基因工程与转基因生物课件1沪科版

3、将目的基因导入受
体细胞并使之扩增 要让目的基因表达，必
须将它导入受体细胞并进行
扩增。
导入
为获得目的基因的表达
产物时，通常以大肠杆菌等
无害易得的细菌为受体。为
扩增
改进某种生物时，将欲改进
的生物细胞为受体。
为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，
通常还要用一些物质对受体细胞进行处理，使
受体细胞具有更大的通透性。
含有胰岛素
的牛奶 含有人胰岛素基因的奶牛
3.转基因生物产品的安全性
转基因生物及食品的安全 1993 年提出实质等同性原则。就是说看这个转基 因生物是不是安全，要看它与传统的非转基因产品的区 别及比较。如果食品的成分大体上跟传统的食品基本相 同，就认为是安全的。但是很多专家对这个原则发生质 疑，认为不仅仅要对主要的营养成分来评估，而且需要 对所有的常量的和微量的营养元素、抗营养元素、植物 内毒素、次级代谢物以及致敏原等基本浓度都要进行分 析之后，才能够说是安全还是不安全。实质等同原则还 是值得怀疑的。
转基因羊 具有生长快、
毛质、肉质好、疾 病少及耐粗饲料等 优点。
通过研究“基因敲 除”的耗子将帮助研究 人类的癌症、糖尿病和 高血压等慢性疾病与遗 传的关系。
在猴子的未受精卵中加入 附加基因，并利用它成功培育 出健康活泼的小猴“安迪”。
通过对“安迪”的研究我 们可以简单地引进如老年性痴 呆病的基因、帕金森病基因等， 加快针对这类疾病疫苗的开发 研究。
因连接 C、具有某些标记基因，便于进行筛选，
经常使用的运载体有质粒、噬菌体和 动植物病毒
质粒
严紧型质粒（相对质量较大，1—2个） 松弛型质粒（相对质量较小，20个左右）
重组DNA实验常用的两组质粒运载体
（抗氨苄青霉素基因）
Apr Tcr
TcrR322
科恩 1973年 [美] (斯坦福大学的教授)从大肠杆菌里取出了两种不同的质粒， 它们各自具有一个抗药的基因。科恩把两种质粒上不同的抗药基因"裁剪"下来， 再把这两种基因"拼接"在同一个质粒中。当这种杂合质粒进入大肠杆菌体后， 这些大肠杆菌就能抵抗两种药物，而且这种大肠杆菌的后代都具备双重抗菌性， 拉开了基因工程时代的大幕。科恩本人也以DNA重组技术发明人的身份向美国 专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。
基因工程
基因工程：又叫基因拼接技术或DNA重组 技术。即通过对DNA分子进行人工“剪切” 和“拼接”，在生物体外对生物的基因进行 改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行 无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达， 产生出人类所需要的基因产物。
转 甲生物
基 取出优 “剪切” 因 秀基因 “拼接”
技 术
根据已知的氨基酸序列合成DNA:
（优点：专一性强，可以人工 合成自然界不存在的新基因。）
② 目的基因与运载体结合---将不同来源的DNA进行 重新组合的过程
③ 将目的基因导入受体细胞 （借鉴细菌或病毒侵染 细胞的途径）
受体细胞
细菌、酵母菌（质粒导入） 动植物细胞（病毒导入）
④ 目的基因的检测和表达---通过一定的手段对受体 细胞是否导入目的基因进行检测
运载体必须同时满足三个要求：
①能与目的基因结合；
②能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复 制并表达；
③比较容易得到。 科学家发现大肠杆菌、枯草杆菌等的质粒
能同时满足以上三个要求。
质粒
存在于细菌染 色体外的
小型环状双链 DNA分子
GAATTC CT TAAG
CG G AC CG GCCTGGC
G
AATTC
基因操作的基本步骤
• 提取目的基因 • 目的基因与运载体结合 • 将目的基因导入受体细胞 • 目的基因的检测与表达
① 提取目的基因（人需要的特定基因）
供体细胞直接提取（鸟枪法） 方法 （优点—操作简便；缺点---工作量大，具有盲目性）
人工合成基因 反转录法：
以mRNA为模板，逆转录 形成cDNA，进一步形成双 链DNA，获得基因。
在生物体外对DNA分子进 行人工剪切、拼接，对基因进 行改造和重新组合，再导入生 物体内使导入的基因得以表达。
动物乳房生物反应器 —— 人工提取的目的基因导入哺乳动物的基因组中，从
而改造该动物的遗传性状，以生产人类需要的物质。
细菌
质粒
导入
增殖
人的 胰岛素基因
细菌
克隆胰岛素基因
注入奶牛受精卵
分裂生长 发育
胰岛素是由人和动物的胰脏β-胰岛细胞合成的蛋白质，是治 疗胰岛素依赖型糖尿病的特效药物。
1982年，美国Ely Lili公司使用重组大肠杆菌生产人胰岛素， 这是第一个上市的基因工程药物。
重组人生长激素生产
人生长激素（hGH），又叫做促生长素，具有调节生长与发 育的功能，对多种人类疾病诸如垂体性侏儒症、特纳氏综 合症、组织坏死等，都具有良好的治疗效果。
有两种方法： ①逆转录法：以信使
RNA为模板，在逆转录 酶的作用下将脱氧核苷酸 合成合成DNA(基因)。
②直接合成法：根据 蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使RNA核苷酸顺序， 再据此推算出基因DNA 的脱氧核苷酸顺序。用游 离脱氧核苷酸直接合成相 应的基因。
2、目的基因与运载体结合
用与提取目的基 因相同的限制酶切割 质粒使之出现一个切 口，将目的基因插入 切口处，让目的基因 的黏性末端与切口上 的黏性末端互补配对 后，在连拉酶的作用 下连接形成重组 DNA分子。
hGH的来源是从死人的脑垂体中提取，这种制备方法不仅材 料来源困难，无法大量生产，而且存在安全性问题。
1985年，这种由 E.coli 生产的rhGH已成为得到美国政府许 可生产和使用的第二种基因工程药物.
重组人干扰素生产
干扰素是最早发现的细胞因子，早在1957年英国医生发现流 感病毒处理的细胞产生一种因子，可抵抗病毒感染，干扰病 毒的复制，因而命名为干扰素 (interferon, IFN)。
１、基因的剪刀──限制性内切酶（限制酶） 一种限制酶只能
识别一种特定的核苷 酸序列，并在特定的 切割点上将DNA 分 子切断。目前已发现 的限制酶有200多种。
重播
DNA被限制酶切断后有两个反向互补的 “黏性末端”。被同一种限制切断的几个DNA 具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。
２、基因的针线──DNA连接酶
连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性 末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。
重 播
２、基因的针线──DNA连接酶 连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性
末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。
3、基因的运输工具——运载体 要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在
乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到 乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的 工具就是运载体。
基因工程与农牧业、食品工业
农业应用
获得高产、稳产和具有优良品质的农作物 （“向日葵豆”）
培育具有抗逆性的作物新品种（抗虫、抗病 毒、抗除草剂、抗盐碱、抗高温、抗干旱）
②畜牧养殖业
（病毒侵染或显 微注射技术）
培育体形巨大品质优良的动物（超级小鼠、 超级绵羊、超级鱼）
利用特定的外源基因在哺乳动物体内表达， 获得人们需要的物质（激素、抗体、酶）
工程菌？
基因工程生产药物：胰岛素、干扰素、 白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、 人造血液代用品
基因工程生产疫苗：乙肝、狂犬病、 百日咳、霍乱、伤寒、疟疾
②用于基因诊断和基因治疗
基因诊断：用放射性同位素、荧光分子标记的DNA分子 做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的 遗传信息，检测疾（病肝。炎、肠道病毒、单纯疱疹病毒。）
CT TAA 黏性末端
G
回文序列
GG CC CC GG
②基因的针线——DNA连接酶 把两条DNA末端之间的 缝隙“缝合”起来
GAATTC CT TAAG
③基因的运输工具----运载体 将一个外源基因，送入受体 细胞，还需要有运输工具，这就是运载体。
运载体必须具备以下条件：
A、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 B、具有多个限制酶切点，以便与外源基
2.基因工程的基本过程
•基因工程的特点：
操作环境 操作对象 操作水平 基本过程
结果
生物体外
基因
DNA分子水平 剪切 拼接 导入
表达
人类需要的基因产物 (定向改造生物遗传特性)
实质：基因重组
基因操作的工具
1、基因的剪刀——限制性内切酶 2、基因的针线——DNA连接酶 3、基因的运输工具——运载体
植物基因工程
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转鱼抗寒基 因的番茄
不会引起过敏的转基因大豆
遭受虫害的普通玉米
抗虫的Bt转基因玉米
动物基因工程
超级动物
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
特殊动物
世界上第一只转基因动物
能产药的奶牛
转基因羊
转基因鱼（上面）
4、目的基因的检测和表达
前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效 利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。 这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少， 必须将它从中检测出来。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落， 检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产 物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
微生物基因工程的应用
重组微生物工程菌与人类药物生产
基因工程产品约有2/3用于人类疾病治疗和预防性用药，它 给制药工业带来了革命性的变化。据估计，人用蛋白药物的 全球市场，每年可达200亿美元，而且还在持续增长。在这 种巨大利益驱使下，世界各大制药公司相继投入巨资用于这 些重组蛋白药物的研究开发。
（一）重组人胰岛素生产
DNA和染色体
1个染色体
1个DNA 多个基因
1个基因 成百上千个脱氧核苷酸
基
因
在
染
b 黑身
色
cn 朱红眼
体 上
vg 残翅
呈
线
性
排
px 丛脉
列
sp 斑点翅
Ⅱ 果蝇染色体
• 基因：
携带遗传信息 具有遗传效应的DNA片段
第3节 基因工程与转基因生物
1.基因工程 把供体细胞中的基因或基因组
提取出来，按照预先设计的蓝 图，经过体外加工重组，或者 把人工合成的基因转移到受体 细胞并获得新的遗传特性的技 术。由于被转移的基因必须与 载体DNA重组后才能实现转移， 所以基因工程也叫做重组DNA 技术。
③食品工业----开辟新是食品来源（鸡蛋白基因导入大肠杆菌 和酵母菌中）
3、基因工程与环境保护
①用于环境监测（DNA探针检测水中病毒的含量）
②用于净化环境污染（“超级细菌”、“吞噬”汞和降解土壤 中DDT的细菌、净化镉污染的植物）
假单孢杆菌---分解石油中的某种 成分(烃).同时能分解四种烃类
微生物基因工程
常用营养缺陷型细菌或具某种抗性特征进行检测
例：提取VB1合成酶
质粒本身具某种抗性基因
分别取出质粒和DNA 用同一种限制酶切断DNA
用连接酶连接目的基因
将重组DNA分子导入受体细胞
细胞增殖并产生目的基因的产物
3.转基因技术的应用
基因工程的成果与发展前景
1、基因工程与医药卫生
①生产基因工程药品 （用“工程菌”生产）
多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培 养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄 入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出 相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应 变化的个体进一步培养、研究。
例：用棉铃饲喂棉 铃虫，如虫吃后不出现 中毒症状，说明未摄入 目的基因或摄入目的基 因未表达。如虫吃后中 毒死亡，则说明摄入了 抗虫基因并得到表达。
乙生物
表达
新类型
基 生物
因
敲
敲 除
除 不 利
技
基
术
因
新类型
新的生物产品
新的生物产品
基因操作的工具
基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、 拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进 行基因操作最少需要以下三种工具：
基因操作的工具----“化学剪刀”、“化学浆糊”（针线）、 运载体（分子运输车）
基因操作的工具
将供体生物的DNA用限制
酶切割为许多片段，再用运载体
将这些片段都运载到受体生物的
不同细胞中去。只要有一个细胞 获得了需要的目的基因并得以表
用限制酶切 断成许多片段
达，基因工程就算成功了。
该法最大的缺点是带有很大
的盲目性，工作量大，成功率低。
且不能将真核生物的基因转移到
原核生物中去。
⑵人工合成基因法 DNA合成仪
基因操作的基本步骤
１、提取目的基因——将 需要的基因从供体生物 的细胞内提取出来。
目前被较广泛提取 使用的目的基因有：苏 云金杆菌抗虫基因、人 胰岛素基因、人干扰素 基因、种子贮藏蛋白基 因、植物抗病基因等。
供体生物细胞
取出 DNA 用限制酶剪 去多余部分
限制酶
目的基因
提取目的基因的方法
⑴直接分离基因——鸟枪法