2018-2019学年北师大版生物选修三(课件+练习)：第3章 细胞工程 (2)
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第2节 动物细胞工程
-1-
学习目标导航 基础知识梳理 重点难点突破 典型例题剖析 随堂练习巩固
1.简述动物细胞培养和动物细胞融合。 2.举例说出单克隆抗体技术和体细胞核移植技术。 3.动物细胞工程的应用。
一二
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Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
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2.动物细胞融合技术 (1)原理:细胞膜的流动性、细胞增殖原理。 (2)诱导细胞融合的方法。
物理法:离心、振动、电流刺激 化学法:聚乙二醇(PEG) 生物法:灭活的病毒
(3)结果:获得杂种细胞。
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随堂练习
UITANG LIANXI
一、动物细胞工程的主要技术
1.动物细胞工程概念 应用细胞学的方法,按照我们人类的需要和预定的设计,有目的、有计 划地保存、改变动物细胞和创造新的动物细胞,进而培育成新的物种或者 品种的一门科学技术。常用的技术有动物细胞培养、动物细胞融合、单 克隆抗体和动物体细胞克隆等。
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(3)原代培养和传代培养。 将动物的器官或组织用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理,分散成单个细胞, 然后制成细胞悬液,放入培养瓶内,放在适宜的条件下培养,一般细胞繁殖 1~10 代,就发生接触抑制,这种培养叫原代培养。原代培养的细胞由于接触 抑制不再分裂,还要用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理后,再分瓶培养,让细胞继 续增殖,这种培养叫传代培养。传代培养一般传至 10~50 代就不能再分裂了, 这时细胞核内遗传物质未发生变化,形成的细胞群叫细胞株。传代培养过程 中有个别细胞传至 50 代以后,由于遗传物质改变,失去接触抑制,成为无限 增殖的不死的癌细胞,形成的细胞群叫细胞系。
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一二
2.动物细胞培养 (1)动物细胞培养条件 ①培养基是液体培养基。 ②培养液的成分:葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。 ③适宜 pH:7.2~7.4。 ④气体环境:培养容器中必须有足够的氧气和一定的二氧化碳以保证 细胞代谢活动的进行。进行动物细胞培养时,一般要用二氧化碳培养箱来 控制二氧化碳的浓度,以保证培养环境中 pH 的稳定。 ⑤适宜温度:哺乳动物应控制在 36.5~37.5 ℃;冷血动物细胞的环境温 度则控制在 28 ℃左右。
细胞株或细胞系
目的
①植株快速繁殖;②脱毒植 株的培育;③人工种子;④ 生产药物、杀虫剂等;⑤转 基因植物的培育
①蛋白质生物制品的生产;②皮肤 移植材料的培育;③检测有毒物 质;④生理、病理、药理学研究
取材
动物胚胎或出生不久的幼龄动物 植物幼嫩的部位或花药等
的器官或组织
其他条件 均为无菌操作,需要适宜的温度、pH、O2 等条件
随堂练习
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二、细胞融合与单克隆抗体技术
1.细胞融合 (1)概念:细胞融合就是在一些融合因子的作用下,将两个或两个以上的 细胞合并成为一个细胞的技术。 (2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同,诱导动物细胞 融合的方法与植物原生质体融合的方法类似,常用的诱导因素有聚乙二醇、 电流刺激或病毒等。在诱导因素作用下,细胞膜发生一定程度的损伤,从而 细胞就可以实现相互粘连而融合在一起。 (3)动物细胞融合的意义:克服了远缘杂交的不亲和性。
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3.动物体细胞克隆技术 克隆羊多莉的培育过程主要是利用细胞核移植技术,将饥饿处理过的 羊乳腺上皮细胞与去核卵细胞电脉冲融合后,实现体细胞的核转移到无核 的卵细胞中。融合细胞借助于卵的发育能力,由体细胞核主导而发育形成 新的个体。 4.动物细胞工程的应用 快速繁殖优良品种、克隆转基因动物、拯救濒临灭绝的动物和培育 人造器官。
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1.动物细胞培养 (1)概念:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放
在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。 (2)操作流程。
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(3)制备单克隆抗体的四次培养和两次筛选。 第一次培养:培养诱导融合后的细胞, 目的是筛选杂交瘤细胞 第二次培养,目的是筛选出能产生特 异性抗体的细胞群
①四次培养 第三次培养,目的是获得足够的能产 生特异性抗体的细胞群 第四次培养,目的是获得大量的单克 隆抗体
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(4)植物体细胞杂交和单克隆抗体的制备的比较。
植物体细胞杂交
动物细胞融合(单克隆抗体 的制备)
理论基础(原 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖 理)
融合前处理 酶解法去除细胞壁(纤维素酶、 注射特定抗原,免疫处理正
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(4)植物组织培养和动物细胞培养的比较。
比较项目 植物组织培养
动物细胞培养
培养基的 物理性质
固体
液体(合成培养基)
培养基的 水、矿质元素、维生素、 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、
成分
蔗糖、氨基酸、琼脂等
动物血清等
结果
植株或组织
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(4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的异同
细胞融合 的原理
细胞融合 的方法
诱导手段
植物 体细 胞杂 交
细胞膜的流 动性
用纤维素酶、果 胶酶去除细胞壁 后诱导原生质体 融合
离心、电刺激、 振动、聚乙二醇 (PEG)诱导
动物
用胰蛋白酶或胶 除应用植物细
细
细胞膜的流 原纤维酶使细胞 胞杂交手段外,
胞融 动性
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2.单克隆抗体
(1)概念:一个 B 淋巴细胞只产生一种特异的抗体。由一个 B 淋巴细胞
增殖形成的细胞群所产生的单一型抗体分子就称为单克隆抗体。
(2)单克隆抗体的作用
①作为诊断试剂:可以快捷、准确地诊断和治疗一些疾病。
植物体细胞杂交 克服远缘杂交不亲和的障 碍,大大扩展杂交的亲本组 合范围
动物细胞融合(单克隆抗体的制备) ①制备单克隆抗体;②诊断、治疗、预防 疾病。例如:单抗诊断盒、“生物导弹”治 疗癌症
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4.动物体细胞克隆 (1)概念:将供体体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工 组合,借助于卵细胞的发育能力,经过培养发育成胚胎进而形成个体的技术。 体细胞克隆的关键是细胞核移植技术。 (2)细胞核移植 ①概念:利用显微操作技术,将某种动物的细胞核移入同种或异种动物 的去除细胞核的成熟卵细胞内的技术。用核移植的方法得到的动物称为克 隆动物。 ②类型:哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植两 种类型,由于动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,而动物体细 胞分化程度高,恢复其全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植的难度也就 明显高于胚胎细胞核移植。
①培养条件。 无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。 营养——葡萄糖、氨基酸、无机盐和微量元素+血清或血浆等天然成 分。 温度和 pH——温度为 36.5~37.5 ℃(变温动物 28 ℃左右),pH 为 7.2~7.4。 气体环境——空气和一定的二氧化碳。
①CO2 的作用——调节培养基 pH;②空气中 O2 的作用——细 胞有氧呼吸;③所用装置——CO2 培养箱。
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②原理:细胞增殖。 ③材料选择:动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官,其细胞 的分化程度较低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。 ④在动物细胞培养过程中,一般情况下细胞株的遗传信息没有发生改 变,50 代以后的细胞可能发生癌变。 ⑤胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分散成单个细 胞,以及将贴壁细胞从瓶壁上分离下来,这样做的目的是避免动物细胞的接 触抑制现象。
②如果将抗癌药物连接到专门识别某种肿瘤细胞的单克隆抗体上,单
克隆抗体可以像“生物导弹”一样携带抗癌药物准确地聚集到肿瘤细胞,专
一地杀死肿瘤细胞。
(3)单克隆抗体的制备过程
给小鼠注射特 从脾脏细胞中分
定的抗原蛋白→ 离 B 淋巴细胞 培养骨髓瘤细胞→ 骨髓瘤细胞
未融合细胞 融合细胞
杂交瘤细胞
体内培养→单克隆抗体 悬浮培养
分散后诱导细胞 还可用灭活病
合
融合
毒诱导
用途
克服远缘杂交 不亲和的障碍, 获得杂种植株
制备单克隆抗 体
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3.单克隆抗体的制备 (1)单克隆抗体制备原理 应用细胞杂交技术使骨髓瘤细胞与免疫的 B 淋巴细胞融合,得到杂交 瘤细胞。这种杂交瘤细胞继承两种亲代细胞的遗传特性,既能像 B 淋巴细 胞一样合成专一抗体,也能像骨髓瘤细胞一样在体外培养大量增殖,用这种 来源于单个融合细胞培养增殖的细胞群,可制备特异的单克隆抗体。
(3)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附到培养瓶的表 面,称为细胞贴壁。细胞数目以指数增长方式增多,当贴壁细胞分裂生长,铺 满培养瓶表面后,形成致密的单层细胞层时,细胞分裂停止,这种现象称为细 胞的接触抑制。
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(2)制备过程与操作技术 ①将特定抗原注入小鼠体内获得浆细胞
获得杂交瘤细胞 ②浆细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合 ③用特定培养基筛选出杂交瘤细胞
⇓ ①筛选出能够产生所需抗体的细胞群
动物细胞培养 ②在培养液或小鼠腹腔中培养
⇓ 提取单克隆抗体:从培养液或小鼠腹水中提取
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(2)动物细胞培养流程:无菌条件下,取动物组织块(动物胚胎或幼龄动 物的器官或组织)→剪碎→用适量胰蛋白酶或胶原纤维酶处理分散成单个 细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重 新用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
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②两次筛选
第一次筛选:由于细胞融合是随机的,因 此细胞混合物中融合细胞将以多种形 式出现,因此必须从中筛选出既能分泌 抗体同时又能大量增殖的杂交瘤细胞
第二次筛选:实际免疫过程中,由于采用 连续注射抗原的方法,且一种抗原决定 簇刺激机体形成相对应的一种浆细胞, 因此从小鼠脾脏中取出的浆细胞是不同 的,所以必须从杂交瘤细胞群中选出能 产生针对某特定抗原的特异性杂交瘤 细胞
过 第三 杂种细胞的 程 步 筛选和培养
第四 杂种植株的 步 诱导与鉴定
动物细胞融合(单克隆抗体的制备)
第一步
正常小鼠免 疫处理
动物细胞的
第二步
融合(物、 化、生法)
杂交瘤细胞
第三步 的筛选与培
养
第四步
单克隆抗体 的提纯
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意义 和用 途
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③过程
果胶酶)
常小鼠
促融方法
①物理法:离心、振动、电刺激 ①物、化法:与植物细胞融合
等
相同
②化学法:聚乙二醇(PEG)
②生物法:灭活的病毒
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植物体细胞杂交 第一 原生质体的制 步 备(酶解法)
第二 原生质体的融 步 合(物、化法)
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1.简述动物细胞培养和动物细胞融合。 2.举例说出单克隆抗体技术和体细胞核移植技术。 3.动物细胞工程的应用。
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2.动物细胞融合技术 (1)原理:细胞膜的流动性、细胞增殖原理。 (2)诱导细胞融合的方法。
物理法:离心、振动、电流刺激 化学法:聚乙二醇(PEG) 生物法:灭活的病毒
(3)结果:获得杂种细胞。
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一、动物细胞工程的主要技术
1.动物细胞工程概念 应用细胞学的方法,按照我们人类的需要和预定的设计,有目的、有计 划地保存、改变动物细胞和创造新的动物细胞,进而培育成新的物种或者 品种的一门科学技术。常用的技术有动物细胞培养、动物细胞融合、单 克隆抗体和动物体细胞克隆等。
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(3)原代培养和传代培养。 将动物的器官或组织用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理,分散成单个细胞, 然后制成细胞悬液,放入培养瓶内,放在适宜的条件下培养,一般细胞繁殖 1~10 代,就发生接触抑制,这种培养叫原代培养。原代培养的细胞由于接触 抑制不再分裂,还要用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理后,再分瓶培养,让细胞继 续增殖,这种培养叫传代培养。传代培养一般传至 10~50 代就不能再分裂了, 这时细胞核内遗传物质未发生变化,形成的细胞群叫细胞株。传代培养过程 中有个别细胞传至 50 代以后,由于遗传物质改变,失去接触抑制,成为无限 增殖的不死的癌细胞,形成的细胞群叫细胞系。
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2.动物细胞培养 (1)动物细胞培养条件 ①培养基是液体培养基。 ②培养液的成分:葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。 ③适宜 pH:7.2~7.4。 ④气体环境:培养容器中必须有足够的氧气和一定的二氧化碳以保证 细胞代谢活动的进行。进行动物细胞培养时,一般要用二氧化碳培养箱来 控制二氧化碳的浓度,以保证培养环境中 pH 的稳定。 ⑤适宜温度:哺乳动物应控制在 36.5~37.5 ℃;冷血动物细胞的环境温 度则控制在 28 ℃左右。
细胞株或细胞系
目的
①植株快速繁殖;②脱毒植 株的培育;③人工种子;④ 生产药物、杀虫剂等;⑤转 基因植物的培育
①蛋白质生物制品的生产;②皮肤 移植材料的培育;③检测有毒物 质;④生理、病理、药理学研究
取材
动物胚胎或出生不久的幼龄动物 植物幼嫩的部位或花药等
的器官或组织
其他条件 均为无菌操作,需要适宜的温度、pH、O2 等条件
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二、细胞融合与单克隆抗体技术
1.细胞融合 (1)概念:细胞融合就是在一些融合因子的作用下,将两个或两个以上的 细胞合并成为一个细胞的技术。 (2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同,诱导动物细胞 融合的方法与植物原生质体融合的方法类似,常用的诱导因素有聚乙二醇、 电流刺激或病毒等。在诱导因素作用下,细胞膜发生一定程度的损伤,从而 细胞就可以实现相互粘连而融合在一起。 (3)动物细胞融合的意义:克服了远缘杂交的不亲和性。
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1.动物细胞培养 (1)概念:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放
在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。 (2)操作流程。
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(3)制备单克隆抗体的四次培养和两次筛选。 第一次培养:培养诱导融合后的细胞, 目的是筛选杂交瘤细胞 第二次培养,目的是筛选出能产生特 异性抗体的细胞群
①四次培养 第三次培养,目的是获得足够的能产 生特异性抗体的细胞群 第四次培养,目的是获得大量的单克 隆抗体
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(4)植物体细胞杂交和单克隆抗体的制备的比较。
植物体细胞杂交
动物细胞融合(单克隆抗体 的制备)
理论基础(原 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖 理)
融合前处理 酶解法去除细胞壁(纤维素酶、 注射特定抗原,免疫处理正
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(4)植物组织培养和动物细胞培养的比较。
比较项目 植物组织培养
动物细胞培养
培养基的 物理性质
固体
液体(合成培养基)
培养基的 水、矿质元素、维生素、 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、
成分
蔗糖、氨基酸、琼脂等
动物血清等
结果
植株或组织
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(4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的异同
细胞融合 的原理
细胞融合 的方法
诱导手段
植物 体细 胞杂 交
细胞膜的流 动性
用纤维素酶、果 胶酶去除细胞壁 后诱导原生质体 融合
离心、电刺激、 振动、聚乙二醇 (PEG)诱导
动物
用胰蛋白酶或胶 除应用植物细
细
细胞膜的流 原纤维酶使细胞 胞杂交手段外,
胞融 动性
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2.单克隆抗体
(1)概念:一个 B 淋巴细胞只产生一种特异的抗体。由一个 B 淋巴细胞
增殖形成的细胞群所产生的单一型抗体分子就称为单克隆抗体。
(2)单克隆抗体的作用
①作为诊断试剂:可以快捷、准确地诊断和治疗一些疾病。
植物体细胞杂交 克服远缘杂交不亲和的障 碍,大大扩展杂交的亲本组 合范围
动物细胞融合(单克隆抗体的制备) ①制备单克隆抗体;②诊断、治疗、预防 疾病。例如:单抗诊断盒、“生物导弹”治 疗癌症
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4.动物体细胞克隆 (1)概念:将供体体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工 组合,借助于卵细胞的发育能力,经过培养发育成胚胎进而形成个体的技术。 体细胞克隆的关键是细胞核移植技术。 (2)细胞核移植 ①概念:利用显微操作技术,将某种动物的细胞核移入同种或异种动物 的去除细胞核的成熟卵细胞内的技术。用核移植的方法得到的动物称为克 隆动物。 ②类型:哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植两 种类型,由于动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,而动物体细 胞分化程度高,恢复其全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植的难度也就 明显高于胚胎细胞核移植。
①培养条件。 无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。 营养——葡萄糖、氨基酸、无机盐和微量元素+血清或血浆等天然成 分。 温度和 pH——温度为 36.5~37.5 ℃(变温动物 28 ℃左右),pH 为 7.2~7.4。 气体环境——空气和一定的二氧化碳。
①CO2 的作用——调节培养基 pH;②空气中 O2 的作用——细 胞有氧呼吸;③所用装置——CO2 培养箱。
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②原理:细胞增殖。 ③材料选择:动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官,其细胞 的分化程度较低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。 ④在动物细胞培养过程中,一般情况下细胞株的遗传信息没有发生改 变,50 代以后的细胞可能发生癌变。 ⑤胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分散成单个细 胞,以及将贴壁细胞从瓶壁上分离下来,这样做的目的是避免动物细胞的接 触抑制现象。
②如果将抗癌药物连接到专门识别某种肿瘤细胞的单克隆抗体上,单
克隆抗体可以像“生物导弹”一样携带抗癌药物准确地聚集到肿瘤细胞,专
一地杀死肿瘤细胞。
(3)单克隆抗体的制备过程
给小鼠注射特 从脾脏细胞中分
定的抗原蛋白→ 离 B 淋巴细胞 培养骨髓瘤细胞→ 骨髓瘤细胞
未融合细胞 融合细胞
杂交瘤细胞
体内培养→单克隆抗体 悬浮培养
分散后诱导细胞 还可用灭活病
合
融合
毒诱导
用途
克服远缘杂交 不亲和的障碍, 获得杂种植株
制备单克隆抗 体
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3.单克隆抗体的制备 (1)单克隆抗体制备原理 应用细胞杂交技术使骨髓瘤细胞与免疫的 B 淋巴细胞融合,得到杂交 瘤细胞。这种杂交瘤细胞继承两种亲代细胞的遗传特性,既能像 B 淋巴细 胞一样合成专一抗体,也能像骨髓瘤细胞一样在体外培养大量增殖,用这种 来源于单个融合细胞培养增殖的细胞群,可制备特异的单克隆抗体。
(3)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附到培养瓶的表 面,称为细胞贴壁。细胞数目以指数增长方式增多,当贴壁细胞分裂生长,铺 满培养瓶表面后,形成致密的单层细胞层时,细胞分裂停止,这种现象称为细 胞的接触抑制。
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(2)制备过程与操作技术 ①将特定抗原注入小鼠体内获得浆细胞
获得杂交瘤细胞 ②浆细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合 ③用特定培养基筛选出杂交瘤细胞
⇓ ①筛选出能够产生所需抗体的细胞群
动物细胞培养 ②在培养液或小鼠腹腔中培养
⇓ 提取单克隆抗体:从培养液或小鼠腹水中提取
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②两次筛选
第一次筛选:由于细胞融合是随机的,因 此细胞混合物中融合细胞将以多种形 式出现,因此必须从中筛选出既能分泌 抗体同时又能大量增殖的杂交瘤细胞
第二次筛选:实际免疫过程中,由于采用 连续注射抗原的方法,且一种抗原决定 簇刺激机体形成相对应的一种浆细胞, 因此从小鼠脾脏中取出的浆细胞是不同 的,所以必须从杂交瘤细胞群中选出能 产生针对某特定抗原的特异性杂交瘤 细胞
过 第三 杂种细胞的 程 步 筛选和培养
第四 杂种植株的 步 诱导与鉴定
动物细胞融合(单克隆抗体的制备)
第一步
正常小鼠免 疫处理
动物细胞的
第二步
融合(物、 化、生法)
杂交瘤细胞
第三步 的筛选与培
养
第四步
单克隆抗体 的提纯
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意义 和用 途
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③过程
果胶酶)
常小鼠
促融方法
①物理法:离心、振动、电刺激 ①物、化法:与植物细胞融合
等
相同
②化学法:聚乙二醇(PEG)
②生物法:灭活的病毒
学习目标导航 基础知识梳理 重点难点突破 典型例题剖析 随堂练习巩固
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植物体细胞杂交 第一 原生质体的制 步 备(酶解法)
第二 原生质体的融 步 合(物、化法)